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土木工程教育的过去现在与未来

土木工程教育的过去、现在与未来

虞兆中

往昔的所谓工程大都是土木工程,由于科技的逐渐孳长分工,目前的所谓土木工程仅为众多工程中的一类。

近来在科系整合的声浪中,大家又强调了各类学术间的通连关系和相互影响。

今天所谈论的虽以「土木工程教育的过去现在与未来」为题,却难以从整个教育或工程教育发展情况和趋势的探讨中分离出来。

所以部分内容不免是有关于一般教育或工程教育的,祗是限于个人的见闻与学识,偏失之处一定不少,务请各位不吝赐教。

一、我国古代工程知识的成长

1.我国古代土木工程的成就:

日本人伊东忠太原在所著的「中国建筑史」一书中曾说,中国书籍多夸大的记事。

或许国人的写作在外国人看来难免有自我吹嘘之嫌。

英人李约瑟氏所著「中国之科学与文明」一书内的论述,应该较具客观性,较易为人们接受。

该书第四卷第三册「土木工程」篇的引言第一句话就说「世界的古老诸国中,在土木工程方面的成就,论规模,讲技术没有任何国家能超越中国。

」的确,我国古代在土木工程方面成就是辉煌的。

由下列四个例子可见一斑:

(1)北平城的都市规画与建筑:

登梅山俯览北平城,北起钟楼南抵永定门长达八公里的主轴,历历在目。

这世界最大规模的主轴设计,经由元、明、清三代的经营,论建筑群的气势和都市计划的完美,其庄严宏伟,气象万千,变化玄妙而引人入胜,在世界国的都市中十分突出。

(2)赵州的安济桥:

俗称赵州桥,隋代李春所建,是一浅拱结构,跨长三十七公尺半,而拱高尚不及跨长的五分之一。

它的造型之美,施工的因难,以现代工程技术的观点来衡量,仍不失为一项土木工程杰作。

反观欧洲,到十四世纪方有类似的桥梁结构,落后我国数百年。

(3)四川的都江堰工程:

秦太守李冰所建,兼具防洪与灌溉之利,惠及成都平原十余县约三百万亩耕地,使成都平原有谷仓的美称。

后人依据他所遗留的「深淘滩,浅作堰」六字碑编成治水三字经,共二十句六十字,且遵守不渝,使这伟大的工程历二千余年功效至今不衰。

抗战期间,国民政府迁都重庆,被其余泽,供应粮食,对于胜利的获致有不可磨灭的贡献。

(4)秦汉时期的道路工程:

大家都知道罗马人善于造路,殊不知我国的道路工程也有辉煌的过去。

根据李约瑟的记述,秦汉是我国历史上道路工程的颠峰时期。

保守的估计,秦汉时期中国境内所造的干道长达三万六千公里,约为罗马帝国所筑道路的三分之二。

那是因当时中国水上运输发达而无需太多的道路的缘故。

我国当时道路的规画和质量则不输罗马帝国。

秦汉和罗马帝国时代相当,两大帝国的道路工程都在这三世纪同趋没落。

缅怀先贤,景仰不已,尤其在当时的教育背景下(下面要谈到),工程前辈有这些作为和成就更是令人钦敬。

2.我国古代的高等教育:

礼记乐记篇中说「家有塾,党有庠,术有序,国有学。

」塾又称学塾,相当于小学;每党五百户,所设学校称庠,相当于国民中学;每术二千五百户,所设学校为序,相当于高中;国家设国学或太学,相当于今日的大学。

可见我国的教育早就有相当完整的体制。

至于高等教育,胡美琦先生在他所著「中国教育史」中,将其演变分为八个时期,我把它稍加简化合并成下列五个时期:

(1)贵族教育时期:

从西周到孔子约六百年。

教育内容为礼、乐、射、御、书、数。

往往少数英武俊秀的平民子弟亦能分享这种教育机会。

(2)私学讲学时期:

由孔子至秦约三百年。

孔子开私家讲学的先河,教育因而趋于平民化,士的阶层与起,当时有所谓布衣卿相。

更掀起学术思想的高潮,百家争鸣,是我国学术史上最为灿烂的时期。

(3)国家教育时期:

秦汉时期约四百年,国家教育兴盛,其中最有名的是汉武帝崇尚儒学,兴太学,立五经博士。

五经指诗、书、礼、易、春秋。

博士原为官名,始于战国时期。

于武帝前,博士是掌通古今的学术性官职;武帝后则专指讲授五经的教授,即国立大学(太学)的教授,与今日的博士不同。

(4)门第与寺院教育时期:

魏、晋、南北朝、隋、唐、五代约七百年的期间,由于上层政治不安定,士族门第形成特殊阶级。

教育内容分两部分;处世循道家思想,治家则遵儒家传统。

又由于佛教的与盛,尤其是禅宗的崛起,而产生了寺院教育,山林讲学。

(5)书院讲学时期:

宋以后直至清末千余年间,书院讲学担负教育的重要使命。

宋代设有白鹿、石鼓、应天、岳麓等四大书院。

元代更盛,在各路、州、府都有书院,明清尤多,且有私家设立的。

3.我国古代工程知能的培养:

古代的读书人认为工程乃匠人技工之事,讲器而非论道,不登大雅之堂。

因此,我国古代的教育学府中,无论那一个时期,那一阶层,都不讲授工学。

工程知识的培养,就全仗师徒传授和观摩、思考、阅读等方式的自我进修了。

由于土木工程和人类活动的关系密切,有关的记述散见于各种写作,例如,「尔雅」中有专讲宫室施工的一章;读「红楼梦」亦可窥见当时豪门府第屋宇庭国的概貌。

这些资料汗牛充栋。

因为作者们大都不是专家,着眼的角度不同,不免偏失,甚至虚构夸大,真正可作参阅的数据有限。

像宋朝李诫所著「营造法式」,明朝宋应星所著「天工开物」等工程专著,实在是凤毛麟角了。

水利工程是唯一的例外,水的治理对于人民生命财产的影响太大,一直备受重视。

夏禹且因治水有功,得民心而做了皇帝。

所以治水虽仍没有列入教育系统,却被认为是一种经世之学。

以文献而论,史记有「河渠书」,汉书有「沟洫志」历代正史都有专篇记述水利工程。

水利文献中很有一些连贯的研究性作品。

例如:

汉朝桑钦着「水经」,北魏郦道元加注而成「水经注」,其后清朝赵一清又加阐释而成「水经注释」,层层深入;宋朝沈立着「河防通议」,过了三百年,元朝有一位从中东的瞻思将其内容增补,沿用河防通议的原名另写成一书,前辈后辈作接续的努力。

其他像明代潘季训的「河防一览」,清代靳辅的「治河方略」和傅泽洪的「行水金鉴」等,亦都是经典之作。

徐世大生先在所著「中国水利学史」中曾说:

「后世无专习水工者,殆以水官已有专设,从事水利事业者得以吏为师也。

至不世之治水能人,多凭其天资卓见,立功当世,虽或著书立说,能与以规则而不能与人巧,此四千余年来之憾事也。

然即此留遗之区区,整理而归纳之,亦不失为今日水利工程学中金科玉律矣」。

先贤的成果得来不易,值得我们珍惜。

二、西洋高等教育的发展

1.希腊罗马的学术活动:

以大思想家苏格拉底、柏拉图、亚里士多德为中心的演讲讨论,具有浓厚的学术和教育意味。

柏拉图和亚里士多德且先后设立学苑(Academy)和书院(Lyceum)来培养教师。

其后有声誉卓著的亚历山轴学府,常被称为历史上最早的大学,实际上是一个由政府支持的师生团体,它设有藏书逾七十万册的图书馆。

他们研究讨论的范围有:

文学包括文法、逻辑、和修辞,数学包括算术、天文、和几何,以及音乐、法学、神学、医院等六方面,而没有工学。

2.早期的欧洲大学:

由于希腊、罗马时期公共讲学风气的延续,加以中世纪教会维持了一些学术活动,早期欧洲的大学从同好结合的团体,不经筹划,无意间逐渐形成。

所以很难确定它们成立的时间,最早的有十二世纪法国的巴黎大学,以研究神学为主;意大利的波隆纳大学,以研究法学为主;意大利的沙利诺大学,以研究医学为主。

稍后有英国的牛津大学。

剑桥大学又迟了一点,到十三世纪成立。

德国早期的大学有1348年成立的布拉克大学,布拉克现为捷克首都,当时属德国;以及1392年成立的汉德堡大学。

其他如莫斯科大学创于1755年,柏林大学创于1810年,更迟了三四百年。

早期欧洲大学的教育方式可分为两部分:

一是读课,当时印刷不发达,书籍缺乏,所以采读课方式。

由学校规定读课的速度,不能太快,太快了学生跟不上;也不能太慢,太慢了则有偷工减料,拖延课程进度,赚取学费之嫌。

并有额外读课,由高年级同学主持,为低年级同学补习。

二是辩论。

那时教师称为师傅(Master),类似我国汉朝的五经博士。

3.早期的美国大学:

美国的第一所大学是1636年成立的哈佛大学,初为培养教师而设,规模很小,开始时仅有一位教师,1642年有学生二十名,1660年有学生六十名。

第二所是CollegeofWilliamandMary,1693年创立于维吉尼亚州。

它因创建荣誉制度,考试自律不要人监考,和选课制度,学生可依自己的意愿选读课程,而闻名教育界。

此校目前仍沿用旧名,已改为州立大学。

第三所是耶鲁大学,创于1701年。

此后普林斯登大学设于1746年,哥伦比亚大学设于1754年,布朗大学设于1746年。

这些都是私立大学。

最早的州立大学是1817年设置的密歇根大学,第二所是1819年设置的维吉尼亚大学。

早期的欧美大学仍都没有工程方面的课程。

三、早期的土木工程教育与学术团体

1.早期的土木工程师学会:

十八世纪的英是一个富有活力,欣欣向荣,科技居领导地方的国家,积极致力于工程建设而获有多方面的成就,执业的人数亦很可观。

为谋技术的切磋改进,大家对于学术性的活动深感兴趣,于是在1771年JohnSmeaton等人创设了SocietyofCivilEngineers。

他们首先采用了CivilEngineer这名词,原意为民事工程人员,以别于军事人程人员(MilitaryEngineer),而作为一种行业的名称。

早期CivilEngineer执业的范围很广,包含了一切工程业务。

当时英国工程界人才辈出。

如建造运河的JamesBrindley,建造伦敦桥的JohnRennie,建造道路大名鼎鼎的ThomasTelford,都是这团体的成员。

至于JohnSmeaton本人则以制造机具而著名。

他们的环境和我国早期的工程师相同,全靠自修而有所作为,真是不容易。

现在这个学会已改为SmeatonianSociety。

1818年英国又有一群年青人组成了另一个InstitutionofCivilEngineers,亦即英国土木工程师学会。

并邀请前辈ThomasTelford担任首届会长。

1828年该学会中会章中给民事(土木)工程下了这样的定义:

“Civilengineeringistheartofdirectingthegreatsourcesofpowerinnaturefortheuseandconvenienceofman”。

意思是说,民事(土木)工程是使自然界的广大能源为人类所用,给予人类便利的技能。

这定义确是高明,在今天看来,仍然对整个工程界具有勉励鼓舞的深远意义。

此后,欧洲其他国家如瑞士在1837年,荷兰在1847年,法国和奥地利在1848年亦相继有了类似的团体。

美国先在1848年成立了波士敦土木工程师学会,四年后亦就是在1852年美国土木工程学会诞生。

上述这些学会对于工程,尤其是土木工程科技的推进都有所贡献。

2.早期的土木工程教育:

法国在1716年设立了桥梁路工团,1747年设立了桥梁路工学校,这是全世界最早的工程学校。

该校教师着有材料力学、水力学和机械方面的书籍。

1794年又在巴黎创设多元工艺学校,随后1799年德国也在柏林成立了营建学校。

至于工程教育纳入大学系统则又迟了二十余年。

以当时十分重视技术的英国来说,直到1826年伦敦的UniversityCollege开设MachanicalPhilosophy一课,工程学理的探进入大学之门。

又十年后伦敦的King’sCollege开始教土木工程。

1840年格拉斯哥大学设置了第一个土木工程与力学讲座。

美国在1824年RensselaerPolytechnicInstitute创立,便开始讲授土木工程。

随后哈佛大学和耶鲁大学设置了ScientificSchool,对于应用科学加以注意。

1861年麻省理工学院成立。

1862年林肯总统签署Morrill法案,由联邦政府以公地赠予州政府,协助各州筹设以培养工农人材为主的所谓LandGrantCollege,以应国家建设的需要。

如今这些学院大多已扩充为大学。

从此工程教育成为大学教育的重要部门。

四、我国早期的现代大学

我国早期的现代大学有京师大学堂、南京高等师范、北洋大学、南洋大学等四校。

前二校体制较完整,类科较齐备;后二校则以工科为主。

此外,稍后设立的南京河海工程专门学校,亦是一所有名的工程学府。

下面是这五所学校的简单介绍:

京师大学堂

中日战争后,光绪24年(1899年)12月17日设立于当时的北京,较日本的东京大学(1877年)迟了二十二年,分普通与专门二部。

庚子之乱时校务一度停顿。

光绪28年(1902年)复校后设大学院及政治、文学、格致、农、工、商、医等七科。

大学院相当于研究院,各科相当于学院,修业三年。

又设仕学馆与师范馆。

次年改大学院为通儒院,修业五年。

分科增经学科,另加设进士馆,属专科程度。

民国元年改为北京大学,后来将商、医、农、工等四科并入他校,专办文、理、法三科。

南京高等师范

光绪28年(1902年)改文昌书院为三江师范,三年后易名为两优级师范。

辛亥年(1911年)起停办三年。

民国4年改称南京高等师范,分国文、理化二部及农、工、商、英文等专修科。

民国9年在原址筹设东南大学,民国12年高等师范并入东南大学。

民国17年更名为中央大学。

校园中有一株六朝松,原来远在三国东吴定都南京时(229年)即置学官,立五经博士并设国学于此。

国学就是国立大学。

展恒举先生在一篇文章中说:

洪武14年(1381年)明太祖在此地重建国学,永乐20年建校四十二周年时,学生人数达9,972人,校园亦较五百年后的中央大学宽广。

北洋大学

北绪21年(1895年)盛宣怀在任天津海关道时筹设,初名为天津头等二等学堂,是我国最早的大学。

光绪29年(1903年)改名为北洋大学,设法、工二科。

民国6年北京大学的工科并入后专办工科。

民国19年正名为北洋工学院,设土木、机械、采冶等科。

南洋大学

光绪22年(1896年)盛宣怀在上海创设南洋公学,光绪30年(1904年)改名高等实验学堂。

宣统元年(1909年)铁路科(后改为土木科)第一届学生毕业,据温鼎勋先生考据,这是我国最早土木科毕业生。

宣统3年(1911年)电机科第一届毕业,是我国最早的电机科毕业生。

同年学校易名为南洋大学,民国元年改称为上海工业专科学校,民国10年与唐山工业专科学校及北平的铁路管理与邮电学校合并为交通大学。

该校从光绪30年起先后隶属商部、邮传部、交通部、铁路部,民国26年才纳入教育部系统。

南京河海工程专门学校

民国3年全国水利局兼总裁张骞所创办,以培养水利专门人才从事导淮工作为主要任务。

民国17年并入中央大学。

沈百先和宋希尚二位先生就是该校的首届毕业生。

五、土木工程教育的过去

任何学术的发展,早期常常是缓慢的。

以梁内应力分布的探究例,在17世纪30年代伽利略认为臂梁内仅有拉应力,破坏时横截面上的应力均布的。

到了19世纪,法国的Navier才推导出我们所用的弯曲公式。

工程学早期的进就差不多是这个样子,到第二次世界大战以后始有较大改变,较新的面貌。

因此,我想以第二次世界大战结束的时间作为工程教育过去与现在的分野。

这样的话,工程教育的过去应包含我早年的教书时期,我的求学时期,前辈凌竹铭先生的求学时期,美国RensselaerPolytechnicInstitute的创设时期,以至法国桥梁路工学校的建立时期。

其间约二百年。

1)重视技艺操作训练:

我在民国22年进入中央大学土木工程系。

当时一年级的课程中,上学期大投影几何3学分8小时,锻工1学分3小时,下学期有机械画3学分8小时,木工1学分3小时,共计8学分22小时。

可见技艺操作训练分量之重,与目前的图学2学分6公时比较,相差甚远。

而且投影几何和机械画的作业都必须在教做,要求很高。

到了二、三年级,则有多种测量课程:

平面测量6学分6小时,实习4学分12小时;大地测量3学分3小时,实习1学分3小时;铁路测量及土工2学分2小时,实习1学分3小时;共计17学分,其中讲演11小时,实习18小时。

另在三年级暑期内历时两个月的全天作业的校外实习。

所以那时大家把标杆或经纬仪看作土木工程的标志。

在一年级学过机械画以后,所有课程的习题,试验或实习报告,以及设计课程中的图样等都须一笔不苟的制作,一笔不苟的写正楷子。

新竹交通大学的图书馆内珍藏了凌竹铭先生六十多年前就读交大时的多项作业,诸位如有机会可以去参观一下,也就证验我所言非虚了。

2)专业课程内容的贫乏:

大部分专业课程的学理分量不多。

那时盛行经验公式和试误法。

我印象中最深刻的是关屋顶上风力的算式,都是经验公式。

不同的地区,不同的团体,便有不同的算式,为数真不少。

可惜由于当时没有负压力概念,那么多红红绿绿的算式,竟全部是错的。

那时结构学中最被重视的就是画影响线,把如何在桥梁上配置火车头的轮子当成了大学问。

丁观海教授四十多年前在密歇根大学研究院读高等结构学时,据说教授将画再分格桁架的影响线作教材,而且常为画一个构杆的影响线,不惜磨掉一节课,还磨得津津有味。

3)名层次教育的混乱:

当时设土木工程科系的有大学工学院,工业专科学校,以及高级工业职业学校。

不仅科系的名称一样,课程也差不多,甚至连教科书也有用相同的。

Poorman所著的应用力学,三级学校都用作教本,便是一例。

名层次学校的教育目标不明,都在造就类似的人才。

因此,层次低的学,由于学生的条件差,在学的时间又短,反而不容易读。

凡此种种,以现在的眼光来看,也许可笑。

但工程成为有系统的学问究底时间还短,早期的这此现象该是难免的。

六、现阶段的土木工程教育

第二次世界大战后,有两个显著现象,不容漠视。

一是人口的激增和集中都市。

全球人口在1947年是20亿,1978年是40亿,三十一年间增加一倍。

世界银行预测到2000年时将达59亿,联合国估计那时人口将达65亿。

至于人口集中都市的现象,根据一调查资料,乡村人口与都市人口的比例,已开发国家在1950年是1:

1,在1970年是1:

2;开发中国家在1950年,是5:

1,在1970年是1:

3。

另一现是由于科技的进步,传播事业的发达和计算机的运用带来了知识爆炸。

这两个现象使人类间的接触频繁,而凭借的条件优越,因此问题增多且趋于复杂,变化亦快。

为适应这情势,人们求知进修意愿兴趣大大的提高了。

后果是高等教育,工程科技教育都受到冲击。

1)高等教育的膨胀:

美国社会学家MartinTrow将大学扩展分成三个阶段:

就读大学的在学率,亦即该学龄的在学人口与该学龄总人口之比,在15%以下第一阶段,可称为贵族化时期;在学率在15%到50%为第二阶度,可称为大众化时期;在学率在50%以上为第三阶段,可称为普遍化时期。

战后各国为达成人们的求知欲望,都积极致力于高等教育的扩充。

1973年此项在学率:

美国42%,日本32%,法国23%,英国18%,西德16%,都已达到大众化的阶段。

而美国在本世纪初仅4%,日本在1960年还祗有10%,扩展的速率相当惊人。

现在举几个例来看看各国大学学生人数增加的情况:

法国在1960年200,000人,1970年增至660,000人;西德在1955年127,000人,1975年增至763,000人,预计到1982年时将达1,400,000人;我国(台湾地区)在民国39年是5379人,民国67年增至150,184人。

因为学生人数激增,学校亦随之增设。

以法英二国为例:

法国在1808年拿破仑一世肇建大学制度,每一大学区设一所大学,包括阿尔及利亚在内,全国共十七所,后增为二十三所。

1968年高等教育法案实施后,到目前计有六十四所大学,巴黎大学就由原来一校分成十三所大学。

英国的英格兰和韦尔斯在1948年前仅有十二所大学,从1948到1967年间便增加了二十二所。

除了正常大学的添加之外,还有许多初级大学、小区大学等短期大学的设立。

就美国和日本的情形来说:

美国的初级大学创始于1896年,修业二年。

早期偏重于普通教育,提供相当于大学前二年的课程。

嗣后课程分成两种;一种是普通科目,以准备升学为目的,属于过渡性质;另一种是技能科目,以准备就业为目的,属于终点性质;同时在很多小区设立了小区大学,担负成人教育的任务。

这些短期大学具有设校普遍,上学方便,成绩稍差的学生亦有入学的机会,仅需两年即可毕业以便早日就业,减轻大学的压力等好处,所以扩展得很快。

1920年时还不及200所,学生16,000人;到了1950年约有600所,学生496,000人;1970年时已超过800所,学生逾1,500,000人。

日本的短期大学的发展亦至为惊人,1953年时,短期大学有228所,和当时226所一般大学的数量相当;到1971年时,短期大学增为486所,而大学增为389所,短期大学的校数远超越了一般大学。

2)普设技术学校:

技术教育的被重视,可说是现段高等教育特征之一。

原因很清楚,已开发的国家都是工业国,开发中国家也都在向工业化迈进。

工业愈发达,所需专业技术人才也愈多。

大学虽不断的增添,容量仍有限,何况大学教育不免偏重于学理方面,与技术的要求不尽相同。

所以另辟天地也是理所当然。

以西德为例,在每五位工程师中,一位是大学毕业的,四位是技术学校毕业的,而且技术学校毕业生广受欢迎,供不应求。

各国在技术教育上,大都有多方面的设施,来适应不同背景,不同意愿的学生。

其中以英国多元技术学院最为突出。

这些学院各在一所学校之内容纳各种要求、各种程度的学生。

所设课程有科技、社会学科、人文学科、文学等,而以选读科技科目的学生占最大部分,约全体学生四分之三。

课程按学生的修件分学位前课程、学位课程、学位后课程、经验后课程等类别。

在时间的安排上又有全部时间课程、部份时间课程、短时间课程等之分。

这显示一个新的,服务观念,学校尽量的迁就学生的方便,而不惜增添管理上的不方便。

在此,我简略的报告一下我国工程技术教育的概况。

我国国中以上教育有两个系统:

职业学校─专科学校─技术学院─技术研究所

高级中学─大学─研究所硕士班─研究所博士班

现有职校184所,其中工职占123所;专校75所,工专占32所;技术学院仅有工业技院1所,创立于民国63年,民国68年设研究所开始招收硕士班学生;高中181所,内92校附设职业科;大学26所,内14校设工程学系与研究所,各校合计539系中有118工程学系,185研究所中有30工程方面的研究所。

以上学校或研究所的数字都没有把军事学校计入。

另有几项有关我国学生人数的统计资料也值得附带一提:

(1)高中与职校的学生人数比:

民国56年是6:

4,三年后即民国59年为1:

1而高中学生稍多,次年即60年仍为1:

1而职校学生稍多,又三年后即63年为4:

6,67年是3.4:

6.4。

这一情势的演变毋宁是正常的。

(2)专校与大学的学生人数比:

民国53年是2:

5,四年后即57年度为1:

1,此后专校学生便多于大学学生,但多得不多,67年的比例是8:

7。

看来专科教育还有待大力加强。

(3)工程科系学生在各级学校中占的百分比:

根据民国67年的资料:

工职学生占职校学生的45%,工专学生占专校学生的43%,工程学系学生占大学学生的21%,工程研究所硕士班学生占所有硕士班学生20.5%,博士班则为14%。

3)推广教育的盛行:

为个人求新知求进步的意愿日益增高,为各机构改进人力质量的需求日益迫切,推广教育因而盛行。

实施的方法以各级学校添设夜间部或夜校最为普遍。

以英国为例,针对各色各样的要求,英国有十种以上的推广教育措施,其中夜间学院多达7,687所,占十分之九的分量。

美国加州的SantaClara大学设有晨间部,每天早上七到九点上课。

这二个小时原分属于个人和他服务机构,换言之,也就是双方各提出一小时来达成这项对于双方都有益处的事。

因为晨间脑清新,效果很好。

4)我国土木工程教育的调整:

按各层次学校分别叙述:

(1)职业学校方面:

民国44年实施单位行业训练,以行业分类作为各职校设科的依据,讲授实用的技术。

土木方面有土木测量、地籍测量、建筑、建筑制图、家具木工、石工等科。

民国62年,沙鹿高级工

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