3-1 前言
現今的電腦輔助教學結合了文字、聲音、圖片、動畫、影像等，
其製作過程如同一部電影之編導，不僅內容務必正確，系統的挑戰 性、適切性亦是維持學習者動機的重要因素。尤其近年來盛行的情境 教學，更強調內容情境的真實感，在這樣複雜的製作過程中，事前分 析的工作就更加重要。在此章節我們將系統分析細分為：1.需求分析 2.資源分析 3.教學目標 4.功能目標等四個部份，而功能目標又依功能 不同分為(1)全站儀架設教學；(2)全站儀座標測量教學兩部分。
3-2 需求分析
測量工作需使用到多種儀器，但最常使用的就屬全站儀(Total Station)。全站儀可以勝任大多數的測量工作，是學生最必須熟悉操作 方法的儀器。但由於全站儀的功能複雜，初學者往往無法正確的操作 與使用，常需要多次的練習才能上手。但學生若在不熟悉操作步驟的 情況下，有可能會因為錯誤的動作而導致儀器的損壞。傳統的全站儀 測量教學流程圖如圖3-1。
圖3-1 傳統測量實習全站儀教學流程圖
許多學生常想在測驗前借用儀器自行練習，但全站儀屬於精密昂 貴的器材，若在沒有老師或助教的陪同下，通常是不會於課餘的時間 外界給學生練習使用，這是為了避免儀器不必要的故障與損壞。開發 本系統的目的即是為了令學習者能夠加速學習速度，彌補目前由於課 程時數之不足所導致的課程壓縮。學生想於課後自行練習時，也可於 家中操作此系統當作復習的教材。虛擬實境教學系統加入後的全站儀 測量教學流程如圖3-2。
學習者
現地測量
課堂結束
是否學會
學會全站儀測量步驟 否 是
全站儀虛擬實境教學系統
全站儀虛擬實 境教學系統 學習
者 於學 校 學 習
學習 者 於 家中 學 習
學習全站儀架設與操作
圖3-2 新全站儀測量實習教學流程圖
全站儀的廠牌眾多，最新的機種還擁有照相、錄影等功能。本系 統在設計規劃階段，由於需要真實的儀器作為系統開發參照之用，選 定本系實習教學所用之由TOPCON 公司所開發的 GTS-211D 全站儀 (圖 3-3)。該機型擁有基本測量、座標放樣、交會測量、求測點座標、
懸高測定、多邊測量等功能。
圖3-3 TOPCON 之 GTS-210D 全站儀
座標測量為控制測量之基礎，學生必須了解座標測量的方法，才 可以學習更高等的控制測量步驟，所以本研究選定座標測量為系統開 發的目標。直接座標測量示意圖請見圖3-4。
正確的架設儀器為測量工作的重點，全站儀在開始進行測量前必 須完成定心與定平的步驟，而測量的準確度完全取決於這個步驟的正 確度。為了讓使用者可以反覆練習，增加現場實測時的操作熟練度，
本系統將此步驟囊括其中。因此本系統分為全站儀架設教學與全站儀 座標測量教學兩大部份。
圖3-4 直接座標測量示意圖
3-3 全站儀架設教學分析
傳統測量教學在全站儀的架設步驟，需使用三到四週的時間來教 學練習與考核，佔了課程極大的比重。且整個學年的課程都需要使用 到架設步驟，所以全站儀的架設為學習者最需熟練的部份，因此將全 站儀的架設部份獨立出來。本研究之全站儀基本架設教學系統分為四 個部分，分別為：
1. 概略定心 2. 概略定平 3. 精確定心 4. 精確定平
3-3-1 概略定心
此步驟為架設儀器之初，由使用者觀看定心鏡來確定全站儀之光 學中心點已吻合於架設點的座標中心，使用者可雙手抓住全站儀的兩 隻相鄰腳架，以一次移動兩隻腳架的前後左右方式讓定心鏡的十字絲 中心照準座標中心位置。
系統所需功能：
y 展示定心鏡中顯視的畫面。
y 使用者可操作腳架移動。
y 若使用者未正確完成步驟將顯示出警示訊息。
學習者可能犯的錯誤：
y 定心鏡未正確照準座標點或偏離過多。
y 腳架固定螺旋未確實鎖緊，導致儀器傾倒。
y 定心精度不足導致後續的精確定心操作困難。
3-3-2 概略定平
概略定平為使用腳架之伸縮來控制儀器水平的步驟。使用者可鬆 開腳架之固定螺旋後伸長或縮短腳架，控制相對於腳架的三個軸向來 令水準氣泡居中。概略定平會影響到定心狀況的偏差。
系統所需功能：
y 顯示水準氣泡。
y 腳架之伸縮需鬆開腳架鎖定螺旋後才能調整。
y 無法一次調整兩支腳架，若操作將並發出警訊。
y 調整腳架之伸縮需與定心之偏差同步。
圓盒水準氣泡與腳架之三軸的關係，常令初學者感到困惑，常發 生角架已伸縮至上下死點仍無法完成定平的狀況，且於調整腳架伸縮 時需鬆開螺旋，若未重新拴緊螺旋，將造成儀器因腳架鬆動而摔落地 面，此部分為系統設計中需要強調的細節。
學習者可能犯的錯誤：
y 腳架固定螺旋未確實鎖緊，導致儀器傾倒。
y 初始腳架伸長量過多或過少，以至無法定平。
y 氣泡未正確居中，導致後續精確定平操作困難。
3-3-3 精確定心
精確定心步驟主要用意是在於把上一步驟中調整腳架伸縮所造 成的偏心誤差調整回已知點中心。此步驟調整時除定心鏡圖示外，尚 須解除基座鎖的鎖定才能直接調整儀器之前後左右，並且有一定範圍 的限制。
系統所需功能：
y 需要解除基座螺栓才可移動主機。
y 主機移動有一定範圍的限制。
y 使用者移動主機超出範圍後將發出警訊。
精確定心之正確與否，必須於精確定平後再次確認其位置。由於 定平儀器後會造成定心鏡的視準軸偏心，所以待操作者完成精確定心 的步驟後，將顯示出返回精確定心模式之圖示，來引導使用者回到此 步驟進行第二次驗證。
學習者可能犯的錯誤：
y 未解除基座鎖或未完全轉鬆即推動儀器，導致腳架移動。
y 移動完畢，主機未正確鎖緊基座鎖，導致儀器摔落或誤觸。
3-3-4 精確定平
精確定平為調整三顆踵定螺旋，來微調管狀水準氣泡的居中。此 步驟在全站儀基本操作中最重要之部分，因全站儀在未完成精確定平 步驟前將無法進行操作。且精確定平的步驟需要調整兩相鄰螺旋，及 調整餘下之單顆螺旋，調整過程中必須配合旋轉主機之水平度盤來平 行或垂直管狀氣泡長軸方向，常令初學者覺得太過抽象。
系統所需功能：
y 顯示管狀水準氣泡。
y 旋轉水平度盤前需鬆開固定螺旋，使用者若轉動將發出警示。
y 定平完成後顯示返回精確定心之圖示。
初學者常在架設儀器時卡在這個步驟，即是因為概略定平步驟沒 有操作正確。由於管狀水準氣泡靈敏度極高，若圓盒水準氣泡沒有先 進行居中，在進行精確定心時將發生氣泡無法移動的窘境。所以必須 於概略定平步驟時發出警訊，警告使用者該注意的細節。
學習者可能犯的錯誤：
y 精確定平完畢後未檢查定心是否正確。
y 未定平正確至足夠的精確度，導致後續當儀器轉至某些角度時無 法測量。
y 儀器開始定心定平前，未先使踵定螺旋高度大約居中，以致螺旋 到極限仍無法定平，而須重新定心定平。
3-4 全站儀座標測量教學分析
當儀器架設完成時，下一步驟為進行稜鏡的照準與儀器指令的操 作，最後完成座標測量作業。傳統教學在此部份需要花到四到五週來 進行操作練習。最後於期末時考核學生的學習成效，這個步驟需要靠 操作儀器來練習。本系統將此處將細分為兩個部份：
y 照準模式。
y 面版操作模式。
3-4-1 照準模式
此模式是為了讓學習者如何從望遠鏡中搜尋到目標物，並在正確 照準反射稜鏡後，儀器才能夠量測數據。在傳統教學方式中，教師無 法將自己在目鏡中觀察到的現象展示給學生參考，而虛擬實境系統可 以突破此一傳統教學的瓶頸。
系統所需功能：
y 標明前視與後視反射稜鏡。
y 顯示望遠鏡目鏡中之畫面。
y 水平度盤固定螺旋、水平度盤微調螺旋、垂直度盤固定螺旋、垂 直度盤微調螺旋四個功能必須可以操作，以用這四個螺絲去調整 望遠鏡物鏡之十字絲來照準反射稜鏡。
y 照準系統要清楚的告知學習者微調螺旋已旋轉至極限，不可繼續 調整螺旋，以免因鎖死而造成儀器損壞。
y 若使用者沒有正確照準反射稜鏡之中心，系統將無法進行下一步 驟。待後視步驟完成後，系統將會出現切換圖示，指引使用者進 行前視之照準。
學習者可能犯的錯誤：
y 粗略照準未確實對準，導致進入目鏡狀態後調整水平微調螺旋與 垂直微調螺旋至極限仍搜尋不到目標稜鏡。
y 對準目標稜鏡中心後，未鎖定水平度盤與垂直度盤，因手的誤觸 而導致儀器未對準目標。
y 微調螺旋未先居中，以致微調螺旋已旋轉至極限仍無法搜到目標 稜鏡。
y 照準後視與前視稜鏡的順序顛倒。
3-4-2 儀表板操作模式
當望遠鏡之物鏡十字絲正確照準反射稜鏡中心之後，將開始進行 儀俵板操作，相關步驟如下：
1. 輸入測站資料。
y 輸入測站之 N(縱距)、E(橫距)、Z(高程)值。
y 輸入測站儀器高。
2. 進行後視
y 輸入後視點之 N(縱距)、E(橫距)值。
3. 驗算動作
y 輸入後視點反射稜鏡高。
4. 進行前視
y 測量出距離與角度。
系統所需功能：
y 模擬液晶螢幕之畫面，測站與後視點之 N、E、Z 值與儀器高度能 顯示於畫面中。
y 需可進行後視與前視之功能。
y 使用者必須正確輸入資料後，切換照準模式之圖示才會出現。若 是錯誤的輸入將出現警示，用以教導學習者正確的操作步驟。
學習者可能犯的錯誤：
y 開機後並未先行縱轉垂直度盤與橫轉水平度盤進行全站儀主機起 始準備動作，以至無法操作儀器。
y 數據輸入遺漏。例如未輸入正確的反射稜鏡高就量測三維座標。
y 數據輸入錯誤。例如輸入 N 值(縱距)與 E 值(橫距)的順序顛倒。