空氣動力車設計實驗探究活動/汪殿杰老師

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1. 空氣動力車設計實驗探究活動 1. 課程目標 2. 工程設計程序 3. STEAM跨領域整合 4. 探究實驗引導設計思考 設計思考 工程設計程序 產品開發
2. 空氣動力車競賽的歷史(1950`s)
3. 全世界最大的科技競賽 競賽網址 https://www.f1inschools.com/
4. 能量轉換與最低能耗設計思考 在一定能量的提供下，最快的時間產生最大的速度與動量，減少行駛阻力 速度V 時間t 減少空氣阻力 提高行駛穩定性 減少車重 降低滾動阻力 提早抵達終點
5. 學習方法 透過工程設計程序步驟及專題製作 1. 理解科技、工程、科學及數學的互動關係 2. 善用科技知能、創造思考，以及解決問題的能力 3. 正確的科技觀念和態度，及對科技研究與發展的興趣 4. 資源整合、計畫管理、有效溝通與團隊合作的能力 5. 工程設計與進行探究實驗、分析與解釋數據的能力 高中生活科技的選修課程 資料參考: 范斯淳 游光昭 教授
6. 課程設計理念
7. 課程設計理念
8. 探究實驗活動 引導設計思考
9. 課程活動規劃策略
10. 課程內容架構(STEAM跨領域整合) 概念性知識 程序性知識
11. 步驟 1 定義問題 高壓空氣競速車設計 「定義問題」是盡可能釐清與達成問題解決所 需依循的條件、限制或相關的問題。
12. 1 規格限制 與 動力 200mm 80mm 50mm 12g 6 g ± 尺寸允許誤差 5 0 mm
13. 速度會是最重要的目標 擬定設計方向 關鍵設計要素? 最快的時間產生最大的速度與動量，減少行駛阻力 步驟 2 研究需求 速度V 時間t
14. 市場 規格 概念設計 細節設計 量產 行銷 現有產品 需求分析 組織規劃 關鍵特點 工程設計 決策判斷 原型打樣 工程分析 機械製造 最佳化 管理配送 廣告宣傳 2 設計思考 3D建模 預測分析 原型製作 測試評估 產品開發程序 工 程 設 計 專 題 學 習 重 點 車輛設計
15. 慢慢具體 初步概念 步驟 3 發展可行方案 發展可行方案需要慢慢形成具體的形體，方便後續的分析與討論 「建模」是一個系統、讓設計產品的特徵及功能展現，可以透過圖像式、物 理式或數學式的形式加以表達。工程設計現今最常見的方法，就是完成電腦 的3D建模。
16. 3 高中生活科技加深加廣的建模能力是要能完成 3D模型的繪製，除了更能 清晰的表達想法，也可以結合電腦輔助製造(CAM)和電腦輔助分析(CAE) 工具，完成更高品質的工程設計產品。
17. 從幾個設計中 選擇最佳方案 步驟 4 選擇最佳方案 選擇方案需要根據客觀的事實，要善用科學的研究分析方法，去預測分析評估 「預測分析」是一種系統性的思考，而其目的在於詳細的檢視設計歷程中的各 種問題。
18. 4 完成2-3個不同的3D建模作品，藉由流體力學和電腦有限元素分析(FEA) 的技術進行預測分析，在相同的分析條件下，評估每個模型的效能，選 擇較優的設計。
19. 步驟 5 建立原型 手工製作原型 3D列印原型 CNC雕刻原型 「建立原型」(Prototype)是盡可能的模擬產品完整的體驗，所以在材料的 結構強度與品質上，需要能符合後續測試條件的要求，活動部位與輪軸機構， 也需要能夠靈活運轉。所以除了手工製作外，如果能善用數位加工會更理想。
20. 5 高中生活科技加深加廣的原型製作能力，要能善用更多樣性的材料和工具， 製作符合工程設計分析評估需要的產品原型。
21. 步驟 6 測試與評估 測試與評估是用來評價設計方案優劣的科學方式，需要客觀與多面向衡量， 對產品設計的效能做正確的評估。
22. 6 使用風洞測試車輛原型的空氣阻力 使用高壓空氣測試車輛原型的行駛速度改善
23. 慢慢提升 步驟 7 再設計 再設計「最佳化」是在符合各項限制之下，從方案中尋求各項標準互相配 合下的最佳答案；或是針對測試評估後發現的新問題，優化原始的設計。
24. 7 在原有設計中調整與局部改造是再設計(最佳化)的原則，精益求精，讓設 計獲得更好的效能。
25. 步驟 8 結束設計 設計最終在時間與資源的限制下，必須告一段落，同學們可以整理課程活 動的所有實驗研究資料、設計圖、照片、工程筆記，製作完整的學習歷程 資料。經歷完整工程設計程序的經驗，也可以提供未來設計製作與生涯規 劃的參考。 https://thegadgetflow.com/blog/how-to- install-color-profiles-on-your-monitor/
26. 8 同學完成了許多各具特色精緻的作品，拍攝和作品的合照 ，整理工程筆記和照片，製作一份值得驕傲的歷程檔案。
27. 今天研習的體驗活動
28. 高壓空氣發射實驗(PVC管) 使用打氣筒與快速釋放閥測試PVC管設計的高壓空氣競速車
29. 課程網站 https://sites.google.com/ttsh.tp.edu.tw/engineering-design/%E9%A6%96%E9%A0%81?authuser=1