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研究生:莊振中
論文名稱:製圖科學生應用3D電腦繪圖軟體學習立體圖在空間能力表現之研究
論文名稱(外文):The effects of applying 3D computer–aided-design drafting software to learn pictorial drafting for the students of drafting departments of high schools in Taiwan
指導教授:許全守許全守引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣師範大學
系所名稱:工業教育學系在職進修碩士班
學門:教育學門
學類:專業科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:134
中文關鍵詞:3D電腦繪圖軟體空間能力
相關次數:
  • 被引用被引用:16
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本研究旨在探討3D電腦繪圖軟體的學習成效。研究的對象為製圖科的學生,以3D電腦繪圖軟體、2D電腦繪圖軟體和萬能繪圖儀之應用為自變項,立體圖學習為控制變項,空間能力表現為依變項進行一學期的正常(未告知)教學。空間能力細分為立體旋轉空間定位能力、平面旋轉空間定位能力、平面轉換立體空間組織能力與物體多向空間組織能力等四種不同的表現。
依據研究架構與研究設計,以應用3D和應用2D電腦繪圖軟體之分組、以及應用3D電腦繪圖軟體和萬能繪圖儀之分組的製圖科二年級學生進行一學期的立體圖正常(未告知)教學後,對製圖科學生施以空間能力量表測驗,比較自變項在依變項的差異情形。
製圖科學生學習立體圖的研究數據採用SPSS 10.0軟體分析,結果如下:
一、應用3D電腦繪圖軟體在立體旋轉空間定位能力與平面轉換立體空間組織能力表現優於應用2D電腦繪圖軟體,且達到.05水準的顯著差異。
二、應用3D電腦繪圖軟體與應用2D電腦繪圖軟體,在平面旋轉空間定位能力表現與物體多向圖形空間組織能力表現則無顯著差異。
三、應用3D電腦繪圖軟體,在立體旋轉空間定位能力與平面轉換立體空間組織能力表現優於應用萬能繪圖儀,且達到.05水準的顯著差異。
四、應用萬能繪圖儀在物體多向空間組織能力表現優於應用3D 電腦製圖軟體,且達到.05水準的顯著差異。
五、應用3D電腦繪圖軟體與應用萬能繪圖儀在平面旋轉空間定位能力無顯著差異。
同時,本研究獲得如下之發現:
(一)應用3D電腦繪圖軟體在立體旋轉空間定位能力與平面轉換立體空間組織能力表現有顯著的影響,符應上述空間能力量表以立體圖為題幹的特質。顯示,應用3D電腦繪圖軟體有效於立體圖繪學習。
(二)應用萬能繪圖儀在物體多向空間組織能力有顯著的影響,符應上述空間能力量表以平面三視圖為題幹的特質。顯示,應用萬能繪圖儀有效於平面三視圖學習。
(三)應用3D電腦繪圖軟體對平面旋轉定位能力與物體多向空間組織能力無顯著的影響,符應上述空間能力量表以平面視圖為題幹的特質。
Abstract

The purpose of this study was to evaluate the effects of applying three dimension computer-aided design drafting software
(3D CADD) to learn pictorial drawings for the students of drafting departments of high schools in Taiwan. SolidWorks software(3D CADD), AutoCAD software (2D CADD) and drafting machine were
used and as independent variants in the study. The dependent variant was the spatial ability divided into four categories: Performance in locating 3D spatial rotation, locating planner spatial rotation, organizing ability to transfer 2D to 3D spatial and organizing ability of multi-direction object.
According to the arrangement and design of the study, students of drafting department in second grade were divided into four groups. Two groups were assigned to use 3D CADD and 2D CADD, the other two were assigned to use 3D CADD drafting-machine drafting. The students of this study were under normal situation (without noticing) learn pictorial drawings for one semester. After learning, a spatial ability test was performed. The different scores of the between the independent variants were compare and analyzed by SPSS 10.0 software. The results of this study are as follows:
1. Applying 3D CADD shows better performance than applying 2D CADD in locating 3D spatial rotation and organizing ability of transferring 2D space to 3D space. The difference reaches the level of 0.05.
2. There are no significant differences in locating planar spatial between applying 2D CADD and applying 3D CADD.
3. Applying 3D CADD shows better performance than applying drafting machine in locating 3D spatial rotation and organizing ability of transferring 2D space to 3D space. The difference reaches the significant level of 0.05.
4. Applying drafting machine shows better performance than applying 3D CADD in organizing ability of multi- direction object. The difference reaches the significant level of 0.05.
5. There are no significant differences in locating planar spatial between applying drafting machine and applying 3D CADD.
This study has following findings:
1.Applying 3D CADD has strong influence on locating 3D spatial rotation and organizing ability of transferring 2D space to 3D space. This is consistent with the characteristic of spatial ability test which frame focuses on the pictorial drawings. Consequently, applying 3D CADD is useful in the learning of the pictorial drawings.
2.Applying drafting machine has significant influence on the organizing ability of multi-direction object. This is consistent with the characteristic of spatial ability test which frame focus on the orthogonal drawing. Consequently, applying the drafting machine is useful in the learning of the orthogonal drawing.
3.Applying 3D CADD has no significant influence on locating planar rotation and the organizing ability of multi-direction object. This is consistent with the characteristic test which frame focuses on the planar drawing.


Keywords: 3D computer–aid drafting software, spatial ability
目 錄

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅲ
目錄 Ⅴ
表目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅸ

第一章 緒論
第一節 研究動機 1
第二節 研究目的 4
第三節 研究假設 5
第四節 研究範圍與限制 7
第五節 名詞釋義 9
第二章 文獻探討
第一節 學習成效與空間能力相關研究 12
第二節 立體圖呈現型式 30
第三節 立體圖課程內容 36
第四節 應用3D電腦繪圖軟體和其他製圖工具在立體圖
呈現差異之比較 43
第三章 研究設計與實施
第一節 研究架構 78
第二節 研究方法與設計 80
第三節 研究工具 84
第四節 資料處理 91
第四章 研究結果與分析
第一節 受試者樣本描述 92
第二節 應用2D與3D電腦繪圖軟體在空間能力表現情形 94
第三節 應用3D電腦繪圖軟體與萬能繪圖儀在空間能力表現情形 98
第四節 綜合討論 102
第五章 結論與建議
第一節 結論 105
第三節 建議 107
參考文獻
中文部份 108
西文部份 115
附錄
附錄一 空間能力正式量表授權書 119
附錄二 空間能力正式量表 120







表 目 錄

表2-1空間能力與學習知識關係 13
表2-2空間能力與學習成效關係 14
表2-3機械繪圖學習成效與空間能力關係 16
表2-4數學學習成效與空間能力關係. 19
表2-5國內外學者對空間能力定義整理 22
表2-6國內外學者對空間能力分類整理 27
表2-7空間能力指標項目和定義 28
表2-8立體圖課程內容 36
表2-9國立臺中高工機械製圖實習教學進度表 37
表2-10國立台南大學附中機械製圖實習教學進度表 39
表2-11繪製立體圖工具特質比對 42
表2-12不同繪圖工具繪製線條步驟分析 46
表2-13不同繪圖工具在線條呈現分析 48
表2-14不同繪圖工具繪製等角立體圖步驟分析 58
表2-15不同繪圖工具在繪製圓與弧等角立體圖步驟分析 68
表2-16不同繪圖工具在等角立體圖呈現差異 74
表3-1各校製圖科學生應用不同工具學習立體圖情形 83
表3-2空間能力各分量表之信效度 84
表3-3本研究空間能力量表之信效度 85
表3-4立體旋轉空間定位能力分量表之分析 86
表3-5平面旋轉空間定位能力分量表之分析 87
表3-6平面轉換立體空間組織能力分量表之分析 88
表3-7物體多向空間組織能力分量表之分析 89
表3-8 正式空間能力量表內容 90
表4-1學生學習立體圖之繪圖工具 93
表4-2各校製圖科學生國中基本入學測驗成績情形 93
表4-3應用2D與3D電腦繪圖軟體在立體旋轉空間定位能力之
分析 95
表4-4應用2D與3D電腦繪圖軟體在平面旋轉空間定位能力之
分析 95
表4-5應用2D與3D電腦繪圖軟體在平面轉換立體空間組織能
力之分析 95
表4-6應用2D與3D電腦繪圖軟體在物體多向圖形空間組織能力之分析 97
表4-7應用3D電腦繪圖軟體與萬能繪圖儀在立體旋轉空間定位能力之分析 98
表4-8應用3D電腦繪圖軟體與萬能繪圖儀在平面旋轉空間定
位能力之分析 99
表4-9應用3D電腦繪圖軟體與萬能繪圖儀在平面轉換立體空
間組織能力之分析 100
表4-10應用3D電腦繪圖軟體與應用萬能繪圖儀在物體多向圖形空間組織能力之分析 101




圖 目 錄

圖2-1 Pellegrion和Kail空間能力模式圖 23
圖2-2立體圖 31
圖2-3 (a)邊長相同的正方形 32
圖2-3 (b)先繞直立軸線旋轉45∘ 32
圖2-3(c)等角投影圖 32
圖2-4 (a)邊長相同的正方形 32
圖2-4 (b)先繞直立軸線旋轉45∘ 32
圖2-4 (c)二等角投影圖 32
圖2-5 (a)邊長相同的正方形 33
圖2-5 (b)先繞直立軸線旋轉60∘ 33
圖2-5 (c)不等角投影圖 33
圖2-6繪製等角圖方法 33
圖2-7等斜圖 34
圖2-8半斜圖 34
圖2-9 (a) 2D利用極座標做線條設定 46
圖2-9 (b) 3D利用基準面做線條設定 46
圖2-9 (c)萬能繪圖儀搭配三角板做線條繪製 46
圖2-10 (a) 2D可轉換任何線條型式 47
圖2-10 (b) 3D只能做中心線與實線互換 47
圖2-10 (c)萬能繪圖儀以擦掉原有線條重新繪製線條 48
圖2-11等角立體圖 49
圖2-12 (a)2D以極座標方式構圖 50
圖2-12 (b) 3D以基準面方式構圖 50
圖2-12 (c)萬能繪圖儀以方盒法構圖 50
圖2-13 (a) 2D以線段連接線 51
圖2-13 (b) 3D以圖塊延伸 51
圖2-13 (c)萬能繪圖儀以線段連接 51
圖2-14 (a) 2D以連接的方式做線架構延伸 52
圖2-14 (b) 3D以圖塊做實體延伸 52
圖2-15 (a) 2D以封閉線複製完成線架構 52
圖2-15 (b) 3D以圖塊複製完成實體 52
圖2-16 (a) 2D以線段連接做線架構延伸 53
圖2-16 (b) 3D以圖塊作實體延伸 53
圖2-17 (a) 2D線段連接完成線架構圖 53
圖2-17 (b) 3D以圖塊延伸完成實體圖 53
圖2-18 (a) 2D以線段修剪建構單斜面 54
圖2-18 (b) 3D以圖塊除料建構單斜面 54
圖2-18 (c)萬能繪圖儀以線條連接建構單斜面 54
圖2-19 (a) 2D線段修剪完成線架構立體圖 55
圖2-19 (b) 3D以圖塊除料完成立體實體 55
圖2-19 (c)萬能繪圖儀以線段連接完成立體圖 55
圖2-20 (a) 2D以線條修剪方式建構複斜面 56
圖2-20 (b) 3D以圖塊除料建構複斜面 56
圖2-20 (c)萬能繪圖儀以封閉線條建構複斜面 56
圖2-21 (a) 2D以封閉線條完成線架構 57
圖2-21 (b) 3D以圖塊除料完成實體 57
圖2-21 (c)萬能繪圖儀以線段連接完成線架構 57
圖2-22 (a) 2D以線架構無法呈現隱藏線 60
圖2-22 (b) 3D以實體架構呈現隱藏線 60
圖2-23 (a) 2D以線架構無法呈現彩現 60
圖2-23 (b) 3D以實體呈現彩現 60
圖2-24 (a) 2D以線架構繞水平軸旋轉90度即失真 61
圖2-24 (b) 3D以實體繞水平軸旋轉90度呈現真實面 61
圖2-25 (a) 2D線架構無法轉換為工程圖 61
圖2-25 (b) 3D實體能轉換為工程圖 61
圖2-26 (a) 2D只能以長度與座標方式說明線架構資料 62
圖2-26 (b) 3D還可以呈現質量、表面積等資料 62
圖2-27等角立體圖 63
圖2-28 (a) 2D利用極座標設定線條 64
圖2-28 (b) 3D利用基準面設定圖塊 64
圖2-28 (c)萬能繪圖儀利用等角畫法繪製線條 64
圖2-29 (a) 2D以極座標建構等角圓 65
圖2-29 (b) 3D以基準面建構等角圓 65
圖2-29 (c)萬能繪圖儀以四圓心法建構等角圓 65
圖2-30 (a) 2D以極座標方式構成線架構 65
圖2-30 (b) 3D以基準面方式構成實體 65
圖2-30 (c)萬能繪圖儀以座標法構成線架構 66
圖2-31 (a) 2D以接點接合完成線架構 66
圖2-31 (b) 3D以圖塊延伸完成實體 66
圖2-31 (c)萬能繪圖儀以曲線板完成線架構 67
圖2-32 (a) 2D以接點接合成曲線為一線架構圖 67
圖2-32 (b) 3D以圖塊延伸成為一實體圖 67
圖2-32 (c)萬能繪圖儀以曲線板完成曲線為一線構成圖 68
圖2-33 (a) 2D以線架構呈現曲面 71
圖2-33 (b) 3D以實體呈現曲面 71
圖2-33 (c)萬能繪圖儀以線架構呈現曲面 71
圖2-34 (a) 2D以線架構繞直立軸旋轉45度即失真 71
圖2-34 (b) 3D以實體繞直立軸旋轉45度呈現真實面 71
圖2-35 (a) 2D線架構無法呈現隱藏線 72
圖2-35 (b) 3D實體能呈現隱藏線 72
圖2-36 (a) 2D線架構無法呈現彩現 72
圖2-36 (b) 3D實體能呈現彩現 72
圖2-37 (a) 2D線架構無法呈現陰影 73
圖2-37 (b) 3D實體能呈現陰影 73
圖2-38 (a) 2D線架構只能提供線條長度與座標之資料 73
圖2-38 (b) 3D實體還可呈現質量、表面積相關資料 73
圖3-1研究架構圖 79
圖3-2等組後測設計 81
參考文獻

壹、中文部份
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