Browsing by Subject "3D Printing"

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應用3D列印於國小視覺藝術課程
(2017) 陳湘庭; Chen, Hsiang-Ting
本研究將3D列印應用於國小視覺藝術課程，以探討其對學生的學習態度、學習成就及創造力之影響。教學設計是讓學生應用3D建模軟體設計作品，並印出實體。研究採不等組準實驗研究設計法，參與者為台北某市立國小六年級三個班級，共73位國小六年級學生，進行七週的實驗教學。其中兩個班級為實驗組（共49人），使用3D建模軟體製作撲滿，最後用3D列印印製，並進行上色；另一個班級為控制組（共23人），使用傳統教學方法，由教師或自備材料。研究結果顯示，本研究發展的3D列印教材有助於提升學生的創造力與學習成效，且學生皆抱持正向的學習態度。3D建模軟體設計具彈性的優勢，讓學生在製作過程中更能發揮創造力，也較能不受材料的限制，也使學生有更高的意願進行分享與賞析。本研究建議，教師於教學中使用3D建模軟體時，應提供學生足夠的形體變化引導活動，以協助學生熟悉軟體操作。教師自己亦應熟悉軟體操作，並注意3D機器的使用安全。
應用三維列印於STEAM教學提升學生創造力之行動研究
(2020) 林彤; Lin, Tung
本研究以行動研究實施三維列印之STEAM教學以提升學生創造力，研究目的一方面是促進授課教師在教學上的專業成長，另一方面是藉此了解應用三維列印於STEAM教學實施的問題。行動研究者為北部某國小的一位資訊教師，教學對象為該國小四年級的兩個班級，共53位學生，研究者本人擔任助教及觀察者角色。教師實施的STEAM教學活動涵蓋科技（三維列印）、藝術（美感與創意）與數學（幾何概念）等三領域，教學步驟包括討論分析、設計引導、草圖設計、製作原型與課後感想等五個階段，最終讓學生完成一件三維列印的建築物作品。研究結果發現：（1）教師體認三維列印的STEAM教學可以提升學生學習動機，以及協同教學在STEAM教學的重要性。（2）教師認為在STEAM教學時提供學生豐富的範例，可以避免學生思考受侷限；在應用三維建模軟體時，教材應有明確主題並提供操作步驟；授課時應進行前次授課提要，以幫助學生銜接STEAM不同領域之學習主題。建議未來實施三維列印STEAM教學前，應先教授學生三維列印概念及STEAM單元涉及的學科知識，並尋求相關領域教師協同教學，且應實施課後測驗瞭解學生學習成效以修正教學。
發展利用非金屬材料之THz波前與振幅調製技術
(2024) 韋怡安; Wei, Yi-An
太赫茲輻射具有眾多獨特的特性，包括光子能量低、對金屬的高反射性、對水表現出強烈的吸收，以及對大多數介電材料表現出極高的穿透性。這些特性賦予太赫茲輻射在多個研究領域中的優越性。太赫茲輻射可提供有關分子之間低頻震動模式、氣體的旋轉模式和晶格內聲子模式等分子訊息，進而使太赫茲的吸收頻譜能夠清晰地分析同分異構物的組成模式。因此，太赫茲輻射在各種研究和實際應用中得到廣泛應用。然而，由於太赫茲波段相關設備仍相對缺乏，因此低耗損且高效的元件變得尤為重要。為了解決這一問題，本研究針對波前和振幅的調製分別使用了不同的方法。在波前的調製方面，採用了三種主要方法，包括透鏡、螺旋相位板以及超穎介面。透鏡利用造鏡者公式並搭配3D列印技術，透過常見3D列印材料的改良，最後所選用的材料為光固化樹脂混合30%的Al2O3，成功地製造耗損較小的太赫茲元件並有效的降低製造成本，可應用於多種系統架設及應用。隨著未來6G通訊波段提供更高速度、更大容量和極低延遲的可能性，相關研究正積極進行。在這方面，具有軌道角動量的螺旋光束展現出相當大的應用潛力。螺旋光束的拓樸數可以是任意整數，且不同拓樸數的螺旋光束呈現正交性，適用於增加通訊通道。因此要能產生這種具有軌道角動量的螺旋光束就非常重要，本研究利用了兩種方式來實現，分別是螺旋相位板以及超穎介面。螺旋相位板利用3D列印方式製造，所選用的材料與製作透鏡時相同，形成可以隨著空間旋轉的螺旋階梯狀結構，進而產生相位隨著空間旋轉的環形光斑。而超穎介面則利用表面電漿共振及Pancharatnam-Berry (PB) phase的原理，設計出漏斗結構的超穎表面，達到空間上不同相位分佈的狀態，進而實現螺旋狀的波前。在振幅的調製方面，有兩種主要方法。首先，利用磁流體其優異的磁致特性進行調製。這種方式在施加弱磁場時，磁流體中的奈米粒子會排列成鏈狀分布。透過調整磁場大小，使得鏈狀結構的緊密程度發生變化，當鏈狀之間的間距與入射光達到共振時，即實現了振幅的調製效果。其次，受到磁流體和3D列印技術的啟發，提出了第二種方式。這種方法將鏈狀結構類比為一維光子晶體，類似光柵結構。由於太赫茲對於許多介電材料有著高穿透的特性，通過適當設計結構尺寸並搭配合適材料，使其能與入射光產生高品質因子的共振。因此這種方法可以成為一種設計簡單、製程單純的元件製作方式，並在振幅的調製方面發揮作用。總而言之，這項研究不僅探討了太赫茲調製器在波前和振幅方面的特性與設計，更成功地實際製作出符合成品來匹配模擬結果。這一系列有效的調製方法為太赫茲技術的發展和應用開啟了嶄新的前景。
高中生與大學生在工程設計流程與創造力表現差異之研究
(2020) 楊于萱; Yang, Yu-Hsuan
　　十二年國民基本教育的「科技領域」主要希望培養學生的科技素養，透過運用工具、材料來動手實作，促進學生的批判思考、問題解決以及運算思維等思考能力，這樣的課程內容具有銜接高等工程教育的功能。除此之外，新課綱也帶入了3D列印等新興科技，「工程設計」也是其中的重點之一。透過3D列印技術，學生能夠快速建模，加速設計流程，使設計流程更具流暢性，也能促進學生的產品創意表現。　　十二年國教實施後，工程相關的課程預期將能提升高中生的工程素養與能力，因此高等教育也須因應調整。為了解工程教育培育後的高中生與現今大學生的能力差距，本研究提出專題導向之教學課程，以能夠通過障礙、達成目標任務、具備創新造形的機械蟲設計活動，發展課程後進行教學活動。研究對象為某高中二年級學生33人與某大學工程設計背景之大學生33人，於教學活動結束後透過創意產品分析矩陣、原案分析來比較高中生與工程設計背景之大學生參與課程後的表現，以了解學生能力上的差異與需求，提供高等教育工程相關課程和活動發展與教學之參考。　　本研究之研究結果發現：(1)工程設計背景之大學生的產品創意表現優於高中生；(2)高中生與工程設計背景之大學生在工程設計活動中項目次數與百分比上沒有顯著差異；(3)工程設計背景之大學生在工程設計行為原案分析結果雖優於高中生，但還是存在個體差異。在工程相關的課程中，教師往往只透過學生設計、製作的產品來評量學生的學習表現。鑒於上述研究結果，在高等教育的工程課程中，教師應採用更多元的評量方式，才有助於學生的認知發展。