借助計算機繪圖軟件提高《機械制圖》教學質量

摘要：計算機繪圖軟件制作的三維模型庫和工程圖庫可以長期保存、使用方便，又便于修改。根據授課內容從多種的繪圖方法中選用最實用、最簡便的方法，可以大大提高《機械制圖》課程授課效率和教學質量。

關鍵詞：Solid edge；三維模型庫；工程圖庫；雙向思維訓練；模擬組裝；多角度分析問題；理論聯系實際

職專?！稒C械制圖》教學的任務是：以識圖為主，識圖和繪圖相結合，著重培養識圖能力。在《機械制圖》的教學過程中離不開圖形演示。傳統的教學方法依賴粉筆、黑板、木模和掛圖，這對提高學生的空間思維能力有一定的效果，但也存在很多不足。首先，教師在上課時要帶大量的模型，給教學帶來不便；又由于條件有限，模型的數量及種類不能滿足教學的需求，需要投入經費購置。再者，掛圖、模型只能反映結果，不能表現豐富多彩的動態變化過程，難以滿足教學的要求。雖然邊講邊畫在教學中能產生較好的效果，但對于復雜圖形來說，花費的教學時間較長，教師的體力也消耗很大，難以提高效率，課堂上傳授的信息量受到很大的限制，無法適應現代教育的需要。隨著科技的進步，我們借助計算機繪圖軟件，可以很方便地制作出各種形狀的三維模型，而且可以上色、渲染，達到極其逼真的效果，再利用模擬運動功能，可以觀察到它不同方位的結構形狀。用它來作為輔助教學手段，向學生展示空間物體結構的變化，既方便實用，又豐富了課堂內容，提高了教學質量。筆者借助Solid edge v16軟件在《機械制圖》課程教學中做了以下嘗試：

一、建立模型庫和工程圖庫，擴大課堂知識容量

相當一部分學生在學習過程中遇到困難時，會逐漸減少對本課程的投入甚至干脆放棄學習。究其原因，主要是學生對所學課程的內容不能很好的理解，沒有成就感。于是我們除了備有曾經訂制的與課本、習題相配套的實物模型外，還自行制作了三維模型庫和工程圖庫。傳統的教學過程中，不可能每個同學都能同時拿到一樣的模型，一節課下來，輪流使用的模型也有限，但現在的模型庫中的模型，可以滿足學生的需求，學生可以自由的選用。我們制作的模型庫還根據學生學習的進程和學生的知識水平分層次擺放，學生可以根據自己的掌握程度選擇簡單或復雜的模型，克服了以前好生“吃不飽”，差生“吃不了”的現象。我們制作的圖庫分為練習圖庫和習題圖庫兩大類，練習題中的模型配有工程圖與之相對應，學生可驗證答案的正確性，及時的予以糾正。在習題中，我們留出一定的空間讓學生自己去思考，以提高學生的分析思考能力，避免他們產生依賴思想。有了模型庫和工程圖庫，大幅度地擴大了課堂知識容量，提高了課堂教學質量。有條件的同學，還可以將圖庫刻錄在光盤上帶回家中進行練習，提高了學生學習的主動性。

二、將軟件靈活應用于《機械制圖》教學，擴展學生思路

1、通過演示教學，讓學生掌握繪圖規律

《機械制圖》教學應當遵循直觀性原則和可接受性原則。直觀性原則是通過具體的實物、模型和掛圖，使學生獲得直觀感性的認識，作為理解教學內容的基礎和階梯。這對于沒有實踐經驗的職專校學生來說，尤其必要?？山邮苄栽瓌t是通過與學生年齡相符的知識結構，應用學生熟悉的例子，引伸教材的內容，采用啟發式教學，引導學生掌握教學內容。

學生在學習平面幾何體時，老師一般是讓學生先畫出特征面，再畫各條側棱線。在畫棱柱時，只要將特征面沿著與特征面垂直的軸線方向拉出一定的線性尺寸即可；畫棱錐時，只要將特征面的各頂點與錐頂點相連接即可。這些以前只能靠老師比劃完成的動作，現在通過繪圖軟件，即可讓學生看到平面幾何體成形的全過程。

回轉體的知識，關鍵在于掌握“母線”的含義。在以前，老師只是拿著兩根木條按照母線與軸線的空間位置，將母線繞軸線繞行一周，學生也只能憑空想象看不到的回轉體。而現在老師現場操作繪制回轉體，將母線繞軸線旋轉的動態過程展現出來，學生可以在電腦屏幕上看到回轉體的成形過程，很快就能理解“母線”的含義，并掌握回轉體的形成規律——母線如果是直線，只要改變它與軸線的角度，可畫出圓柱、圓臺或圓錐等回轉體；母線如果是曲線，只要改變母線的形狀，則可畫出球、花瓶和手柄等回轉體，如圖1所示。學生只要掌握了“母線”的含義，就不難畫出它們的三視圖。

此處，我引用了一個“花瓶”的例子，它雖非《機械制圖》課本中的內容，但在課堂教學中選用貼切生動的實例來講解知識，不僅能強烈地吸引學生的注意力，而且能夠活躍課堂思維，讓學生由此產生聯想，使本來死板抽象的東西變得具體化，想不通的內容變得簡單易懂。再通過老師的操作來演示這一過程，既生動，又直觀，使教學可以事半功倍。

2、通過雙向思維訓練，提高空間想象能力

制圖課程的基礎是正投影原理和投影制圖，主要是研究由空間到平面(畫圖)和由平面到空間(看圖)相互轉化的關系、規律和方法。只有不斷地通過由物到圖、由圖到物的反復實踐，逐步提高空間想象力和空間分析能力，才能掌握投影理論及其應用。

“空間投影面的展開”是由“物”到“圖”轉化過程的關鍵。經過轉換，物體的前后面在視圖中的方位均產生改變，所以投影作圖的第一課應以“體”開篇，以“物”展示為手段，以軸測圖為媒介，以三視圖為歸宿，讓學生透徹地理解以“物”成“圖”的過程，掌握其投影規律，辯明各視圖之間的方位關系，再通過講與練使同學們弄懂弄通。然后再把這一教學過程反過來從“圖”到“物”進行講解與訓練，有效地提高學生基本的讀圖和空間想象能力。這部分傳統的教學方法，是采用掛圖或投影箱來實現的。但由于掛圖是靜態的，而投影箱在實際應用過程中，因為箱體不可能做得很大，在大教室上課時教學效果較差。如果采用繪圖軟件零件圖中的命名視圖，讓學生認真觀察模型從軸測圖的位置旋轉到主視圖、左視圖和俯視圖三個位置的動態過程，用投影面的平行面模擬投影箱的三個側面，將模型的輪廓投影到相應的投影面平行面上，再利用工程圖結合演示，如圖2所示，這樣就可以很形象的說明三視圖的投影關系，就能讓學生很容易的突破知識的難點。

3、通過啟發思維，掌握學習的方法

基本體的組合方式、表面連接關系是教學中的重點和難點，也是讀圖和作圖的基礎。在講這部分內容時，常常采用形體分析法和線面分析法。

在形體分析法的教學過程中，可以先讓學生熟悉基本體的投影特性；然后利用繪圖軟件中的裝配圖功能，將若干簡單形體根據它們的相對位置及表面的連接關系進行模擬組裝，再利用爆炸視圖將組合好的簡單形體進行分解，如圖3所示。

兩種功能的結合應用，可以啟發學生進行正確的思維，弄清楚組合體的結構形狀，掌握學習的方法。

學習組合體部分的知識，就是要反復進行圖——形之間的對應想象，達到密切圖——形聯系的目的。在此基礎上，再對基本體進行切割、疊加、相貫和截交等變形處理。借助繪圖軟件，可以讓學生觀看變形的過程，再通過繪三視圖和軸測圖中模型的不同表面渲染上不同的顏色，很容易讓學生分析出每個線框所表示的表面形狀和相對位置，如圖4所示。這種方法也可以用于線面分析法讀圖中，這要比以前老師在黑板上用彩色粉筆根據投影的關系找出每根線、每個線框的方法快捷、直觀、明了得多。經過大量的圖——形之間識圖的練習，學生逐漸的就會運用頭腦中豐富的儲圖，根據投影的基本原理和方法，進行篩選、組合，創造出一個解題的空間模型來求解。

4、通過方案比較，培養分析問題的能力

多練，并不是機械地多做作業，而是從多角度去分析問題。剖視圖是表達機件的另一種方法，用剖視圖表達的形體常常有較多孔、槽等，因而圖形中虛線較多、形體也更加復雜。在講解剖視圖時，由于圖形中線條的交叉重疊，使學生對機件的內部結構的理解有困難，對剖切方法的選擇、不同剖切面的形式及剖切位置不同和不同的剖視圖的理解則更難。傳統的方法僅是用一個結論性的模型或掛圖加以說明，學生是知其然而不知其所以然。我們用“視圖”中的“剖視圖”功能，從不同的位置剖切形體，如圖5所示。讓學生從不同的角度觀察剖切的結果，分小組分析比較全剖、半剖、局部剖等多種剖切方案對表達機件內外結構的影響。經過學生的討論和老師的點評，由學生選擇出最合理的表達方法，從而培養學生分析問題和解決問題的能力。

5、通過物理運動分析，將理論聯系實際

在講授裝配圖的知識時，無論是講圖例、看圖還是繪圖作業都應從裝配體的功能出發，給學生講清工作原理、傳動路線及零件的結構、作用及其裝配關系和相互位置，這對培養學生從生產實際出發考慮問題，縮小與生產實際的距離，快速、正確的讀圖是很重要的。但學生缺乏實際經驗，對主要零件的結構形狀和裝配關系缺少感性認識。在教學中僅靠簡單的教具模型，是遠遠不能滿足學生的需要的。而利用軟件的物理運動功能，指導學生進行實踐操作，就能較好地彌補學生實踐經驗的不足，幫助學生理解和掌握知識。

老師以千斤頂為例講解裝配圖的知識時，就可以在課前先把千斤頂的各個零件圖(除標準件外)繪制好。課中，根據選擇好的表達方案，從圖庫中將各個零件一一調入。學生一方面通過模型可以看到每一個裝配零件的真實形狀；另一方面，通過隱藏某些外部零件或增加外圍零件的透明度或采用剖切的方法，可以看清各裝配零件的裝配關系和動力傳動路徑如圖6(a)；再通過物理運動，就能分析出各個零件在裝配體中的作用，發現裝配體存在的問題，并及時的予以糾正，直至形成正確的裝配圖。

為了讓學生能應用所學的理論知識指導實際操作，學校配有鉗工房，其中就有千斤頂的裝配零件，學生可以對照老師模擬裝配的過程和裝配圖的爆炸視圖如圖6(b)確定千斤頂的組裝順序。通過實際操作，讓同學們豐富了感性知識、驗證了理論知識的正確性，又培養了理論聯系實際的良好行為習慣。

實踐證明，借助計算機繪圖軟件，輔助《機械制圖》課程教學，是教學手段現代化的具體體現。雖然課前的制作過程要花費一定的時間，但它可以長期保存、使用方便，又便于修改。根據授課內容從多種的繪圖方法中選用最實用、最簡便的方法，可以大大提高授課效率和教學質量。