第肆章 研究結果之分析與討論
第一節 專題作品分析
本研究的專題作品分析，包含建築科、電子科、電機科、機械科學生的專題 作品，缺少控制科、資訊科、製圖科、冷凍科、汽車科學生的作品。是由研究者 的觀察角度所作的主觀分析和研究結論。學生專題作品取自：中學生網站 http://www.shs.edu.tw/essay/。
表4-1-1 專題作品分析
編號 類別 作品標題
01 工程技術類 落葉終結者
◎作品簡介：
將淨灘機器（在海灘上清潔垃圾的機器）在海灘上自由捲起垃圾的功能應用在人們生 活中的街道上。
◎作品分析：
作品 P.9「一開始可能會覺得設計個會動的產品只要會加工能夠配合的工件，尺寸抓一 抓大概就好了，但是實際構思草圖的時候才會發現沒有那麼簡單。尺寸太大會浪費材料和 增加重要，太小又怕加工不易或是強度不足，尺寸也不是高興取個大概的數字，想是我們 取廢棄的輪椅和掃把就需要配合這兩者的尺寸。」設計草圖和實際施工，在有限條件下計 算各零件最適合的尺寸、角度，如何製作精確尺寸與角度的零件、實物模型，可利用合適 的數學工具協助改善此類問題。
02 工程技術類 修復吧！看臺
◎作品簡介：
校園內操場的看臺座椅，經過長時間上的風化和人為破壞，逐漸成為校內危險公共場 地，因此以此作為專題研究的出發點，進行去探討與改良。
◎作品分析：
1. 作品中沒有明顯的使用數學之情形。
2. 學生以四種方式處理看台損壞之問題：1.恢復看臺與滾輪移動功能 2.處理看台上方座椅 木條的破損與缺失 3.以簡單的方法使看台整體平衡 4.以其他方式代替支撐用調整螺 桿，分別就四種損壞情形探討其個別的發生率，以了解校園內看台損壞的主要先後原 因。
3. 最後問卷調查部分並未顯示調查之結果，建議可使用統計工具進行數據分析，以了解 問卷調查的結果為何，使專題內容能更加完整。
03 工程技術類 不倒杯吸盤應用
◎作品簡介：
對於不倒杯「左右不傾倒，垂直輕鬆拔起」的設計感到興趣，因此將不倒杯的特殊吸 盤與日常生活用品結合，應用在其他同樣需要防止 傾倒的物品上。
◎作品分析：
1. 專題在發想階段，尚未做出實品，若在製作實品階段可能會需要計算、設計成品尺寸，
以及製作出尺寸精確的模型，此處可透過計算或數學方法達成。
2. 作品中沒有明顯的使用數學之情形。
04 工程技術類 D.A.L 傢俱
◎作品簡介：
想要研究出可以容易拆解和組合的傢俱，以減少傢俱所占空間，並能組裝成功能不同 的傢俱形式，並加入一點遊戲性的設計，以增進平日家人之間的互動。
◎作品分析：
1. 為了解社會大眾對於家具使用的方便性與摺疊轉換的需求，使用網路問卷調查並進行 統計，使用百分比與直方圖呈現統計數據結果。
2. 學生利用樂高積木原理，設計床與餐桌之間相互拆解與組裝的方法。將直徑 10 公分厚 度 5 公分的圓分成六等分，去掉其中相間隔的三等分，即為組裝接頭。將接頭裝在腳 柱或組合版上，利用兩組接頭對準插入時相互扣緊即能固定、防止滑動鬆脫。學生在 製作精確尺寸的零件與模型時，可利用數學工具與方法將圓平均六等分，使得零件接 合時能接近密合。或於製作平面或空間中的各種垂直與直角時，能利用數學工具與原 理，使得零件在組裝後整體能達平穩而不傾斜。
05 工程技術類 叫板天下—製圖板的改良
◎作品簡介：
為了解決製圖時不良姿勢所帶來身體上的負擔，在製圖版的角度、 高度方面進行改 良，嘗試為使用者們提供更方便且使用起來更舒適的製圖板。
◎作品分析：
1. 藉由觀察建築科學生在長時間製圖時常出現的幾項問題：( 1 )製圖板的高度固定，造成 製圖不便。( 2 )溝槽過淺，進而造成製圖工具易掉落。( 3 )製圖板不穩固，製圖時桌子 晃動而影響效率。( 4 )表面髒污導致使用描圖紙時辨識不易。進行改良之前，為避免判 斷過於主觀而影響改良項目的實用性，因此學生先進行問卷調查。問卷調查後，以百 分率與直方圖等工具統計其數據結果。
2. 作品 P4.「為解決腳架長度固定的問題，本組採用相機腳架的設計，並且利用幾何概念，
在兩根腳架中間加上一根橫桿，使兩支腳架達到平行，以避免高低落差，導致製圖板 晃動。」
3. 改良溝槽深度過淺的問題，「加深製圖板下方溝槽，並且增大轉折處的折角，同時採 用類似倒鉤的設計， 降低物品掉落的可能性」，加深並增大轉折處的折角時亦會影響 製圖時身體可活動伸展的空間，在此條件限制下，學生可以嘗試找出折角的最適尺度。
4. 改良製圖板不夠穩固的問題，學生於溝槽下方黏貼止滑膠皮並擴大腳架間距。在製作 模型時，能藉由三角函數等工具計算擴大腳架間距時所需要增加的腳架長度。
06 工程技術類 遠端遙控系統
◎作品簡介：
近來智慧家電越來越普及化，期望透過專題所發展出來的網站及 APP 軟體，依使用者 的需求來控制電器設備的啟動或關閉，因此即使出門在外，也能輕鬆的查看家裡電器使用 狀態，以節省電力、減少不必要的資源損耗。
◎作品分析：
1. 專題期望達到的目的是讓使用者可以透過本專題所建立的網站及 APP 軟體，依據使用 者的需求來操作電器設備的啟動或關閉，進而達成節能減碳、節省家庭開支。如回到 家之前可以提前開啟冷氣並設定溫度或是電鍋煮飯等等日常生活中須提前處理的事。
2. 沒有明顯的使用數學之情形。
07 工程技術類 LED 光觸控技術之硬體應用
◎作品簡介：
利用光生伏打效應，設法將日常最常使用的技術”觸控”和”發光顯示”結合，將 LED 的 應用結合互動式的新功能。
◎作品分析：
1. 運用學校所學到的專業技能，如光生伏打效應，設法將日常最常使用的技術觸控和發 光顯示結合為一，以尋找 LED 特性並提出新的應用。由文中的資料來源
http://www.slideshare.net/omarsyed33/，可知在應用的光伏效應原理中常見尤拉常數與自 然對數的運算，如理想二極體的電壓電流方程式、太陽能電池的電流方程式 。依據太 陽能電池的電流方程式所畫出的 I-V 曲線，於第四象限所圍成的最大面積即為最大輸 出功率，一般為了方便繪圖，會將逆電流取絕對值，畫在第一象限上。並透過太陽能 電池的 I-V 曲線圖的斜率來計算串聯電阻 Rs 和分路電阻 Rsh 的值。測得發光二極體
LED 接收光源後的 I-V 曲線圖，算出 I-V 圖下的最大面積，進而計算 LED 最大輸出功 率。另外可由 I-V 曲線圖閉路端的斜率計算得 LED 內部的分路電阻，開路端的斜率可 計算得串聯電阻，以及藉由截距計算理想因子 n。（參考資料
http://web.fg.tp.edu.tw/~tfghdb/blog/wp-content/uploads/2016/01/WL20_pp129-pp160_%E 8%87%AA%E5%8B%95%E7%99%BC%E9%9B%BB%E7%99%BC%E5%85%89%E4%
BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94%E7%9A%84%E5%85%89%E9%9B%BB%E6%80
%A7%E8%B3%AA%E6%8E%A2%E8%A8%8E.pdf）
2. 作品 p.4「六、減法器(如圖 7) 接著要將觸控後變化量放大，我們的方法是使用 OPA 減法器。將我們的參考電壓設定在未觸控的峰值，觸控後的峰值會去減掉參考電壓再 放大。這樣就會形成只有正半週的弦波了」正半週或負半週弦波可見於三角函數圖形 的單元。
08 工程技術類 遙觸控技術—以跑馬燈為例
◎作品簡介：
目前 LED 產品都只具備顯示功能，若能增加互動功能，使用者不再只是被動接受資訊，
而能和產品產生互動，則有更多新服務產生。此專題為遠端 LED 顯示裝置提出遙觸控技 術，將遠端人機介面帶入觸控時代，並且實作出具有遙觸控功能的跑馬燈。
◎作品分析：
1. 以光伏效應為基礎，進行跑馬燈與遙觸控之設計。
2. 與座標點、矩陣相似的概念，實際成品為自行製作的三色 LED 8X8 矩陣。
3. 作品p.3「選用SMD5050三色LED擔任「遙觸控跑馬燈」的主要元件，在發亮時提供顯 示功能，在不發亮時提供遙觸控功能。為了使SMD5050能夠有遙觸控功能，必須理解 SMD5050的光伏效應特性，我們量測了SMD5050的光伏I/V曲線。實驗結果見圖6右方，
可以從實驗結果觀察到，在不同照度下，橫坐標的光伏開路電壓幾乎沒有變化，但縱 座標的光伏短路電流變化量較大，因此，我們決定量測手電筒照射前後的光伏電流變 化，判斷哪個LED被照射到。」使用直角坐標繪製不同照度時SMD5050光伏I-V曲線的
圖形，藉由觀察兩條I-V曲線的變化與差異以獲得階段性的研究結果，進而決定之後的 研究方法和步驟。
4. 作品p.4「(一)光點：光源照射到平面後所產生的光圈大小，如圖7橘色面積。(二)觸控 點：見圖8，假設星星內的紅圈為一顆LED，若光線照射到星星內任一顆LED，都會產 生相同反應，我們稱這個星星為一個觸控點。」光圈大小與手電筒至平面距離的遠近 有關，將光束視為圓錐時的截面，圓亦為圓錐曲線之一。觸控點的釋義中，可見集合 與包含的概念。
09 工程技術類 鐵畫銀鉤，筆走龍蛇—教學型筆順學習機
◎作品簡介：
筆順學習機是一種能夠透過顯示器來進行筆畫教學的一款工具。藉由 Altera DE2 的 VGA 接腳，將記憶體內儲存的字型碼轉換為字型在螢幕上顯示，而筆畫的先後順序是由 Altera DE2 上之指撥開關控制。
◎作品分析：
1. 撰寫程式語言時，如 Quartus II 9.1sp2 Web Edition、Verilog 及 Visual Basic 程式軟體，
會使用到數學的邏輯思考。
2. 作品 p.3「Quartus II 9.1sp2 Web Edition 為 Altera 公司的開發軟體程式，我們以此軟體 進行程式碼的撰寫。有鑒於它廣泛的範圍性—內容涵蓋了一些基本邏輯閘的應用，以 及課堂所學的數位邏輯課程，甚至是組合邏輯、循序邏輯等。這款軟體正是當前學習 數位硬體描述語言極為重要的利器！」
2. 作品 p.3「Quartus II 9.1sp2 Web Edition 為 Altera 公司的開發軟體程式，我們以此軟體 進行程式碼的撰寫。有鑒於它廣泛的範圍性—內容涵蓋了一些基本邏輯閘的應用，以 及課堂所學的數位邏輯課程，甚至是組合邏輯、循序邏輯等。這款軟體正是當前學習 數位硬體描述語言極為重要的利器！」