電腦輔助預習系統之設計與開發

本系統之教學內容主要參考台灣大學土木系之”材料力學實驗 手冊”(台灣大學土木工程學系，1999)與 Gere and Timoshenko (1997) 之”Mechanics of Materials”教科書編寫而成。以下是材料力學 實驗電腦輔助預習系統之主要設計與實作成果的介紹：

1.以半遊戲的方式帶動整個預習的過程。

進入實驗預習網頁會看到如圖 4.10 的畫面。左上方顯示實驗標 題；右上方記錄實驗預習得分（score）及闖關者之生命值（life）。

預習得分設計的目的在於取代原本撰寫實驗預習報告的成績評分，在 系統的進行中會有幾個評分點，只要學生認真學習便可獲取該有的分 數，這是一個比較公正而且具有激勵性的方式。生命值的設計則在於 防止學生走馬看花，若預習表現不佳，系統會扣該生命值；若減至 0 則必須重新開始。右下角設計了一個小助教，提供必要之提示；中央 則是主題畫面，意味進入實驗室前必須通過數個關卡。當學生點入某 一關卡時會顯示相關的主題，如圖 4.11 所示。

圖 4.10 實驗單元進入畫面

圖 4.11 關卡主題 – 實驗器材

2.以測驗試題確保及評量學習成效

當學生閱讀學習完每一關卡主題後，可以點『看完囉』進入通關 測驗，如圖 4.12 所示。在通關測驗中會問一兩個關卡主題中之要點，

如果學生答對，即可得到通關分數並可到達下一關卡；如果答題錯 誤，則會被減生命值並被要求重新閱讀該關卡主題，以防止學生忽視 關卡內容。

3.以豐富的多媒體與互動式虛擬實驗儀器元件提高學習興趣與效果

我們將教學 Video 與互動性虛擬儀器整合，以達成「邊做邊看」

式的實驗教學。在教學 Video 與互動式虛擬實驗儀器（將在稍後進一 步說明與展示）之協助下，讓學生能以最直覺的方式了解實驗儀器操 作與實驗過程（如圖 4.13 及圖 4.14 所示）。

圖 4.12 通關測驗

圖 4.13 教學影片與互動式虛擬實驗儀器搭配教學 – 荷重控制器

圖 4.14 教學影片與互動式虛擬實驗儀器搭配教學 – 試桿組上架 在這個雛形實作中，我們製作了 6 組輔助瞭解實驗儀器操作與實 驗過程的互動式虛擬實驗儀器，現分述如下：

1.測微計（如圖 4.15 所示）：測微計是用來測量微小長度變化的儀 器。常讓同學們困擾的是測微計刻度盤上一刻度代表多長？以及指針 所指的數據為何？此虛擬測微計可讓同學們以滑鼠調整刻度盤及測 針，儀器的大小指針會隨著學生的操作而反應，同學們可以學習正確 地讀取測微計之方法。

(a) 活動測針

(b) 可移動之測物 (c) 轉盤

圖 4.15 活動式虛擬儀器製作 – 測微計

2.試桿組裝（如圖 4.17 所示）：實驗中，試桿需和試桿夾具及兩個測 微計組裝起來，零件眾多，組裝過程難以用文字表達清楚。在虛擬實 驗室中，同學們可以滑鼠點選並移動虛擬元件練習組裝，體驗正確的 組裝方式及過程。組裝好的試桿組如圖 4.17(d)所示。

3.試桿組上架（如圖 4.14 所示）：在試桿組裝完成後須上架，這組虛 擬實驗儀器元件可幫助同學們瞭解上架的操作與流程。

4.荷重計（如圖 4.16 所示）：荷重計在材料拉伸試驗中，主要被用以 測量作用於試桿兩端的拉力。透過虛擬荷重計，同學們可以習得相關 按鈕的功能及歸零操作方法。

圖 4.16 面版式虛擬儀器製作 – 荷重計。 a.按鈕 b.旋鈕 c.數據 顯示區

5.荷重控制器（如圖 4.13 所示）：荷重控制器主要被用以控制試桿拉 伸時的加壓與減壓。在虛擬控制器上，同學們可以學習如何切換加減 壓及瞭解相關燈號之意義。

6.虛擬拉伸試驗：最後將所有的虛擬實驗儀器組合起來，並開始拉伸 試體，計錄數據。

(a) 以滑鼠拖曳試桿 (b) 拖至感應區

(c) 自動展示較細微之組裝 (d) 最後組裝完成的結果 圖 4.17 組合型虛擬儀器製作 – 試桿組裝