動力機械

一、動力機械

機械係指能利用能量達成某種特定的目的的裝置，可以幫助人類省 力或加快速度、使操作更為方便，以降低工作的難度(American Heritage Dictionary, 2012)。機械一般由單一或複數個具有特殊功用的機構組成，

能使機構做出特定形式的動作，常見的動作如直線、圓周、搖擺、直線 往復等運動。

機械的能量來源很多，包括人力、獸能、風能、水力能、熱能及電 能等。機械的種類依能量來源的不同而有所區別。亞里斯多德將槓桿、

輪軸、滑輪、斜面、楔及螺旋六者定義為簡單機械，使用人力、獸能、

風能等大自然中便能取得的能源，簡單機械是機械最基本的單位，進階 的機械結構皆由簡單機械所組成。動力機械則泛指使用熱能(如引擎)或 電能(如電動馬達)等作為能量來源所驅動的機械裝置。

動力和機械兩者為一體兩面的關係，動力驅動機械，而機械則將動 力轉換成特定形式以利工作進行。因為機械能將動力變為規律的運動形 式，使得工程師開始探討，動力機械形成許多學問，例如機械力學、機 構學、結構學等。

二、相關教材內容

教科書的目的是記載教學知識，幫助教師呈現講述內容與輔助學生 學習。本研究詴著分析中學階段的教科書，藉以瞭解現行課程之中與動 力機械相關的課程有哪些。

(一) 國中階段

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26 (教育部，2010，2013)：

表 2-8 機械群、動力機械群職業學校群科課程綱要整理

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表 2-9 樂高動力機械課程整理(Lego Education, 2014b) 樂高動力機械課程

29 12.車輛發射器 1.齒輪比的計算。

2.棘輪的應用 13.划划車 1.蝸桿的應用

2.曲柄搖桿機構。

14.跳跳狗 1.皮帶輪的應用 2.曲柄搖桿機構。

15.天帄 1.槓桿的應用。

2.槓桿原理的計算。

16.吊車

1.桁架結構。

2.槓桿原理。

3.皮帶輪的應用。

17.絞盤 1.定滑輪的應用。

2.輪軸比的應用。

18.F1賽車 1.車輛的結構。

2.變速箱結構。

在樂高的動力機械課程之中，主要是介紹機械結構的種類及呈現其 的運作方式。與國中與高職階段不同的是，樂高的動力機械課程並不涉 及力學的計算。雖然教學的對象是國小學生，樂高的課程所討論的機構 種類並不僅侷限於簡單機械，包括齒輪、皮帶輪、凸輪、滑輪和間歇機 構等進階機械結構。國中與高職、樂高的動力機械課所探討的機構種類 相似，本研究針對三者的課程主題整理如下：

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施要點中提到，教材的組織可依學科概念展延的方式來發展，用幾種基 本大概念進行統合，再依編輯的需求分項來探究（教育部，2003）。因 此，針對國中動力機械教材發展，除了力學原理的教學外，本研究選擇 槓桿、滑輪、輪軸、斜面、螺旋、齒輪、皮帶輪、凸輪、連桿、間歇機 構和棘輪作為單元主題。為了熟悉學生熟悉模組教具的基本組裝方式，

本研究於教材第一章安排基礎組裝單元；此外，槓桿、滑輪、輪軸、斜 面、螺旋通稱為簡單機械，和齒輪及皮帶輪同為傳動機構的範疇，本研 究將於傳動單元一併介紹；而凸輪、連桿、間歇機構和棘輪屬於進階機 構的應用，本研究將分別設立一個單元；。

綜上所述，本研究發展的六個單元，分別為基礎組裝、傳動機構、

凸輪機構、連桿機構、間歇機構及棘輪機構。以力學、簡單機械和齒輪 為中心概念向外延展至進階的機構，教導機械結構的特性和運作的原 理。