基于SolidWorks的《機械制圖》教學改革與探索

機械制圖是機械專業、工科類專業學生必修的基礎課，是專業課程的前沿課程，也是一門實踐性較強的技術基礎課，對后續專業課程的學習會產生重要的影響。《機械制圖》課程的重要任務之一就是培養學生的空間想象能力和形體認知能力，從而提高識讀、繪圖能力。在傳統課堂教學中，教師一般采用的方法是利用實物模型、掛圖或者多媒體課件進行輔助教學，而這些方法都存在一定的不足，筆者嘗試在《機械制圖》教學中應用SolidWorks軟件進行輔助教學，優化了教學方法，增強學生空間想象與思維能力、創新能力、工程意識，取得良好的教學效果。

一、傳統教學方法的不足

在《機械制圖》課程教學中，教師通常采用掛圖、實物模型或多媒體課件進行輔助教學。掛圖是平面圖形，不直觀，難以體現立體感；采用實物模型時，由于模型體積小，學生無法看得清晰，且模型的結構是唯一的，無法改變，有一定的局限性，教師經常為了講授一節課準備多個模型，搬運和演示都非常麻煩，無法實現實物與視圖的快速轉換，浪費了大量的課堂教學時間。采用多媒體課件進行教學時，難免出現所選用的課件內容不適合授課內容或教師授課方式的情況，例如當教學過程中演示課件給學生看，學生對某些問題需要進一步的解釋或深入理解時，教師往往又不得不重新使用板書繪圖講解。若教師自行制作課件又要花費大量的時間，因此應用課件教學也存在一定局限性。

二、應用三維工程軟件輔助教學的優勢

目前在我國制造業普遍使用Pro/ENGINEER、SolidWorks等三維工程軟件，因此在各機械專業中也設置了此方面的教學內容。教師在采用三維軟件平臺進行《機械制圖》輔助教學時，由于軟件自身所展示的三維實體環境更利于學生認知與理解，教師也可以根據實際情況隨時針對學生的問題建立三維模型，使學生迅速、準確地學會相應的知識。可以說，從學生角度和教師角度都得到了方便，同時也為學生今后學習三維工程軟件使用奠定了基礎。

三、SolidWorks在機械制圖教學中的應用

1．在投影理論中的應用

在引導學生開始學習《機械制圖》時，最大的難點在于如何讓學生理解正確的投影方式。在傳統教學過程中，教師要使用掛圖和模型，而使用SolidWorks軟件輔助教學時，只需通過各視圖的動態切換或利用多個視口來觀察各視圖之間的點、線、面投影關系，這種方式既形象，又直觀，可以很好地使學生理解單面正投影和多面正投影所產生的視圖、正等軸測圖形成的原理與過程，簡化了授課內容，使學生印象更加深刻。

2．在讀組合體視圖中的應用

在機械制圖中要培養學生對三維空間的認知能力，讀組合體視圖是重要的內容。例如，在學習繪制切割型組合體視圖時，教師可使用軟件在課堂上一步步地切割建模，讓學生充分了解切割過程，特征樹中回放步驟功能更能使教師達到靈活講解的目的。課堂上這種演示疊加型組合體的形成過程及切割型組合體視圖的切割過程，使學生印象深刻，同時也培養了學生的空間想象能力。又如在，根據已知組合體兩個視圖求第三個視圖，或補齊視圖中缺線的練習中，學生經常由于對三維空間理解能力不夠而做錯題目，若不能提供相應的組合體實物，而是只泛泛講解答案，學生是難以理解的。這時若用SolidWorks軟件現場繪制立體模型展示，學生會一目了然，疑難問題也會迎刃而解。例如圖1所示的組合體視圖，根據這兩個視圖，學生很難想象這個零件的三維形態是怎樣的，因此很難畫出第三視圖，在筆者所教授的制圖課中，許多學生對于這個典型問題在讀圖過程中出現了失誤，難以繪制出正確的第三視圖，而通過SolidWorks軟件的使用，演示零件的建模過程，加深學生對組合體形成過程的理解。零件模型繪制好后可通過軟件的多個視口功能，同時展示三視圖及軸測圖，各視口中的視圖間的點、線、面一一對應、一目了然，也可以對零件進行旋轉操作，使學生從各個角度都可以直觀地觀察到該零件的三維模型，第三視圖也就很容易求解了，如圖2所示。

此外，在相貫線的教學中用SolidWorks軟件進行教學能使內容直觀性增強，學生容易掌握。例如兩圓柱相交、兩圓柱孔相交、在圓錐表面上打直孔等，只需繪制出兩圓柱孔相交、圓錐和圓柱孔相交的立體圖，相貫線會自動產生。如圖3所示，兩個圓柱正交時，可通過改變它們的相對大小來觀察相貫線的形狀和位置的變化，這樣使學生很容易觀察到相貫線的變化，從而更好地理解這一內容。同理當兩圓柱孔相交時，也可建出模型，采用剖面視圖的形式來觀察孔內部相貫線的形狀。在講解相貫線畫法時，可以很方便地在軟件中指出相貫線上的一些特殊點的位置，便于黑板作圖講解。這種靈活展示模型的教學方法使學生更容易理解，從而掌握知識的重點和難點。

3．在剖視圖中的應用

在講解剖視圖中，受實物模型的限制，無法較直觀地向學生表達模型的內部結構，通過使用SolidWorks軟件，可以直接創建零件模型，通過采用剖面視圖的形式來獲得剖視圖，學生很清晰觀察到實體的內部或外部結構，剖視圖畫法中的難題也迎刃而解。如圖4所示的裝配體模型，若直接講解剖視效果，學生想象不出其內容結構，但是在SolidWorks軟件中，生成該模型的剖視圖時，學生立即理解了該模型的內部結構和各零件間的裝配關系，如圖5所示。

4．在讀裝配圖中的應用

在講解零件的裝配關系時，應用SolidWorks軟件的裝配功能及爆炸視圖工具能取得很好的教學效果。在SolidWorks軟件環境中可應用裝配功能進行各零件間的配合，這樣使教師更易講解裝配圖中各零件間的相互位置關系及配合方式，并可以通過SolidWorks Animator功能制作動畫，將零部件的裝配過程錄制成動畫，學生可通過動畫演示直觀的看到零件的裝配過程，進一步理解各零件間的裝配關系，對裝配過程有了更加深入的理解。同樣可通過SolidWorks Animator功能制作爆炸動畫，形象生動地展示爆炸及零部件之間的相互關系。如圖6所示，在SolidWorks軟件中生成了零部件的爆炸視圖，有助于學生對裝配過程的理解，提高閱讀裝配圖的能力。

在機械制圖教學過程中，由于空間想象能力有限，學生對某些難點學習起來較吃力，這時在教學中使用SolidWorks軟件輔助教學，將二維視圖的概念轉換為三維形態，便于學生對難點的理解，同時也能培養學生的空間想象能力，通過教學實踐，這種方法取得了很好的教學效果，是非常適合教學的。

（作者單位：廣東省中山市技師學院）

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