大學機械工程教育創造發明之規劃

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大學機械工程教育創造發明之規劃

劉　霆　柴昌維

國立臺灣大學機械工程學系

（收稿日期：2000 年 8 月 7 日；接受刊登日期：2001 年 1 月 2 日）

摘　　要

激發學生的創造力，使學生能運用創造發明能力，產生創新的構想與設計，是當前工程教育應著重的重要方向之一。本研究之目的在探討大學機械系對培養學生創造發明能力之課程教學實施現況與規劃，研究的內容包括大學機械系課程與學生活動兩方面。研究步驟分三項進行，首先探討臺大機械系實施情況與成效，分別針對課程規劃與學生活動進行檢討；其次探討國內外大學機械系對培養學生創造發明之實施狀況與其特色；最後針對學生活動之專題與科技競賽方式進一步探討。透過以上的分析與統整，瞭解目前大學機械課程對培養學生創造發明能力之影響與成效，進而規劃大學機械課程與學生活動未來發展方向，希望能有效地激發學生創造力，提升學生創造發明的能力。 關鍵詞彙：創造發明，課程規劃，機械工程

一、前言

如何在學校提供學生適當的課程或活動，使學生除了具有設計的一般基礎知識外，更具備豐富的創造力，進而運用創造發明的能力，產生創新的構想與設計，是當前工程教育應著重的方向之一。經由蒐集、分析、整理創造力與教育相關的文獻，發現目前創造力的研究中，大多侷限於創新思考的內容，研究對象也以中小學為主，少有針對工程科學創造發明規劃之研究（陳龍安， 1991）。因此，本研究針對大學機械工程教育課程創造發明之規劃，進行深入的探討。由相關文獻中擷取有關教學與創造力理論為研究依據，瞭解機械系相關課程對創造力培養的影響程度，以下是引用的相關理論。

根據 Sternberg and Lubart (1995)所提出的創造力智慧三元論：「創造力需要合成能力（synthetic ability）、分析能力（analytic ability）及實作能力（practical ability）等三種能力平衡發展」，發現相關的創造發明課程規劃，需要合成能力、分析能力及實作能力等三種能力平衡發展，才能有效 培養創造發明能力。 Sternberg et al. (1998)以實證研究的方 式，探討小學生與中學生運用智慧三元論在課堂學習與表現上的效果，驗證上述理論的實用性。因此，本研究將分析、合成、實作等三項變因作為評量培養創造力具影響力的參數，進行分析與比較。本研究之目的為探討大學機械系對激發與培養學生創造發明能力之整體規劃，其中探討內容包括大學機械課程與學生活動的規劃兩方面。透過對現有課程加入相關創造發明培養的要素：分析、合成、實作等三能力，提高學生創造發明的能力。為達到上述的目標，研究分成以下三部分進行: (1)探討臺大機械系對課程規劃與學生活動的實施情形及效果。 (2)探討國內外其他大學機械系對培養與鼓勵學生創造發明之實施狀況及其特色。 (3)透過學生活動的探討，瞭解並提出有效的工程類學生創造發明活動實施方式。經由以上的探討與比較分析，瞭解目前大學機械課程對培養學生創造發明能力的現況與成效。進一步認清將來規劃課程應努力之方向，最後提出對大學機械課程、學生活動與教學環境規劃之建議。

二、臺大機械系創造發明規劃與實施

臺大機械系在八十三學年度修訂實施後之課程規劃中規定，大學部學生必須修滿 140 學分始能畢業。必修學分數向下調整至目前的 97 學分，其中包含了教育部頒訂的共同必修課程 30 學分。屬於選修科目相關的學分共計 43 學分，其中 31 學分必須在機械相關領域中修習。詳細的課程規劃與學分統計，如表一。在97學分的必修科目中，包含通識12學分，但體育一、二不算學分。 43 學分的選修科目中，必須包含本系開授之選修課程 31 學分以上。規劃的課程內容廣泛，理論、實驗與實務並重，一、二年級以必修科目為主，著重基本科學之訓練，使學生具有工

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程科學之基本知識；三、四年級以選修科目為重，著重各專業知識之學習與鑽研。各相關授課名稱可參考臺大機械系課程科目名稱一覽表（表二）；此外更分別就不同專業領域，規劃與安排合適之學程，如設計、控制、自動化工程、精密機械…等，讓學生能依據自己的興趣選讀專業課程。有關創造發明相關課程也有進一步規劃，以下針對現況進行探討。

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一)創造發明課程的規劃

在培養學生設計與創造的課程規劃方面，除了與機械設計相關之基礎課程，如工程圖學、機動學、機械設計原理… 等之外，更開設電腦輔助設計、電腦輔助機械製圖、機械設計製圖、機構設計、設計方法、機械設計實務、機械設計實習等選修課程。為啟發學生對設計創造之興趣，提高學生之創造力，自八十二學年度起即開設「創造工學」一課，培養學生創造發明相關知識。除課程安排外，為鼓勵學生對創造發明的興趣、培養學生設計實作的能力，更早在七十九學年度起，舉辦學生科技競賽。獎金與部分材料費由系友會予以贊助，競賽活動至今已進行至第七屆。為了落實創造發明中實際動手做的特質，自八十六學年度起將科技競賽改為 DIY 動手做大賽，目前亦已實施兩屆。

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二)創造力培養的基本要件

有關一般課程規劃的基本原則，在相關文獻中雖有深入討論，然而並未見針對大學機械工程課程創造發明規劃做的深入研究。由 Sternberg and Lubart (1995)所提出的創造力智慧三元論可發現，影響創造力的主要變因，包含了合成能力、分析能力及實作能力等三項能力，以下針對這幾項基本要件進一步討論。 (1)合成能力：主要以組成、歸納、修飾、設計、重組、總結等為教學行為之目標。以課堂教學行為而言，主要偏重統整概念、培養思考能力與架構整體思想為主要的教學方式。 (2)分析能力：主要以列舉、分開、再分等為教學行為之目標。以課堂教學行為而言，主要偏重理論分析、教師授課講演等教學方式。 (3)實作能力：主要以改變、發現、操作、運用等為教學行為之目標。以課堂教學行為而言，主要偏重學生實際動手操作各種設備、透過動手操作的過程發現並熟悉預期的教學目標。研究中利用上述三個面向：合成、分析、實作等能力為分析課程的主要變因，進一步探討課程影響創造發明教學的程度。

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三)現有課程的分析與討論

對現有課程的分析步驟，是先將所有課程分類；針對分類給予課程在合成、分析、實作三項變因的實際權重；最後

表一　國立臺灣大學學生畢業應修學分統計（自八十

三學年度起實施）

年級學期各年級每學期必選修區分修習學分限制必修選修一年級第一學期 16 − 25 13 第二學期 16 − 25 14 二年級第一學期 16 − 22 11 第二學期 16 − 22 11 三年級第一學期 16 − 22 10 第二學期 16 − 22 7 四年級第一學期 16 − 22 1 第二學期 16 − 22 0 合計 67 43 畢業學生應修最低學分總數（含共同必修 18 學分，通識 12 學分） 140 註：1. 選課特別規定：選修學分中至少必須修習本系開授選修科目 31學分以上 2. 除教育部規定共同必修科目 30 學分（含通識課程 12 學分）外，本系自訂必修科目為 67 學分，總計必修科目 97 學分。

表二　臺大機械系課程科目名稱一覽表

課程類別科目名稱微積分甲（上）、（下），普通物理學（上）、（下），普通物理學實驗（上）、（下），應用力學（上）、（下），工程圖學（上）、（下），工廠實習（一）、（二）工程數學（上）、（下），材料力學，機械材料，熱力學（上）、（下），機動學（一），機械製造流體力學（一），機械設計原理甲（上）、（下），機械工程實驗（一）、（二），自動控制（一），熱傳學機械工程實驗（三）化學，計算機程式，電工學，應用電子學（含實驗），工程數學（三），機動學（二），熱工學，內燃機，中等動力學，高等材料力學（一）（二），製造原理，金屬熱處理，鑄造學，機械振動學，工具機，流體力學導論，流體力學（二），流體機械，空氣動力學（一）（二），液壓工程機構設計，機械設計實習（一）（二），熱機學，飛行力學，工廠自動化，輝面熱處理，真空技術，機器人學導論，燃氣輪機，自動控制器設計，冷凍空調工程，材料科學，非鐵金屬材料，超級電腦程式設計，伺服控制系統模型，自動控制（二），應用電子電路，數值分析，機器設計概論，機械系統設計，機構設計，核能電廠設計概論，創造工學，機械設計實務，工程統計學， CAD/CAM 概論與應用，車輛工程學，混沌力學導論基礎必修課程（一）基礎必修課程（三）專業選修課程基礎必修課程（二）基礎必修課程（四）

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依照權重計算出權重學分數。分類的方式採用必選修、課程類別、開課年級、課號、課程名稱、學分、權重學分等項目，實際分類的方法是先將所有課程依照必修、選修分開列出；再將課程依實際的授課內容差異分成理論課、實作課、實習課、實驗課等類別；最後依據授課內容與類別給予課程三項變因的實際權重，進行比重分析與給分，得出權重學分數，以下是實際分類的舉例說明。分類時將基礎課程或理論課程劃分為分析能力或合成能力的培養，例如：基礎課程的微積分、應用力學等課程可分為分析能力培養的課程；系統化機構設計、模具設計、機械設計實務（一）（二）等課程可劃分為分析能力與合成能力兩者皆有影響的課程。實驗課與實作課程的部分可分為分析能力加上合成或實作能力的培養，例如：普通物理實驗、機械工程實驗等課程，純粹是依照課堂的內容進行操作，因此僅包含實作的能力。工程圖學因為包含了理論的講解與實際操作及練習，所以可將其歸類為分析能力加上實作能力的培養；機械設計實習、精密機械設計與實驗等課程則包含合成的練習與實際操作，所以包含了合成、實作等二項能力的培養。除上述一般性的分類外，有些特殊課程如學士專題研究、精密機械設計專題等課程，因有整體的課堂講解、構思與設計、實作等內容，並在課程的專題中，實際進行演練，做出可行的創新產品，對培養學生創新設計與實作能力有很大的影響，同時也具備了三項能力的均衡培養與發展。就合成、分析及實作三項能力在各科目中所占的比重對課程進行分析。計算學分的方法，是將所有課程分成必修與選修課，再將各科目依照三項能力培養所占的比重算出學分權重值。例如：微積分甲上共計 3 學分且為分析課程，所以在分析的選項中得分 3 分，其他的選項皆得 0 分。機械設計原理甲上共計 3 學分，分析與合成的比重各占 50% ，所以在分析的選項中得分 1.5 分、合成的選項得分 1.5 分、實作的選項中得分 0 分。學士專題研究（一）共計 1 學分，分析、合成與實作的比重各占三分之一，所以各得分 0.33 分。經由以上的分析與整理可得出臺大機械系課程分析統計見表三、表四。表三、表四中，第一欄必、選分別代表必修課與選修課的課程。權重學分欄之英文字母分別代表：A 為相關課程所占分析能力比例、 S 為相關課程所占合成能力比例、 P 為相關課程所占實作能力比例。括弧中的數字代表其所占權重學分數，例如：A(3)表示分析能力培養占了 3 學分、 S(1)表示合成能力培養占了 1 學分、 P(1)表示實作能力培養占了 1 學分。由課程分析統計表中得知，在八十六學年度的 115 門課當中， 104 門課有分析的內容、 25 門課有合成的內容、 23 門課有實作的內容。將所有的權重學分得分累加起來，可得分項的權重學分總值。再將各分項權重學分總值除以總學分數，可得所占的百分比例，此即為表格所示的比例數值。例如：在必修課程中，分析能力培養相關的權重學分數共有 52 學分，必修課總學分有 63 學分，將分析所占的學分除以總學分可得分析能力培養所占的比例值，為 82.5% 。以課程學分數及其所占百分比例為標準相乘後，可製作出臺大機械系課表分析結果，見表五。由表五可知，目前臺大機械系所有課程中，包含合成與實作的課程大約均占一成左右，對於培養創造力與實務經驗而言，未達到均衡發展合成、分析、實作三項能力的要求，有必要再作整體而統合的規劃。將必修課與選修課分開計算，則必修課程的分析能力培養又占了絕大多數，忽略其他能力的發展與培養。由於必修課程在這方面的不足，必須規劃一有效且整合全系資源共同推動的必修課程，或在選修課中增加合成與實作的訓練，才能補足這方面的缺憾。

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四)其他技術支援與經費來源

探討完課程規劃的問題，接下來進一步瞭解影響教學效果的其他技術支援與經費來源，期望能對整體的課程實施成效有進一步的認識。臺大機械系擁有約 50 個實驗室及一座實習工廠，提供學生軟硬體設備、技術支援。每年更積極爭取經費以充實更新實驗室設備。有關硬體設備、技術支援與經費來源等相關問題，條列說明如下： (1)硬體設備─目前有工作站數十部以及個人電腦300多部，分散於計算機中心、各實驗室及師生的研究室中。為配合工廠實習、設計製造實習等實務課程，並支援研製教具及實驗裝備等輔助教學的工作，設立機械工廠。工廠中包含了銑床、車床、鉋床、磨床、鋸床及精密加工室等相關精密加工設備。 (2)技術人員─機械工廠中配置 10 名技術人員，專責輔助學生進行工廠實習與操作機械，協助學生們解決相關的實作問題。 (3)特殊儀器─除電腦設備與傳統加工機具外，更有先進與精密的設備提供學生操作使用，如自動化製造實驗室的精密工具機與精密測量實驗室的精密測量儀器等設備。 (4)教育訓練─每年實施工廠訓練，培養學生操作工廠設備的技術與安全注意事項，舉凡要到工廠操作設備的學生均需先接受相關的訓練課程，才具備到機械工廠獨立操作機械的資格。 (5)經費來源─課程的經費來源主要包含機械系、機械系校友會、任課教授的研究計畫經費等三項來源。

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五)實施成效與檢討

經由以上分析可知，臺大機械系整體的課程規劃與完整的軟硬體設備，應足夠提供培養學生創造發明能力的教學輔助，增加學生參加相關競賽的動機與發表專利的興趣。目前學生發表專利數已有共計十餘件，亦組隊參加第七屆國際微小機器人競賽榮獲最佳設計獎。由課程分析的結果可知，課程規劃中有關合成與實作的

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表三　臺大機械系課表分析（八十六學年度上學期）

必選修課程類別開課年級課　號課程名稱學　分權重學分必理論 1 201 101A1 微積分甲上 3 A(3) 必理論 1 202 101A1 普通物理學甲上 3 A(3) 必理論 1 502 13100 計算機概論 2 A(2) 必理論 1 502 13201 應用力學上 2 A(2) 必理論 2 502 20002 工程數學上 3 A(3) 必理論 2 502 22300 機械材料 3 A(3) 必理論 2 502 23202 熱力學上 2 A(2) 必理論 2 502 24010 機動學（一） 3 A(3) 必理論 2 502 21800 材料力學 3 A(3) 必理論 3 502 31010 流體力學（一） 3 A(3) 必理論 3 502 342A1 機械設計原理甲上 3 A(1.5) S(1.5) 必理論 3 502 45110 自動控制（一） 3 A(3) 必實驗 1 202 10501 普通物理實驗上 1 P(1) 必實作 1 502 14102 工程圖學上 2 A(1) P(1) 必實習 1 502 25010 工場實習（一） 1 P(1) 必實驗 3 502 342A1 機械工程實驗（一） 1 P(1) 必實驗 4 502 35130 機械工程實驗（三） 1 P(1) (39) (32.5) (1.5) (5) 選理論 2 502 28100 電工學 3 A(3) 選理論 2 502 29010 機械設計概論（一） 2 A(2) 選理論 3, 4 502 30020 工程數學（二） 3 A(3) 選理論 3, 4 502 34110 製造原理 3 A(3) 選理論 522 U0100 空氣動力學（一） 3 A(3) 選理論 522 U0600 液壓工程 3 A(3) 選理論 522 U1040 材料之機械性質 3 A(3) 選理論 522 U1140 鑄造學 3 A(3) 選理論 522 U1300 飛行力學 3 A(3) 選理論 522 U1380 工廠自動化 3 A(3) 選理論 522 U1390 冷凍空調工程 3 A(3) 選理論 522 U1510 振動學 3 A(3) 選理論 522 U1540 偏微分方程 3 A(3) 選理論 522 U1560 流體力學導論（一） 3 A(3) 選理論 522 U1660 混沌力學導論 3 A(3) 選理論 522 U1960 高等動力學（一） 3 A(3) 選理論 522 U2690 精密量測 3 A(3) 選理論 522 U2960 計算流體力學 3 A(3) 選理論 522 U3090 熱流量測技術 3 A(3) 選理論 522 U3140 固體廢棄物焚化技術 3 A(3) 選理論 522 U3520 可靠度分析與應用 3 A(3) 選理論 522 U3550 中等動力學 3 A(3) 選理論 522 U3640 電腦輔助製造 3 A(3) 選理論 522 U3690 塑膠加工 3 A(3) 選理論 522 U3710 電腦繪圖學 3 A(3) 選理論 522 U3740 高等熱傳學 3 A(3) 選理論 522 U3970 精密機械概論 3 A(3) 選理論 522 U4160 精細元件與精密系統 3 A(3) 選理論 522 U4170 微系統導論 3 A(3) 選理論 522 U4190 工程材料選擇與運用 3 A(3) 選理論 522 U4200 系統化機構設計 3 A(1.5) S(1.5) 選理論 522 U4230 近代物理 3 A(3) 選理論 522 U4260 模具設計 3 A(1.5) S(1.5) 選理論 522 U4270 有限元素法導論 3 A(3) 選理論 522 U4340 潔淨室技術概論 3 A(3) 選理論 522 U4350 製造系統模式與整合 3 A(1.5) S(1.5) 選理論 522 U4360 微機械力學 3 A(3) （續下頁）

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表三　臺大機械系課表分析（86 學年度上學期）（續）

必選修課程類別開課年級課　號課程名稱學　分權重學分選理論 502 37010 機械設計實務（一） 2 A(1) S(1) 選理論 502 37020 機械設計實務（二） 2 A(1) S(1) 選實作 502 45250 電腦輔助機械製圖 2 A(1) P(1) 選實作 522 U0050 學士專題研究（一） 1 A(1/3) S(1/3) P(1/3) 選實作 522 U0070 學士專題研究（三） 1 A(1/3) S(1/3) P(1/3) 選理論 522 U0610 創造工學 2 A(1) S(1) 選實習 522 U0650 機械設計實習（一） 3 S(1.5) P(1.5) 選實驗 522 U1460 機電系統原理與實驗（一） 3 A(1.5) P(1.5) 選理論 522 U1600 產品設計 3 A(1.5) S(1.5) 選實驗 522 U4110 精密機械設計與實驗 3 S(1.5) P(1.5) 選理論 522 U4150 設計方法 3 A(1.5) S(1.5) 選實作 522 U4300 冷凍設計實作（二） 3 S(1.5) P(1.5) 選理論 522 U4330 機械系統分析與實務 3 A(3) 141 (117.67) (15.67) (7.67) 實際比重，皆僅占一成左右。對於培養創造力與實務經驗而言，顯然沒有達到讓合成、分析、實作三項能力平衡發展的條件。有必要再作整體而統合的規劃，補足合成與實作課程，增加對創造力培養有利的實務課程，以增進學生對於創造發明的能力。由課程分析表中也可看出，有關電子、電機、自動化、電腦、網路相關科目在機械系課程中普遍缺乏，相關課程教學與儀器設備所能提供的技術支援皆不夠充足。機電整合的基本知識與應用課程仍待加強，以補足機械系學生在此方面的缺憾，讓學生具有完整、宏觀的視野與整體的知識架構和背景。

三、國內外大學機械系創造發明規劃

依照臺大機械系課程規劃的分析方法，對國內外其他著名大學機械系的課程進行分析，並進一步比較其異同點，期望能找出較佳的課程規劃方式。

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一)國內大學機械工程課程規劃

國內其他大學機械系搜集課程資料的方法，是透過網際網路搜尋與直接向該系索取課表的方式取得。並將成大、清大、交大、中正、中山、中興等幾所國內大學機械系八十六學年度的課表及課程簡介，作為分析與探討的依據，以瞭解其他學校在創造發明課程上的規劃。依照前一部分，現有課程的分析與討論中，對臺大機械系課程的分析方法，進一步分析國內其他大學機械系課程，完成相關大學機械系課表分析，見表六。由表六可知，就必修課而言，所有大學在分析能力的培養比重皆在八成左右，占了相當高的比例。合成的比重平均皆不到一成，甚至於還低於 5％。實作的比例也只占一成到兩成之間。相較於實作能力在必修課中的分配而言，統合性的合成能力培養就比較少，對於提供學生培養整體思考概念的課程而言，稍嫌不足。整體而言，必修課程中因為分析能力的培養占了太多的比重，迫使其他能力培養不受重視，有必要在課程規劃時，平衡發展三項能力的培養，以提高學生創造發明的能力。以選修課而言，清大與交大的課程總數比臺大、成大的課程總數少很多。但相對於所有課程的比重而言，清大的實作課比重最多，對於培養創造力的課程而言，具有正面的意義。由課程統計表可知，各校課程規劃中，未見有相關專門探討創造力發展與實作的課程。目前實施的設計課程中，較具特色的有交通大學與中央大學的創意機械設計課程，要求修課學生實際參與產品分析、設計與製造，並舉辦比賽，讓所有同學觀摩設計的成果。

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二)國外大學機械工程課程規劃

有關國外著名大學在相關課程規劃方面，透過實地訪查，參觀訪問美國史丹福大學、加州大學柏克萊分校與麻省理工學院等校，取得相關的資訊。由訪問的幾所大學中，可以瞭解教授們對創造力課程的想法與規劃，以驗證實際規劃創造發明課程的重要性。以下分別針對史丹福大學與麻省理工學院機械系，實施創造發明課程的方式予以探討。 1. 史丹福大學 史丹福大學機械系的必修課程中，系內課程需修習 47 − 49學習單位（unit）、系外課程需修習 69 − 79 學習單位，合計 114 − 119 學習單位。基礎必修課（basic requirement）分為四個部分，分別是數學、科學、工程基礎與社會技術（technology in society）等必修課程領域。工程深度（engineering depth）領域的課程總計45學分，課程中相當重視學生創造力的培養，例如有視覺思考（visual thinking）的安排。其中機械系統設計 ME112 必須同時修習三個課程模組（modules）：ME112A、 ME112B 、 ME112C 。機械系統設計的課程主要是以學生專題為導向，舉辦類似

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表四　臺大機械系課表分析（86 學年度下學期）

必選修課程類別開課年級課　號課程名稱學　分權重學分必理論 1 502 13202 應用力學下 3 A(3) 必理論 2 502 20002 工程數學下 3 A(3) 必理論 2 502 21800 材料力學 3 A(3) 必理論 2 502 23202 熱力學下 2 A(2) 必理論 3 502 33100 熱傳學 3 A(3) 必理論 3 502 34100 機械製造 3 A(3) 必理論 3 502 342A2 機械設計原理甲下 3 A(1.5) S(1.5) 必實作 1 502 14102 工程圖學下 2 A(1) P(1) 必實習 1 502 25020 工場實習（二） 1 P(1) 必實驗 3 502 35120 機械工程實驗（二） 1 P(1) (24) (19.5) (1.5) (3) 選理論 1 502 10100 計算機程式 2 A(2) 選理論 2 502 24020 機動學（二） 3 A(1.5) S(1.5) 選理論 2 502 24040 電腦輔助機構分析 3 A(3) 選理論 2 502 27100 應用電子學（含實驗） 3 A(1.5) P(1.5) 選理論 2 502 29020 機械設計概論（二） 2 A(2) 選理論 3, 4 502 31020 流體力學（二） 3 A(3) 選理論 3, 4 502 31630 高等材料力學（一） 3 A(3) 選理論 3, 4 502 33200 內燃機 3 A(3) 選理論 3, 4 502 41330 流體機械 3 A(3) 選理論 3, 4 502 45120 自動控制（二） 3 A(3) 選理論 3, 4 502 45130 金屬熱處理 3 A(3) 選理論 3, 4 502 45230 工具機 3 A(3) 選理論 3, 4 502 45250 電腦輔助機械製圖 2 A(1) P(1) 選理論 3, 4 502 45260 系統動力學 3 A(3) 選理論 3, 4 502 45290 材料科學 3 A(3) 選理論 3, 4 502 45320 工程與生活 2 A(2) 選理論 522 U0250 輝面熱處理 3 A(3) 選理論 522 U0820 數值分析 3 A(3) 選理論 522 U1210 電子設備之熱傳分析 3 A(3) 選理論 522 U1330 專家系統之應用 3 A(3) 選理論 522 U1410 非鐵金屬材料 3 A(3) 選理論 522 U1470 工程統計學 3 A(3) 選理論 522 U3660 車輛工程學 3 A(3) 選理論 522 U4180 板殼理論 3 A(3) 選理論 522 U4220 齒輪機構學 3 A(3) 選理論 522 U4240 精密機械設計專題 3 A(1) S(1) P(1) 選理論 522 U4310 半導體廠務技術 3 A(3) 選理論 522 U4320 模具製作 3 A(3) 選實習 502 37000 校外實習 1 P(1) 選實作 502 37020 機械設計實務（二） 2 A(1) S(1) 選實作 522 U1530 電腦輔助工程分析設計 3 A(1.5) S(1.5) 選實作 522 U1680 實驗設計 3 A(1.5) S(1.5) 選實作 522 U1690 概念設計 3 A(1.5) S(1.5) 選實作 522 U3350 電腦輔助設計 3 A(1.5) S(1.5) 選實作 522 U4290 冷凍機設計實作（一） 3 S(1.5) P(1.5) 選實作 522 U4400 機械系統分析與實務（二） 3 A(1.5) P(1.5) 選實作 522 U0050 學士專題研究（二） 1 A(1/3) S(1/3) P(1/3) 選實作 522 U0070 學士專題研究（四） 1 A(1/3) S(1/3) P(1/3) 103 (83.17) (11.67) (8.17)

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紙腳踏車比賽的活動，融入相關設計課程中。透過專題與學生比賽的實施，指導學生們學習相關創新設計的能力。除必修學分外，下列四種科目：控制系統、感應器簡介、機電系統簡介、熱動力學中可選取二種，以完成機械工程深度的完整課程。史丹福大學機械系亦有創造力培訓的課程與企業界合作，運用團隊思考的方式進行專題製作與設計研討會，培育創造發明的師資，實際投入工業界進行研究發展。經與創造力課程的主要核心人物羅斯（Roth）教授訪談及實地參觀工廠設備與創意討論室，瞭解該系專題課程與企業界合作，由企業提供資金、配合人力資源，運用團隊的方式進行專題製作。 2. 麻省理工學院 麻省理工學院機械系在大學部規劃一般通識必修課（General Institute Requirements, GIRs）17 門，系上必修核心課程 153 學習單位，選修課程 24 學習單位，系內學程必須滿足一般通識必修課達 33 學習單位，未限制的選修課 48 學習單位，合計在一般通識必修課之外，必須選修192學習單位。在課程之中， 2.007 設計與製造 I（design and manufacturing I），有其獨特的風格與傳統。由於十分受到重視，已成為 MIT機械系的傳統。 2.007課程是大二的必修課程，課程規劃中導引學生有實際動手做的經驗。該課程是 12 學習單位（unit）的課程，參加的對象是所有大二的學生，針對完全沒有任何實作經驗的學生來做專題，而且是一位學生做一件機器，每位學生都有個別的成績。上2.007課程之前，為培養學生實作的能力，先有 2.670 機械工程工具（mechanical engineering tools）的先修課程，內容包括工廠實作、 Pro Engineering 及 Matlab 軟體的使用。該設計課程最重要的一環，就在準備比賽的過程中激勵學生學習的動機、造成壓力，透過競爭性及兩組對抗的方式，在競賽過程中激發學生的潛能，達到更進一步的學習效果。學生在大二時就能有動手作的經驗與能力，對爾後學習或研究都能有所幫助。

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三)討論

由本文對國內外大學進行的分析與探討可發現，各校的規劃中存在著許多異同點，這是值得將來規劃課程時注意的事項。針對國外大學的課程規劃，可以看出不同學校在發展創造力課程時，有著獨到的看法與見解。每個學校在培育學生能力上，有不同的作法。同時也可發現這些學校在培養創造發明能力的過程中，有一些共同的特性，課程中都強調以實作的教學方式讓學生能實際動手做，參與設計與創新的活動。同時，也都以專題為導向，設計課程的內容。讓學生在課堂中透過專題形式的學習方法，學得統整所有知識，運用在創造發明活動上的能力。就國內大學機械系在創造發明相關課程而言，大部分課程太強調分析能力的培養，缺乏相關創造發明與統整性機械設計課程，使得學生無法有效率的整合所有學科，發揮個人統整與創造發明的能力。因此，如何在課程規劃中增加實作與合成相關課程的比重，統合全系所有資源，規劃整體性的創造力訓練課程，加強學生綜合思考的學習能力等項目，是國內大學機械系應努力的方向。由於美國大學研究所申請入學的方式著重考量學生整體表現與實際研究潛力，大學部學生較願意投入更多的心力與時間在實作課程上，有助於學生創造發明課程的學習效果。

表五　臺大機械系八十六學年度課表分析結果

必修課（共計 63 學分）選修課（共計 244 學分）分析合成實作分析合成實作權重學分比例權重學分比例權重學分比例權重學分比例權重學分比例權重學分比例 52 82.5% 3 4.8% 8 12.7% 200.8 82.3% 27.3 11.2% 15.9 6.5%

表六　相關大學機械系八十六學年度課表分析

必修課選修課學校分析合成實作分析合成實作權重學分比例權重學分比例權重學分比例權重學分比例權重學分比例權重學分比例清大 66.5 83.1% 2.5 3.1% 11 13.8% 37.67 76.9% 4.67 9.5% 6.67 13.6% 交大 59.33 78.1% 3.83 5.0% 12.83 16.9% 53 86.9% 5 8.2% 3 4.9% 成大 69.5 80.8% 4 4.7% 12.5 14.5% 119.5 87.9% 6.5 4.8% 10 7.3% 中正 67 77.9% 3 3.5% 16 18.6% 77 90.6% 7 8.2% 1 1.2% 中山 64 82.1% 4 5.1% 10 12.8% 54 94.7% 3 5.3% 0 0 中興 68 85% 3 3.8% 9 11.2% 89.5 86.9% 6.5 6.3% 7 6.8% 臺大 52 82.5% 3 4.8% 8 12.7% 200.8 82.3% 27.3 11.2% 15.9 6.5%

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值得一提的是，麻省理工學院的設計課程有著完整的規劃與實際的練習。課堂中包含了創造發明能力培養所需要的合成、分析、實作的三大要素的訓練，更在最後競賽的過程中激勵學生，讓學生將作品完成，增加學生主動學習的動機。史丹福大學機械系的創造力培訓課程與企業界合作，運用團隊的方式進行專題製作與設計研討會，培育創造發明的師資，實際投入工業界進行研究發展。這些都是值得國內大學參考與學習的實際課程規劃方式。

四、創造發明學生活動之規劃

正式課程以外，有關專題與競賽形式的學生活動規劃，也培養了學生創造發明的能力。針對學生活動的規劃，可分課內與課外活動來探討。課內活動主要是專題實作的實施，課外的活動主要是學生科技競賽的進行。以下針對學生專題與科技競賽兩大項進行討論。

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一)學生專題

學生專題是課堂中由授課教師指導而進行的學生活動，算是一種相當特別的學習方式。專題進行的方式，可以配合正常上課而舉行，亦可以是單獨進行一門課程。例如臺大機械系開設的創造工學、機械設計原理、機械設計實習，臺科大的機械系統設計專題等，都是配合正常上課所進行的學生專題。麻省理工學院的 2.007 設計與製造 I ，則是一門完全專題活動的課程。學生專題雖然是課堂中的一種學習型態，然而目的與正常上課並不相同。授課教授可以提出一個合理且可解決的問題讓學生練習，但通常是沒有標準答案的問題。學生能運用已經學過的、正在學習的知識和其他相關的技巧，例如：想像力、實務經驗、人際關係…等，來解決問題。在這種問題導引的方式下進行的學習，與學生將來所要面對的工作情境相同，是很好的磨練與學習經驗。由此可知學生專題可以透過學生自行設計，並尋找最佳解答的學習方式，培養學生創造發明的能力。學生專題活動的規劃原則，可參考 Faste and Roth (1997)論文中專題與競賽的設計原則。專題課程像是一種演習，讓學生去嘗試、運用所有知識與技巧來解決一個問題。然而，在課堂中帶領學生專題時，授課教師可能會遇到一些困境，以下是幾項注意事項作為教學時的參考： (1)學生專題不是上課，儘量不要利用學生專題來傳授知識。讓學生自己找尋需要的知識。以訓練學生思考的獨立性和整合性。 (2)學生專題的主體是學生，老師的任務是設計一個合適的問題、提供足夠的資源、做適時的提醒與警告，並注意學生的發展。 (3)學生專題通常由數位學生組成，同學之間互動、團體分工及社交能力的培養，是學生專題的價值所在，不是正常上課能有的教育效果。 (4)學生的專題題目很不容易設計。指導老師可由所從事的研究工作中，抽取較小的題目或較容易的部分，讓學生嚐試進行。 (5)專題進行的過程中一定要有工作記錄及報告，將來可做為學生專題的成果記錄。學生專題經由良好的規劃與執行後，將能有效培養學生獨立思考的能力及統合所學的知識與技巧，增進創造發明的能力。因此，若能在機械系的課程中規劃跨領域的專題課程，以專題課中包含培養創造力三大要素：「合成、分析、實作能力」的特性而言，將能有效充實學生創造發明的能力。此外，研究所入學甄試和工業界應徵新進人員的方式，也影響了學生在大學課程中，學習的方向與動機。若能採用多元的評審方式，增加對相關專題課程訓練與成果的審查，將能有效推展專題教學的效果。

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二)學生科技競賽

除了在課堂中可以透過專題型態，實際運用所學知識與能力外，競賽形式的課外活動也能夠提起學生主動學習與動手做的興趣。學生科技競賽可分為國際性、全國性、地區性、校內、系所本身的競賽活動，例如：國際性美國帆船大賽、全國性省油車競賽、臺大機械系科技競賽等，都可激發創造發明能力，在競賽活動中展現創意並且完成設計目標。科技競賽的特質是利用課外的時間，共同參加競賽的活動，藉由競賽的活動驗證所學知識。並在展示成果的過程中，得到肯定與成就感，提高學生主動學習的動機，是有效率且廣泛應用所學的一種學習方式。科技競賽的競爭型態若以學生學習的觀點看來，可能會有比較負面的影響，例如：造成學生互相競爭，失去相互吸收經驗、共同學習的過程。但由於它是最簡單且能最迅速讓學生進入實務學習狀況，有效提高學生學習動機的學習方法。主辦單位可以設計、規劃出完善的競賽方式，採用公平、公正的評量規則，讓參賽者在完整的規範、制度與規定的時間中，激發出創造力並將產品製造出來，同時達到培養學生創造發明能力的目標。舉辦學生科技競賽比學生專題需要投入更多人力、時間與經費，但如果能持續舉行，並擴大宣傳競賽活動的特性，形成傳統及共同追求的風氣，將對學生的創造發明能力產生很大的影響力與效果。

五、討論與建議

由以上的分析與研究得知，目前國內相關創造發明的課程中，普遍缺乏實作與合成能力的培養。對於培養創造發明能力課程的規劃，還有許多可改善的空間。國外多年來對創造發明課程規劃，有許多獨到的見解與觀念，可以成為國內將來規劃課程時的借鏡。因應國內特殊的學習環境，可在升學與就業過程的審查中，加入學生動手做，整合所學知識，實現發明創造實務的實際經驗，提高學生在學期間學習相關課程的動機。

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創造發明師資人才的培養，在推動課程內容與落實成效方面，也具有相當的重要性。藉由廣泛培育創新設計的種子教師，架構起培養創造發明人才的整體網絡，才能讓創造發明培養的工作，真正落實在大學教育中。目前為止，針對創造發明能力培養的課程規劃和安排已具相當規模，但還有再加強與補充的空間。以下針對與創造發明能力培養具有決定性影響力的幾項因素，提出建議如下。 (1)增加實作、合成等課程的比重，提高學生綜合思考的學習能力與實務經驗。 (2)統合全系所有資源，規劃整體性的創造力訓練課程與學生專題課程，以落實創造發明的成效。 (3)增加全系跨領域的學生專題研究課程，透過學生與學生、學生與授課教師間的互動，讓學生主動地學習。 (4)多方面規劃並實施具有培養創造力意義的科技競賽活動，鼓勵學生從事創造發明的活動。 (5)建議大學研究所入學甄試與工業界應徵人才評鑑時，增加專題研究與科技競賽成果表現的成績審查。 (6)規劃創造力教師培訓計畫與教材，廣泛培訓創造力師資，擴大創造發明培養的層面。

六、結論

本研究探討大學機械系對培養學生創造發明能力之課程教學實施現況與規劃，針對大學機械系課程與學生活動兩方面已有瞭解與認識。透過探討臺大機械系實施情況與成效，分別針對課程規劃與學生活動進行檢討；國內外大學機械系對培養學生創造發明之實施狀況與其特色；針對學生活動之專題與科技競賽方式進一步探討等三大方向。經過分析與統整，瞭解目前大學機械課程對培養學生創造發明能力之影響與成效，提出大學機械課程與學生活動規劃未來發展方向的建議，希望能激發學生創造力，提升創造發明的能力。大學機械課程將來改進的方向，應該是統整所有課程、增加相關合成能力與實作能力的課程，增加學生專題的課程內容，讓學生能在課堂中廣泛培養創新設計與綜合思考的能力。對大學機械課程、學生活動與教學環境規劃之建議，除了在課程規劃上，增加實作及合成能力培養課程的比重，加強學生綜合思考的學習能力外，更進一步以必修課程形式的學生專題，加強學生的創造發明能力。此外，更可透過在研究所入學甄試或工業界甄選設計人才時，增加創新專題研究成果與科技競賽的成績為審查參考的標準，激勵學生在學校中學習的動機。最後藉由廣泛培育創新設計的種子教師，架構起培養創造發明人才的整體網絡，使創造力培養的工作在大學教育中真正落實。

誌謝

本研究承國科會計劃補助而完成，計畫編號：NSC 86-2512-S-002-010-EE。

參考文獻

陳龍安（1991）創造思考教學的理論與實務，增訂五版。臺北，臺灣：心理出版社。

Faste, R., & Roth, B. (1997). The design of projects and contests: The rules of the game. J. of Robotics and Mechatronics, 10(1), 1-11.

Mansfield, R. S., Busse, T. V., & Krepelka, E. J. (1978). The effectiveness of creativity training. Review of Educational Research, 48, 517-536. Martindale, C. (1989). Personality, situation, and creativity. In: J.A. Glover,

R.R. Ronning & C.R. Reynolds (Eds.), Handbook of creativity (pp. 211-232). New York, NY: Plenum Press.

McCown, R., Driscoll, M., & Roop, P. (1996). Educational psychology (2nd ed.). Needham Heights, MA: Alley & Bacon Asimon & Schuster Company. Sternberg, R. J., & Lubart, T. I. (1995). Defying the crowd: Cultivating

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improves school achievement. Journal of Educational Psychology, 90, 374-384.

Torrance, E. P. (1965). Rewarding creativity behavior. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc.

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On the Planning of University Mechanical Engineering

Curriculum for the Creativity

TYNG LIU AND CHANG-WEI CHAI

Department of Mechanical Engineering

National Taiwan University

Taipei, Taiwan, R.O.C.

ABSTRACT

This study is to evaluate and organize the curriculum and student activity in the university mechanical engineering (ME) program, in order to evoke and improve the creativity and innovation of the students. Since the industry in Taiwan demands the engineers to bring up with new ideas and innovative concepts, the creativity of the engineering graduates becomes more and more essential. In this research, firstly, review and investigate the curriculum and student activity organized in the ME department of National Taiwan University. Secondly, compare the curriculum and student activity with the ME programs of the other famous universities. Lastly, find the guidelines for promoting student activity, such as creativity contests. After analyze and discuss, some recommendations about proper curriculum in ME department for evoking the creativity of undergraduates are suggested, and the necessary arrangement of the resources and guidelines of student activity to maximize effects are also proposed.

大學機械工程教育創造發明之規劃