起重機的設計與製作

起重機的設計與製作

* 方崇雄 * 台灣師大工業科技教育系教授兼系主任 壹、前言 九年一貫課程的教育改革賦予了我國中小學教師許多彈性發揮設計學校本 位課程的空間，然而以生活科技課程而言，一方面由於剛從傳統工藝課程轉型而 來，另一方面則由於過度依賴我國的傳統課程標準；因此九年一貫課程所賦予中 小學教師的設計課程彈性，卻反倒成為目前中小學教師心目中最大的負擔。本活 動主要提出一個生活科技教學活動設計的範例，其內涵以主題式的問題解決活動 設計為主，主要整合科技、科學與數學等三個領域的相關知識，藉此讓學生能夠 將理論與實務結合，並進而從事設計與製作，以達成科際整合學習之目標。 貳、相對應能力指標 本活動與生活科技學域相對應的能力指標如表 1。 表 1 起重機與生活科技學域之雙向細目表 教學活動 能力指標 起重機的設計與製作 4-4-1-1 了解科學、技術與數學的關係。 ◎ 4-4-1-2 了解技術與科學的關係。 ◎ 4-4-1-3 了解科學、技術與工程的關係。 ◎ 4-4-2-1 從日常產品中了解台灣的科技發展。 ○ 4-4-2-2 認識科技發展的趨勢。 ○ 4-4-2-3 對科技發展的趨勢提出自己的看法。 ○ 4-4-3-1 認識和科技有關的職業。 ○ 4-4-3-2 認識和科技有關的教育訓練管道。 4-4-3-3 認識個人生涯發展和科技的關係。 4-4-3-4 認識各種科技產業。 ○ 4-4-3-5 認識產業發展與科技的互動關係。 ○ 8-4-0-1 閱讀組合圖及產品說明書。

表 1（續） 教學活動 能力指標 起重機的設計與製作 8-4-0-2 利用口語、影像（如攝影、錄影）、文 字與圖案、繪圖或實物表達創意與構 想。 ◎ 8-4-0-3 了解設計的可用資源與分析工作。 ◎ 8-4-0-4 設計解決問題的步驟。 ◎ 8-4-0-5 模擬大量生產過程。 8-4-0-6 執行製作過程中及完成後的機能測試 與調整。 ◎ ◎表高相關，○表低相關。 參、相關原理 本活動所運用的科技、科學與數學原理主要可分述如下： 一、科技 1. 木工 講解基本的木工技術，以使學生在設計與製作起重機的相關裝置時能 夠具備基本的木工素養。 2. 創造思考 介紹各種創意思考的方式，期能讓學生透過不同的腦力激盪與團隊合 作以激發學生創意思考的潛能。 3. 問題解決 介紹問題解決的步驟與程序，讓學生能夠瞭解相關的問題解決步驟與 程序。 4. 桁架結構學 介紹簡易的結構原理，讓學生能夠瞭解何種型式的設計方式，方能使 桁架的結構較為穩固。 二、科學 1. 滑輪 介紹定滑輪與動滑輪的用途與原理，以利於學生能夠將滑輪應用在起 重機的設計與製作上。 2. 輪與軸

介紹輪與軸的用途與原理，以利於學生能夠將輪與軸應用在起重機的 設計與製作上。 3. 齒輪 介紹齒輪的用途與原理，以利於學生能夠將齒輪應用在起重機的設計 與製作上。 4. 槓桿 介紹槓桿的用途與原理，以利於學生能夠將槓桿應用在起重機的設計 與製作上。 5. 重心 介紹重心的概念，以使學生能夠適切的應用在起重機的設計與製作上。 三、數學 1. 比例 介紹比例的概念，以使學生能夠適切的應用在起重機的設計與製作上。 2. 量測 介紹量測的概念，以使學生能夠適切的應用在起重機的設計與製作上。 肆、機具與材料 本活動所使用的機具與材料表如表 2 與表 3： 表 2 機具表 機具名稱 規格 數量 備註 1.線鋸機 3 2.手工線鋸 6 3.螺絲起子 6 4.直尺 6 5.剪刀 6 6.鐵鎚 6

表 3 材料表 材料名稱 規格 數量 備註 7mm＊5mm 2 根 7mm＊7mm 2 根 1.木條 7mm＊10mm 2 根 2.木板 1 塊 3.壓克力條 6mm＊900mm 1 條 4.大齒輪 1 個 5.小齒輪 1 個 6.定滑輪 1 組 7.動滑輪 1 組 8.鐵釘 適量 9.釣魚線 1 捲 伍、教學進度說明 本活動的教學進度主要如表 4 所示： 表 4 教學進度表 週次 節次 教學內涵 學習報告 第一週 1 活動概說 （一） 第二週 2 營建科技概說 第三週 3 起重機相關原理 第四週 4 起重機相關原理 第五週 5 提出問題、問題界定、限制與資源 （二） 第六週 6 資料蒐集與分析資料 （三） 第七週 7 發展解決方案 （四） 第八週 8 選擇最佳方案、工作步驟分析、工作分 配 （五）、（六） 第九週 9 製作與修正 第十週 10 製作與修正 第十一週 11 製作與修正 第十二週 12 製作與修正 第十三週 13 測試、評鑑與改良建議 （七） 第十四週 14 成果發表、自評與互評 （八）、（九） 陸、評量 本活動所採用的評量依認知、情意與技能領域分述如下： 一、認知評量 1. 科技相關認知評量。 2. 科學相關認知評量。

3. 數學相關認知評量。 二、情意評量 1. 學習歷程檔案評量。 2. 課堂參與討論情形。 3. 小組討論情形。 三、技能評量 1. 起重裝置的長度與高度必須介於 50 公分∼60 公分。 2. 起重裝置必須至少能載重 100 公克。 3. 起重裝置必須能在載重時將物品吊高 10 公分以上。 4. 起重裝置必須能在載重時做 180°以上的旋轉。 5. 製作起重裝置時必須至少使用三種加工方式。 6. 起重裝置必須使用輪軸與齒輪等機件。 7. 作品必須具備有創意，且精緻美觀。 柒、參考作品圖 本活動學生的作品參考圖如圖 1、2、3、4 所示： 圖 1 學生作品圖一

圖 2 學生作品圖二

圖 3 學生作品圖三

捌、參考資源 一、行政院國家科學委員會（民 91）。LIFT 科技研習競賽，NSC 90-2515-S-003-005。 二、科學大百科。台北：光復書局。 三、機械大百科。台北：光復書局。 四、國立自然科學博物館，http://www.nmns.edu.tw/。 五、國立科學工藝博物館，http://www.nstm.gov.tw/。

LIFT 科技活動學習報告(一) 分組名單

隊名： 日期： 年 月 日

問題：設計並製作一個起重裝置。

評鑑標準：

1.

起重裝置的長度與高度必須介於 50 公分∼60 公分。

2.

起重裝置必須至少能載重 100 公克。

3.

起重裝置必須能在載重時將物品吊高 10 公分以上。

4.

起重裝置必須能在載重時做 180°以上的旋轉。

5.

製作起重裝置時必須至少使用三種加工方式。

6.

起重裝置必須使用輪軸與齒輪等機件。

7.

作品必須具備有創意，且精緻美觀。

分組名單

人員

姓名

學校

專長或特色

組長

組員

組員

組員

組員

LIFT 科技活動學習報告(二)

初步構想—問題澄清

隊名： 日期： 年 月 日

一、 問題澄清

1.問題主題是什麼？

2.資源和限制是什麼？

A.時間：

B.工具、材料：

C.評鑑標準：

LIFT 科技活動學習報告(二)

初步構想—問題澄清

隊名： 日期： 年 月 日

二、 分析問題

1.提出各種起重裝置的種類。

2.起重裝置的組成機構。

3.分析資源：

a.小組成員的專長？

b.所需材料？

c.所需工具？

d.有哪些可以利用的能源？

e.需要收集哪些資料？

f.所需的時間及分配情形如何？

三、 提出初步構想

小組想要發展的是什麼樣的起重裝置？

LIFT 科技活動學習報告(三)

資料分析

隊名： 日期： 年 月 日

1.小組所收集到的資料有哪些？資料的有用程度為何？

（請依照有用程度在方格中打勾；3 為非常有用，2 為有用，1 為有

一點用）

項 目

資料來源(名稱)

頁數起迄

資料有用程度

3 2 1 □ □ □

起重機

結構

□ □ □ □ □ □

齒輪

□ □ □ □ □ □

輪與軸

□ □ □ □ □ □

槓桿

□ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □

2.小組還收集到哪些有用的模型或資料？

3.還需要收集其他的資料嗎？

□

需要

□

不需要

4.如果需要，是哪方面的資料呢？

LIFT 科技活動學習報告(四)

構思多種解決問題的方案(1)

隊名： 日期： 年 月 日

依據以前的初步構想與所收集的資料，構思三種不同的設計方

案，簡單說明構想於下：

【構想一】 說明：

【構想二】 說明：

【構想三】 說明：

LIFT 科技活動學習報告(四)

構思多種解決問題的方案(2)

隊名： 日期： 年 月 日

依據以前的初步構想與所收集的資料，構思三種不同的設計方案

(如造型不同或結構不同等)，簡單說明構想，並繪製草圖如下：

【構想一】 說明

草圖

【構想二】 說明

草圖

【構想三】 說明

草圖

LIFT 科技活動學習報告(五)

選擇最佳方案

隊名： 日期： 年 月 日

一、依據之前的三種構想，分析每一個構想的優缺點，並選出最佳方

案。(優缺點分析時，如能符合評估項目，則在「+」欄打勾；如果不

符合評估項目，則在「-」欄打勾。最後計算「+」、「-」總得分，並

訂出優先順序。)

構想 1 構想 2 構想 3 項 目 + - + - + -

1.能解決所給的問題嗎？

2.能在限定時間內完成嗎？

3.能使用所提供的材料嗎？

4.能達成評鑑標準嗎？

5.小組人員有適當分配嗎？

6.所需材料能取得嗎？

7.所需工具能取得嗎？

8.設計有創意嗎？

9.收集的資料充足嗎？

10.所需成本較便宜嗎？

小 計 + - + - + - 總 計 優 先 順 序

二、小組決定採用構想： 1. □ 2. □ 3. □

LIFT 科技活動學習報告(六)

開發設計工作(1)

隊名： 日期： 年 月 日

一、 使用工具

工 具 名 稱 規 格 數 量 工 具 名 稱 規 格 數 量

二、 使用材料

材 料 名 稱 規 格 數 量 材 料 名 稱 規 格 數 量

三、 工作步驟(寫出重要的工作步驟)

1

9

2

10

3

11

4

12

5

13

6

14

7

15

8

16

LIFT 科技活動學習報告(六)

開發設計工作(2)

隊名： 日期： 年 月 日

四、 工作分配

姓 名 工 作 內 容 備 註

五、 時間分配

工 作 名 稱 時 間 分 配 備 註

六、 草圖繪製

LIFT 科技活動學習報告(六)

開發設計工作(3)

隊名： 日期： 年 月 日

LIFT 科技活動學習報告(七)

測試、評鑑與改進

隊名： 日期： 年 月 日

一、 測試結果與原設計符合程度

測試結果及與原設計符合程度：（3→完全符合，2→部分符合，1→完全不符） 測 試 項 目 成 品 測 試 結 果 與原設計符合程度 3 2 1 全 長 cm □ □ □ 全 寬 cm □ □ □ 尺 寸 全 高 cm □ □ □ 功 能 上升下降（cm） cm □ □ □ 功 能 左右旋轉（°） cm □ □ □ 功 能 載 重（g） g □ □ □ 創 意 附加功能 □ □ □

二、 小組發表及綜合討論(各小組說明)。

三、 改進構想

項 目 說 明 初步構想 收集資料 分析資料 發展初步方案 選擇最佳方案 工作步驟分析 工作分配 時間分配 製作 評鑑

LIFT 科技活動學習報告(八)

小組互評表

隊名： 日期： 年 月 日

一、 測試結果及成果發表計分方式：

每一項目分別給分，10 分為最高，1 分為最低。

小 隊 別 隊 長 編 號 設 計 得 分 （創意與造型） 製 作 得 分 （功能） 第一小組 第二小組 第三小組 第四小組 第五小組 第六小組 第七小組 第八小組 第九小組 第十小組

職稱

編 號

參與程度

貢獻程度

組長

組員

組員

組員

組員

LIFT 科技活動學習報告(九)

教師評鑑表（1）

隊名： 日期： 年 月 日

一、 測試結果及成果發表

測試結果及成果發表計分方式：每一項目分別給分，10 為最高，1

分為最低。

小組別 隊員編號 符合基本標準 創意 造型 功能 合作情形 第一小組 第二小組 第三小組 第四小組 第五小組 第六小組 第七小組 第八小組 第九小組 第十小組 小組互評 分數 小組別 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 總得分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十

LIFT 科技活動學習報告(九)

教師評鑑表（2）

隊名： 日期： 年 月 日

小組別 小組互評 分數 教師給分 總得分 小組優缺點、評鑑得分說明與建議 第一小組 第二小組 第三小組 第四小組 第五小組 第六小組 第七小組 第八小組 第九小組 第十小組