2021土木工程基本實作cornerstone課程成果報導 (結構)

助教 土木三 呂鎮宇、許尹懷、郭文妮、鄧宇恒、張宸瑋、林璋元

土木工程實作設計 (cornerstone)
本學期之土木工程實作設計,以結合理論課程所學習到的知識以用來解決實作課程的題目。而在實作課程的內容裡,主要分成兩大部分,結構的部份以及自動控制的部分,這個部分主要是講述結構部分的課程。由卡艾瑋老師為主,設計這一學期的結構課程。並且配合大一學生所修習的工程數學、應用力學、微積分,更加了解理論在實際狀況下如何去應用。在修課的過程中,同學也需要利用各種繪圖軟體以及製作簡報的程式,並且在與組員合作的狀況下完成這項課程。

課程概述:
在結構部分,課程主題主要是讓同學們能夠了解如何去分析結構,以及如何實際的做出模型。在課程的前半段主要是以設計軌道為主題,指導同學們以Mablab的程式模擬軌道的運行,並且預測鋼珠於軌道的停留時間以及行走的軌跡,而軌道的程式老師會提供相對較複雜的code,主要是希望學生能夠了解如何運行以及更改某些參數而驗證實驗的成果。

在課程的後半段則是希望學生設計出一座塔,並且放上振動臺測試,其中讓同學們了解繪圖軟體的操作以及程式語言的使用,並且希望他們能夠藉由受力的預測去改善結構物的設計,完成這次的作品。



圖一 軌道製作、組裝

圖二 鋁板桿件組裝、加工練習

課程內容:
在修課的過程,我們都會提供同學們每一個禮拜的學習目標,並且再配合工程數學等其他理論課的進度,讓學生利用課程上的知識分析,或者是能夠計算出預測的結果。一般而言,之前的課程目標是希望學生利用過往經驗而製作出他們的結構物,最後在成果發表時再以測試成果以及老師的講解而更加了解構造物上可改變的地方。但這學期是希望學生能夠利用這學期所學到的內容以及過往的工具,將結果先模擬出來,預測結構物測試後的結果,因為在現實個案中,並沒有結構物壞掉之後能夠再重新建造的機會,而是希望在建造之後,能夠提供穩固的使用。所以希望學生能夠在只有一次的機會,建造出優良的結構物。



圖三 雲霄飛車測試

課程整合:
以往課程模式主要是希望同學們能夠完成塔的模型,理論的課程也會在課堂上提到,但是相對的比重沒有這麼重,所以對於理論課程與實作課程的整合比較沒有著重這麼多,但這個學期,實作課程會配合理論課所教導的內容安排,主要希望學生利用所學的工程知識去模擬實作的結果。

以工程數學為例,我們會要求學生得出球的軌跡與時間的關係圖,除了用程式語言模擬以外,同學們需要了解如何用工程數學解微分方程的方法模擬出該項結果。若是以應用力學的角度來看,我們會要求學生了解力與速度的關係,可以模擬出球的時間與速度的關係。


圖四 從期初實體授課到期末線上授課

圖五 期末線上簡報

助教心得:
學期下來發現同學們都有許多創意的發想,我們只提供了許多大方向,他們可以設計出許多有趣的構造去完成課程上的需求。而當課程到達某個段落之後,同學們需要上臺準備簡報,透過簡報我們也可以了解同學在課程上的掌握程度,而我們在課程開始前也自己實作了一遍,不論是實際繪畫塔的模型,還是模擬MatLab的模擬,都有實際操作一遍。這也讓我們對於課程有更加詳細的了解,對於學生的問題也比較清楚可能發生的原因。

課程開始後,我們則會在每一個禮拜的開會討論上個禮拜學生遇到的狀況,如果接下來有相同事情發生,我們也相對比較知道怎麼去處理。開會也會討論閜一個禮拜所需要完成的課程進度,讓助教們更加進入狀況。整個學期下來,在老師的指導之下,我們與同學的配合也比較順利,對於他們可能會遇到的問題也能夠適時的反應,而在助教期間也學到了許多經驗,以及許多實務的操作,獲益良多。

改善與建議:
在學期前的開會如果有辦法的話是希望所有擔任任課的教授都可以盡量出席課程籌畫的會議,這樣在學期開始後對於課堂的掌握程度也會相對完善,因為有些問題可能學生助教沒有辦法解決,但如果教授沒有參與到討論,這樣要解決學生的問題可能又要再透過另一個教授來解釋,可能相對麻煩。


圖六 卡老師與助教們的課程準備測試、教學