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國立中山大學卓越教學小組108年度計畫成果報告表
學院核心架構計畫—海科院
執 行 單 位 教學發展與資源中心 計 畫 類 別 學院核心架構計畫—海科院-[108]
計畫主持人 林萃芃
計畫聯絡人 林萃芃 (分機:2161)
Email:tsung@mail.nsysu.edu.tw
執 行 情 形 □ 計畫尚未完成,繳交期中成果報告
■ 計畫已完成,繳交期末成果報告
執 行 期 間 自 2019-01-01 至 2019-12-31
計畫成果摘要
量化成果 無資料
質化成果
(1000字以內)

(一) 具體措施、創新作法及自我檢討評估與改善機制




  1. 計畫內容



       為深化培育本院學生之院核心能力,包括海洋專業能力與倫理認知、自我學習及解決問題的能力以及表達溝通與團隊合作的能力,並對學習目標及學以致用之概念有更深入的體悟,強化學術研究與產業的連結,及提升學習效率與興趣,藉由本院海資系、海工系、海科系大三大四高年級學生修讀「海洋畢業專題」相關課程,融入所屬系所基礎課程與跨領域產業課程,並結合本院其他系所的資源,進行跨領域的合作,藉此提升學生海洋相關創造能力,進而培養具有多維度媒體素養與能進行跨領域合作的海洋專業人才。




  1. 具體措施、創新作法及自我檢討評估與改善機制



       本院於107年11月30日至12月2日舉辦「國立中山大學107學年海洋畢業專題成果展」,各系所學生聯合發表及展示專題作品的設計、實作與分享交流;並廣邀南台灣國小、國中、高中的教職員生以及ㄧ般民眾前來參與,總參觀人次約700人,除了普及推廣海洋知識,也提升高教公共性、善盡社會責任。針對107年本院試辦成果,邀集三系主管召開檢討會議,以課程實際運作面臨的問題及修課學生回饋等進行討論,規劃海洋畢業專題課程內容,俾利108年課程之推動。



    本院開設核心必修課程係108學年度後入學新生適用,正式開課學期為111學年度,在108~110學年度過渡期間,先暫以現有課程進行試辦,108年度開設課程如下表:































 



院共同基礎核心課程



海資系



海工系



海科系



107學年

第2學期



海洋應用科學



 



材料力學



外海結構工程導論



海洋土木



 



108學年

第1學期



海洋基礎科學



專題研究(一)



材料力學



海岸開發及保育工程



流體動力學



工程圖學



專題討論(一)



海洋畢業專題成果展




        另外,整合「海上實習」課程為大三學生共同必修課程,以課堂講授介紹及海洋研究船海上實習操作,讓學生實際體會海上研究工作及操作技術,並將實習採得樣品資料進行分析處理、報告撰寫。



  108年海洋畢業專題課程規畫之內容採跨系分組方式進行,一個團隊人數約6人,鼓勵不同系學生參與,院內指導老師至少1位,指導老師不限所屬系所,且由研究生擔任學習型助理。並參照107年辦理經驗,改善展示空間,於108年11月29-30日舉辦成果展,參觀人次約500人。



三系課程規劃如下:



◆      海資系



        將海洋資源畢業展計畫結合學生修習專題研究課程,修課學生依其選定的研究主題,至各專長相關的指導老師實驗室進行深入研究與學習,並於學期中定期要求學生以書面資料整理及進行口頭報告,以了解學生的學習與準備狀態,並能及時修正其學習或研究資料準備之缺失。其後,修課學生以其選定的海洋生物科學主題結果進行成果發表準備。成果發表準備內容依海洋生物與生物科技應用等不同主題展示,與現代生活、生醫科技等應用相連結,主題明確廣泛連結海洋生物科學,切實引導參觀的社會大眾、高國中小學生認識海洋生物及其於現代生活與生技產業實用性,且各組學生亦設計專題海報、機智問答、小遊戲等,引導參與者了解與認識海洋生物科技的興趣,提高互動性,以增進各主題與聽眾之間的互動,並進而推廣社會大眾對海洋生物資源的開發、應用與保育。



◆      海工系



1. 離岸風機減振設計、Flying Wind Turbine、海風琴(材料力學)



        台灣政府擬訂計畫將在2025年於台灣西部沿海一帶架設超過600隻離岸風機,屆時將提供台灣整體能源所需的20%。根據國際顧問公司4C Offshore提供的全球風速觀測報告,全球最佳的風場多位於台灣海峽,且水深少於50公尺,可以說台灣是世界上擁有最多風能資源的國家(圖一)。2018年,政府完成了共5.5GW的容量分配,其中3.8GW由遴選方式產生,剩下則為廠商競標,將在2025年以前完成併網發電。為了完成2025非核家園的計畫,台灣政府積極吸引外商來台投資離岸風電。圖二及圖三顯示台灣的風能潛力與發展計畫。圖四顯示政府對於風能的願景與規劃,2019年年底,全台首座離岸示範風場(海洋風場)正式進入商轉,總計容量為128MW。



       台灣要發展離岸風電最大的挑戰將來自於颱風以及地震,因此結構物與外力(風力、地震力、波浪力)的行為尤其重要,以下課程將提供基礎理論背景,有助於了解離岸風機在受力後產生的行為與機制:(a)Mechanics of Materials 材料力學 (b)Indeterminate structural analysis 中等結構學 (c)Introduction of offshore structure engineering 外海結構工程導論。108-1材料力學每位修課的同學皆有參與此次海洋畢業專題展的計畫,並成功完成其作品及書面報告。























圖一 The top 10 year global wind speed rankings



圖二 The Taiwan offshore wind potential (ITRI)



圖三  The Strategic goals and policy scheme of OWTs in Taiwan (TECO)



圖四 The promotion target for wind energy in Taiwan (ITRI)




2.少年Pi的奇幻波流(海岸開發及保育工程):



       本計畫以108年上學期選修「海岸開發及保育工程」之20位學生為執行團隊,透過自製小型造波水槽並配置不同的模型海堤及海岸防護設施,以水工模型試驗的研究方式,探討波浪與結構物互相作用的現象,培養海岸防護之基礎概念。團隊以分組分工的形式進行,包括造波機組、水槽設施組、海堤設施組、防護設施組等四組,透過模型尺寸設計、模型組件製作、洽談材料廠商、材料經費估算等操作,訓練學生在海岸工程規劃及工程經費估算上之實務經驗。並結合海岸工程理論與水工模型試驗分析,論述海岸防護設施功能之差異性。



  計畫成果參加海科院於108年11月29-30日舉辦之「108學年海洋專題成果展」,攤位名稱為「少年Pi的奇幻波流」,以模型實體操作、配合海報展示以及遊戲設計的方式展示,並榮獲現場觀眾票選「最喜歡的攤位」第三名的成績。由於學生在本次海洋專題成果展中卓越的作品表現,受邀參加於108年12月14-15日在高雄市文化中心所舉辦的「108年度國立中山大學以知識服務社會_生活物理演示」活動,亦廣獲好評,讓更多南部地區的民眾及學生瞭解有關海岸防護的重要性。



  本課程(計畫)執行過程,主要是利用課程下課時間進行討論;並安排四次研究成果報告,簡報各組工作進度報告、問題提問與釋疑、階段成果展示等。本課程(計畫)讓學生自己設計模型、製作模型、測試模型,達到以水工模型試驗解析海岸工程防護之研究目的,實際驗證教科書中所敘述的水理特性,可訓練學生在工程規劃分析上的實務經驗。執行過程中,最難完成的項目在製作造波機,因涉及電子與機電組裝,並非本系之專長項目,然而本組學生群策群力,四處徵詢電子零件廠商並搜尋網路資訊,終於完成此艱難的任務。下年度的計畫執行,應可在模型的量體上改進,防護設施的多樣性設計以及精緻模型的外觀等,特別是第一代造波機的再進化,都是可以再改善的內容。



3.空拍西子灣碎波帶地形(流體動力學):



  藉由舉辦海洋畢業專題成果展,讓學生實際運用教科書中所學,並從做中學,從學到說,對來參展的民眾宣傳海洋相關知識,不僅介紹了以影像分析為主體的研究方法,更傳達包括水域安全等,海洋相關的基礎知識,進而激發民眾對育海洋的興趣。善盡社會責任並推廣海洋,達到「親海、懂海」的成果。也能增進學生自身的知識涵養,增加實作經驗,與產業結合。



4. 洋流發電、海上風機基礎型式與災害、水下震動源開發(工程圖學):



       海洋產業為國內近來新興熱門項目,為使學生在不同的海洋產業面向有所認識,且在認識的同時,透過實作之方式讓學生能了解該產業或該產品的關鍵技術所在,進而引發其在相關專業上的興趣與投入意願。執行中針對不同的海洋產業訂定不同的題目供學生進行實作,分別是海床探測-海底人造振源開發、離岸風電-海上風機基礎型式與災害、水下線控載具以及洋流發電。各個不同的產業內容採用縮尺模型或概念機的方式實作呈現,製作完成的模型必須具備有互動性,例如海底人造振源其包含震動產生器與移動載具,其最後實作成果提出概念機,可透過搖桿無線控制載具移動;海上風機基礎型式與災害採用模型方式完成成果,模型針對吸力樁基礎展示其透過造成樁體內壓力差而逐步冠入海床的過程,另外亦使用小型振動台模擬地震來時引發海床亦話而產生的基礎破壞狀態;水下線控載具採用概念機的方式呈現,學生自行利用PVC管材以及相關所需電子控制設備組裝概念機,其可透過線控方式使其在水中前後左右移動;洋流發電亦採用概念模型的方式呈現,其將自行採用3D列印而成的扇葉連接發電機組,在有噴射流進入後會使得發電機組產生電力而使燈泡發光或行動電源進行充電的功能。透過此些不同產業內容的實作,學生在過程中的報告可讓其他同學同時獲取不同組別的產業知識,而在實作中亦在實作中建立了對於一個專案整體系統構想、設計、製造以及在中間進行除錯、修改設計有更深入的理解,並且建立對於這些產業其中技術的困難點所在。譬如,水下線控載具一組的同學,由於其牽涉到水中浮體平衡與運動控制的專業,在一開始沒有規劃好模型機整體的重量平衡問題使得其在下水後會有無法下潛,或是無法直線前進等問題,此外,其在進行運動控制電路製作上,亦遭遇到電壓過載造成馬達燒毀的問題,抑或是最單純的線路進出留孔或防水密封失效等問題,諸如此類種種,學生可深刻體會到事先規劃分析以及對設計圖查驗核對的重要性。



       學生之學習成效評估方式採用實作時數、口頭報告、摘要海報、實體展覽及導覽以及最後的期末報告。本年度在執行中主要發現的最大問題在於沒有足夠的時間進行一開始的設計檢討與可行性評估,在這部分時間的降低會造成後續在實作時產生許多要隨時調整設計或是產生額外經費的需求,造成完成時間無法掌控的困難出現;另方面在經費掌控上,由於過度信賴學生對於經費的掌控性,在一開始沒有要求提出整體經費評估,而使得各組都有經費超出預算的狀況,而這部分還是回歸到沒有進行設計檢討與可行性評估的問題上,因此後續在計畫執行上,一方面要爭取充足的製作時間,另方面要更著重在設計檢討與可行性評估上,不可一個零件一個零件的進行核定。



 

















海底人造振源開發





海上風機基礎型式與液化災害





水下線控載具





洋流發電




◆      海科系



        海科系於108學年度第1學期於開設學士班四年級開設「專題討論(一)」/「畢業專題」課程,並以分組方式,由系上各領域教師帶領學生,從已建構的海洋專業知識出發,進行時下國內外及在地的各項海洋議題式的實地演練操作,以實際現場觀察測量或實驗所得的數據,進行專題的討論,展現公民科學家精神,完成專題製作。課程融合基礎科學訓練及實際操作、實驗設計、野外採樣、數據蒐集與分析,透過本課程,學生有更多的機會進入不同實驗室並進行實地探訪、演練操作。其研習成果再經由環境教育的入班教學科學營隊的經營、成果展的展演,推展給一般民眾或中小學生以達到USR(University Society Responsibility)的教學目標。本次成果展除廣邀國高中生前來參與之外,亦邀請國立海洋科技博物館針織珊瑚團隊以及屏科大師生前來協助設展,並提供東沙環礁國家公園及台江國家公園的相關文宣給前來參觀民眾,讓民眾對這些機關以及相關的環境保育議題也能有更多的瞭解。



 



(二) 亮點特色



◆      海資系



       海資系共展示10個海洋生物科技應用相關的主題,分別為【海洋珍貴藍血─鱟血】、【海洋微生物--看不到,但是很重要】、【綠藻與緩解全球暖化】、【海洋生物標本豪好玩】、【翻轉綠色癌症】、【微藻養殖,蝦蝦肥又美】、【向藤壺 say good-bye】、【中藥海馬做啥用?】、【海洋生物科學繪圖創作展】、【海洋生物資源共學群】。活動現場除展出專題成果海報,亦配合主題展示各式標本或實物,藉由製作專題學生淺顯易懂的解說介紹,提升民眾對展示主題的印象與參觀興趣,到訪民眾與國高中、國小學生都仔細聆聽,參展者與民眾之間的提問交流反映亦相當熱烈。



       主題內容分別介紹被譽為活化石的鱟(注音:ㄏㄡˋ)其特性及其生醫價值;展示微生物在日常生活中的重要性,或許我們看不到,但有些致病微生物對人體的威脅是不可輕忽的,希望透過此次專題傳達從事海上活動應注意之細節資訊以及被感染後之處理方式;說明海洋生物標本製作的學術研究用途,展示甲殼類、透明魚、魚骨標本及其標本製作方式;介紹從海科院就地取材而得之植物殺手「小花蔓澤蘭」,研究探討自「小花蔓澤蘭」萃取分離之天然物對於抗癌及抗發炎等有無活性作用,進而擴大小花蔓澤蘭的應用價值,期望解決生態問題;介紹破囊壺藻的特性及其水產養殖潛力,觀察到富含DHA、蝦紅素的藻粉添加於蝦飼料中,蝦長及存活率都較一般蝦飼料養殖的平均數值高。



        本次展出,海資系廖志中系主任還特別邀請國立海洋生物博物館出版中心、科教組、產學中心等三個單位一同聯合參展,透過活動推廣與介紹正確的海洋知識,提供多元化的海洋教育訊息資源予參觀民眾。

























海洋珍貴藍血鱟血解說參訪現場





海洋微生物,看不到,但是很重要解說參訪現場





綠藻與緩解全球暖化解說參訪現場





海洋生物標本豪好玩解說參訪現場





翻轉綠色癌症解說參訪現場





微藻養殖,蝦蝦肥又美解說參訪現場





中藥海馬做啥用?解說參訪現場





國立海洋生物博物館聯合參展現場




      海工系




  1. 海風琴:利用海浪拍打岸邊的周期性,在海風琴的內部及外部產生氣壓差,藉此帶動空氣的流動,當空氣流經海風琴特殊設計過的孔洞後,引發發聲單元的震動,巧妙地發出不同的聲音。看似簡單的海風琴,從設計到材料選用、從發聲原理到流體運動軌跡,都需要不同的相關學科做整合。

  2. 紙磚設計:垃圾過多的問題一直存在於我們的生活,除了從根本減少垃圾量之外,廢物利用也是一個很好的處理垃圾問題的手段。將廢棄的紙類,以不同的方法將其混合後塑形、凝固,做成類似磚頭的素材,可用於花圃、容器、甚至在製作過程中加入咖啡渣,能使其散發淡淡咖啡香。

  3. 離岸風機減振設計:1991年世界上首支離岸風機誕生至今,離岸風電的風潮席捲全球,我國也於近年完成首座離岸風場的建置。然而相較於歐洲,台灣位處於地震頻繁處,地震力對於建築或是結構物的破壞能力極強,更可能導致離岸風機材料的疲勞,造成強度下降,危及其壽命。學生利用固體阻尼以及液體阻尼模擬當地震力作用時,阻尼對於吸收動能的程度,並且改變阻尼相關參數或是地震力大小,現場演示其減震效果。

  4. Flying Wind Turbine:風力發電利用風的動能轉換成機械能,機械能再帶動發電機轉動產生電力,然而適合風力發電條件的地方並不多,而高空中因風速強且穩定,且無附近遮蔽問題,是個理想中的風力發電位置;風箏發電即是透過類似風箏的載具將固定於其上之發電機組送至高空中,利用高空的風力進行發電,並從中思考其可行性。

  5. 少年 Pi 的奇幻波流:透過自製小型造波水槽並配置不同的模型海堤及海岸防護設施,以水工模型試驗的研究方式,探討波浪與結構物互相作用的現象,結合海岸工程理論與水工模型試驗分析,論述海岸防護設施功能之差異性。本主題榮獲「108學年海洋專題成果展」現場觀眾票選「最喜歡的攤位」第三名。另參加「108年度國立中山大學以知識服務社會_生活物理演示」活動 (108年12月14-15日),攤位人潮觀看與詢問之人潮不斷,廣獲好評。

  6. 空拍西子灣碎波帶地形:利用空拍機拍攝碎波帶影像並進行分析,透過追蹤碎波時產生之兩相流所造成的影像灰階對比,利用影像質點測速技術(Particle Image Velocimetry)計算表面流場,並視每個像素點測得之最大速度為代表波速,再利用淺水及緩波假設下,線性波理論中水深與波速的關係,進一步推算並繪製碎波帶水下地形分佈。透過結合空拍機操作、攝影學應用及波浪力學學理,不僅了解教科書公式之實際應用,同時也認識跨領域知識整合應用的重要性。

  7. 海床探測-海底人造振源開發:利用電磁砲之概念製作用於水下震動調查之震動源,並發展海床上移動載具概念機。

  8. 離岸風電-海上風機基礎型式與災害:海上風機基礎型式眾多,透過互動方式了解不同基礎型式的特性以及受到海床液化之災害時的情形。

  9. 水下線控載具:水下ROV在海域工程的調查、營建與維運佔有重要地位,來實做看看,怎麼在沒有像魚的鰭時,這些載具在水下是如何活動的?

  10. 洋流發電:透過海中流動的洋流產生生活用電,來比比看誰發的電比較多。



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      海科系




  1. 海洋酸化:以「海洋呼吸」為概念,讓參觀民眾吹氣進入小水缸,而本自製儀器可顯示水中二氧化碳上升及pH值下降,達到使民眾親身瞭解海洋酸化之過程。

  2. 東沙環礁探秘:讓學生從海上空中水底等各種不同角度認識東沙環礁環境,討論出學生要做的觀察和研究並且持續改進,利用假說驗證方法實際進行可行的研究,並在東沙各處進行採樣、收集資料,整理數據後提出書面報告,以及製作影片介紹東沙環礁和自己的研究。

  3. 西灣生態蝦:利用影像、水質感測以及自動控制系統,使池水適合白蝦及草蝦生長。再以智慧養殖系統結合影像辨識及水質監測,利用YOLO等類神經網路學習在不同水質中辨認蝦及池中剩餘餌料,達成有效率的管理。

  4. 台江魚蝦蟹:介紹台江國家公園底棲魚蝦蟹類等生物的群聚分布及棲地特徵,推廣海洋生物資源保育。

  5. 千奇百怪的魚:目前世界魚類種類約為三萬多種,約十分之一的種類能在台灣發現。台灣高度多樣化的棲地是各個類群的生存基礎,其中不乏形態各異、千奇百怪的種類,就讓我們通過實際的標本材料帶你深入了解。

  6. 小化石、大世界:具體介紹海洋中的微體生物化石及其型態的特殊性。另外,現場也呈現海洋微體古生物學實習課程的具體成果,包括野外採集的化石,以及學習化石清修的成果。

  7. 巨嬰震盪-聖嬰/反聖嬰對台灣的影響:介紹聖嬰年/反聖嬰年時台灣周圍的流場,以及對台灣經濟的影響。

  8. 碳足跡-減碳小幫手:透過碳足跡計算器,了解個人排碳量,再進行具體的減碳行動,以達到節能減碳的目標。
























 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



 



      新聞報導:



1.85公尺「地震魚」現身 中山海院專題展海味十足 (影音)



讓發電機「飛」!海院3科系展現海洋研究專題成果


成果照片與說明
(辦理活動及購置設備之照片)
無檔案
影音觀賞聯結
成果自評與建議
( 200 字以內)
設備購置及設施
改善執行情形
無資料
計 畫 成 果
補充電子檔
無檔案
繳交(上傳)時間 2020-03-05
備   註