整合数位设计与分析的教学模式 -以玩偶机构设计为例
大同高中 生活科技教师 汪殿杰 关键字: 适用年级: 教学时数: 玩偶机构设计(Automata Design),数位设计(Digital Design),乐高(Lego) 高中全年级 12 节课
壹,教材地位图
贰,课纲指标检核表
核心课程: 科技与生活 主题 二,科技,科学 与环境 三,科技世界 主要内容 2.科技与科学 说明 参考 节数
2-2活用科学原与技能,科技知与 5 技术及工程概,以解决和科技有 关的问题. 2-5了解能源之别,开发,应用与动 10 装置之安装,原及与生活的关 系.
2.科技概述
四,创意设计与 制作
1.设计之意涵,方法与程 1-1能够在日常生活中觉察问题并思 序 考问题解决的方法与步骤,提出多 种可方式,进而选择最佳的解决 方案,以达到设计创新之目的.
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2.设计规划与实作
2-1用文字,图表,工程图,电脑绘 18 图或其他方式,清楚的表达创意与 构想,并且能实际安排完整的制作 程序. 2-2能够将创意,构想与设计以实作呈 现.
进阶课程:科技的范畴 主题 五,能源与动 主要内容 3.动装置的结构与应 用 说明 参考 节数
3-1探讨动装置(如:电动机,内燃 7 机,燃电池等)的结构原与应 用. 5-1用文字,图表,工程图,电脑绘 11 图或其他方式,清楚的呈现能源与 动相关主题之创意与构想,并且 能实际安排完整的制作程序. 5-2能够将创意,构想与设计以实作呈 现.
5.创意与专题制作
参,活动概说:
这是一个整合创意设计规划,分析到执行的课程活动,学生藉由学习机构创意设计应用,与数位 设计工具的绘图和分析工具,将机构运动发展为玩偶有趣的动作;培养学生有创意,构想,表达及制 作能力,作为本活动的学习核心.教材活动的架构,希望藉由趣味的玩偶运动设计题材学习,理解空 间的组构与布置,对结构力学的力矩平衡有概念,了解动力学相关机构与其运转原理;并熟悉 3D 数 位设计工具的运用,作为创意研究发展的辅助工具. 机构设计与数位设计工具,是本教案的两个主要学习目标;由於青少年学生,这方面的学习经验 极为有限,教学活动的教材与相关设计分析软体,即以简单易学为首要的措施,例如本教案采乐高的 ,作为教学活动主要的教具. 机构零件和模组化的 3D 设计软体 Leo CAD1(免费使用的软体) 乐高玩具,几乎是陪伴许多人一起成长的益智型玩具,它是由许多不同颜色的正方体,长方体, 圆柱或其他立体形状的块状塑胶及连接元件所构成,其中一面有许多圆柱形的突出物,而另一面成圆 柱形的沟槽,可用简单的叠合让塑胶块结合在一起,而创造出各种不同形状的作品.其中 Tech 系列 与 Mindstorms 系列产品2,对於机构和其它科技应用学习的方面,更是绝佳的教具.本教材使用乐高
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零件的原因,在於善用乐高弹性,耐用,简单,精密度高的机构组装优点,加上配合自制的透明机构 箱与动力元件,达到机构创意设计的教学目标. 数位设计工具的学习部份,首先使用 Leo CAD 软体,作为机构设计绘图的工具;由於软体已建 构完整的乐高 3D 零件资料库,使用者只需要使用移动,旋转,复制等几个简单指令,即可在数位环 境中,组合实验用的 3D 机构模型;然后将乐高的机构模组,汇入专业设计的 3D 绘图软体(Rhino)
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,绘制其它玩偶设计的部份,进行玩偶与机构设计的运动分析,以及 3D 数位设计图和造型彩现图的
输出,作为创意设计的评估,说明与撰写学习报告的辅助工具. 经过机构组装实验,3D 数位模型建构,数位机构运动模拟分析等步骤,确定玩偶创意设计的可 行性之后;将需要动手加工的部份制作完成,与先前的乐高机构组装运转,克服其它运转不顺畅的故 障,实际完成整个玩偶的创意设计. (相关软体与器材资源,请参阅文末的章节附注)
肆,单元目标:
让学生用「自己的方法」解决问题,是这项教学活动最为重要的实施原则.学生需凭藉网路的资 源,教师制作的机构案例,自行找寻灵感与可用的素材;将马达,木头,钢丝等材料加以改造,完成 一件玩偶的运动机构设计为目标.创意思考的教学过程,除了使用虚拟的数位设计和机构分析工具, 亦希望让学生有动手实作机会,将创新的技术或构想融入作品中,学习把数位科技应用的能力与动手 实作能力整合.具体目标如下: 1.能够设计与制作玩偶运动需要的机构. 2.能够完成 3D 的玩偶创意设计图. 3.能统整分析机构运动的极限,机械效益,重力,平衡等动态的机构设计需求. 4.能在有限的时间与材料资源下,完成实物作品的制作. 5.能善用 3D 数位设计的表现能力,绘制作品解说图与撰写完整的学习报告.

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