基于虛擬技術(shù)的《機械制圖》教學(xué)改革構(gòu)想與實踐*

李潔（瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 瀘州 646005）

基于虛擬技術(shù)的《機械制圖》教學(xué)改革構(gòu)想與實踐*

李潔
（瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 瀘州 646005）

為培養(yǎng)適應(yīng)新形勢的高級技能型應(yīng)用人才，創(chuàng)建虛擬模型庫，并利用UG和Pro/ENGINEER軟件創(chuàng)建通用機械零件的虛擬模型，進(jìn)行機器的三維裝配和運動仿真，構(gòu)建基于虛擬裝配的《機械制圖》虛擬實驗教學(xué)模式，改革教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。

虛擬技術(shù)；機械制圖；教學(xué)改革；構(gòu)想

《機械制圖》是高職機電類專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門實踐性較強的技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生具備識讀和繪制中等復(fù)雜的零件圖、簡單裝配圖的能力。高職學(xué)生學(xué)習(xí)《機械制圖》的一大障礙就是缺乏空間想象力，這使學(xué)生感到學(xué)習(xí)《機械制圖》很困難。尤其是在學(xué)習(xí)零件圖和裝配圖時，由于高職學(xué)生抽象思維能力一般不強，無專業(yè)工作經(jīng)歷，在校“見識”機會又少，在書本和黑板上見到一些機構(gòu)和零件圖，他們無法與實際工作中的實物聯(lián)系起來。因此，在教學(xué)中首先應(yīng)解決學(xué)生的感性認(rèn)知問題。

對此，我們創(chuàng)建了虛擬模型庫，利用UG和Pro/ENGINEER軟件對工程中的一些典型機構(gòu)進(jìn)行虛擬零件的創(chuàng)建，并采用虛擬裝配和動態(tài)演示的方式構(gòu)建了《機械制圖》虛擬實驗教學(xué)模式。通過產(chǎn)品的運動模擬，學(xué)生可清楚認(rèn)識機械零件的機構(gòu)運動規(guī)律及其工作原理，更容易理解機械零件的二維設(shè)計圖，提高學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

《機械制圖》教學(xué)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的《機械制圖》教學(xué)中，教師采用大量板書、板畫，再加上掛圖、實物模型進(jìn)行課堂教學(xué)，教師講起來費勁，學(xué)生聽起來也很吃力，教學(xué)效果并不理想。

隨著計算機科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，目前，國內(nèi)高職院?！稒C械制圖》課程大多已將《機械制圖》與《AutoCAD》進(jìn)行了融合，應(yīng)用計算機輔助繪圖平臺，創(chuàng)建虛擬模型庫，用三維空間培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。但利用AutoCAD的實體造型功能創(chuàng)建的虛擬實體還只能給學(xué)生呈現(xiàn)直觀的三維動態(tài)對象，并未真正實現(xiàn)機械零件及其裝配構(gòu)型的三維實體動態(tài)演示教學(xué)，學(xué)生難以想象出機器的裝配構(gòu)型和運動關(guān)系，仍不易學(xué)會讀、繪裝配圖。

通過對我院機械系2008、2009級學(xué)生的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前《機械制圖》教學(xué)主要存在以下問題：（1）學(xué)生總體素質(zhì)較差，缺乏空間思維能力，對《機械制圖》教學(xué)難以適應(yīng)；（2）在分析幾何形體的結(jié)構(gòu)以及講解機件表達(dá)方法時，缺乏形象生動的教學(xué)手段；（3）教師教學(xué)觀念、教學(xué)方法存在差異，部分教師在教學(xué)上以教師為中心，以知識傳授為主，沒有探討出體現(xiàn)個性化、靈活的教學(xué)方法，面對眾多后進(jìn)生，感到無所適從，只是一味抱怨，這種以教師為中心的行為教學(xué)模式不利于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高；（4）實踐機會少，“閉門造車”使教學(xué)脫離實際；（5）繪圖軟件太單一，不利于學(xué)生能力的提高。

為了更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)《機械制圖》課程的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，我院教師一直在尋找更好的教學(xué)方式，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)給我們提供了很好的平臺。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可把學(xué)生感到抽象難懂的內(nèi)容用直觀形象的虛擬模型展示出來，并通過虛擬裝配和動態(tài)演示方式給學(xué)生呈現(xiàn)出較真實的運動關(guān)系。這樣，可大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作的課件與傳統(tǒng)課件相比交互功能更強，傳輸速度更快。

改革的思路

我們結(jié)合本院各專業(yè)特點和用人企業(yè)的要求，將專業(yè)必需的制圖知識進(jìn)行優(yōu)選重組、整合，在課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核手段等方面進(jìn)行了大膽改革。課程整合時，淡化理論，突出知識的應(yīng)用，強化理論與實際的緊密聯(lián)系和能力培養(yǎng)，并將工程實例引進(jìn)課堂，利用計算機輔助平臺，通過虛擬裝配和動態(tài)演示方式增強學(xué)生的感性認(rèn)識，圍繞學(xué)生職業(yè)能力需求和國家職業(yè)資格考試大綱設(shè)計實踐教學(xué)內(nèi)容，有效促進(jìn)了學(xué)生實際技能的提高，使課程具有很強的實用性，更好地體現(xiàn)了高職高專的辦學(xué)特色。

通過改革，重點培養(yǎng)學(xué)生的以下能力：（1）空間思維和幾何抽象能力；（2）繪制和識讀零件圖及裝配圖的能力；（3）利用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計與表達(dá)的能力；（4）自學(xué)能力。

改革的內(nèi)容

（一）構(gòu)建新的教學(xué)體系

通過借鑒國內(nèi)高職院?！稒C械制圖》課程的教學(xué)改革成果，并結(jié)合用人單位對課程的教學(xué)要求，我們對本課程內(nèi)容進(jìn)行了較大幅度的改革。改革主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）將畫法幾何內(nèi)容適當(dāng)削減，刪減點、線、面的投影分析部分，在教學(xué)中突出體的地位。畫法幾何的點、線、面是空間幾何物體的抽象，我們盡早引入體的概念，盡量將抽象的點、線、面與立體聯(lián)系起來。（2）突出圖示法，削減畫法幾何圖解部分，如投影變換求一般位置直線實長及一般位置平面實形、平面與直線的交點等不再講授。（3）降低畫法幾何中截交線及相貫線內(nèi)容的難度，只要求學(xué)生掌握其概念、畫法和大致趨勢。（4）調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，把三維設(shè)計技術(shù)融入《機械制圖》教學(xué)，加強學(xué)生對三維形體的想象、構(gòu)形、分析、表達(dá)的能力以及三維形體和二維圖形相互轉(zhuǎn)化的能力。（5）在零件圖部分采用案例教學(xué)法，將工程中典型機構(gòu)以虛擬裝配形式演示給學(xué)生，再以機構(gòu)中的典型零件為案例進(jìn)行零件圖的繪制和分析。表1為《機械制圖》課程的教學(xué)安排。

表1 《機械制圖》課程學(xué)時及內(nèi)容安排表

這樣，通過對《機械制圖》課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，構(gòu)建了適合高職特點和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的《機械制圖》教學(xué)模式。通過遴選工程中典型機構(gòu)，開發(fā)典型機構(gòu)產(chǎn)品案例庫，并對機構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配和動態(tài)演示，從而形成了一套《機械制圖》虛擬實驗教學(xué)模式，更有利于基礎(chǔ)課與專業(yè)課程融合。

（二）改革教學(xué)方法

長期以來，課堂講授、課后學(xué)生做作業(yè)、理論課后再進(jìn)行實驗教學(xué)是各院校專業(yè)課程的一般教學(xué)模式。這種教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。因此，應(yīng)改變這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式，盡量多給學(xué)生留下思考的時間和動手的機會。

結(jié)合《機械制圖》教學(xué)現(xiàn)狀，為了滿足機械類專業(yè)培養(yǎng)高級技能型人才的需要，我們對《機械制圖》的教學(xué)模式進(jìn)行了一定的改革。（1）改變傳統(tǒng)的掛圖教學(xué)模式，引進(jìn)虛擬技術(shù)；（2）根據(jù)學(xué)生的個體差異，實行分層教學(xué)；（3）改革成績考核方式，綜合評定學(xué)習(xí)成績；（4）注意理論與實踐相結(jié)合，加強實踐性教學(xué)，著力培養(yǎng)和提高學(xué)生的動手和創(chuàng)新能力；（5）精講多練，提高學(xué)生的空間想象力。

（三）創(chuàng)建虛擬模型庫及典型機構(gòu)

為幫助學(xué)生增強感性認(rèn)識，達(dá)到空間思維能力培養(yǎng)的目的，在《機械制圖》教學(xué)中使用模型是必不可少的。但傳統(tǒng)的模型存在攜帶不便、數(shù)量有限、色彩單調(diào)、不便于學(xué)生課后自學(xué)等不足。我們利用AutoCAD的實體造型功能，將習(xí)題中的相關(guān)實體創(chuàng)建出來，構(gòu)建虛擬模型庫，并將其上傳到互聯(lián)網(wǎng)上。這樣，使得在教學(xué)中對知識難點的講解更加清晰、生動、形象，教師可以針對不同的教學(xué)對象、教學(xué)要求調(diào)整現(xiàn)有的模型，按需求造型以及修改模型。建立虛擬模型庫后，學(xué)生在課后自學(xué)過程中遇到困難，可通過校園網(wǎng)進(jìn)入虛擬模型庫，找到習(xí)題對應(yīng)模型，進(jìn)行三維觀察，輔助完成課后練習(xí)，從而方便學(xué)生課后自學(xué)。

對零件圖和裝配圖部分，由于高職學(xué)生缺乏實踐經(jīng)驗，對裝配體的結(jié)構(gòu)、工作原理、零件間的裝配、連接關(guān)系及主要零件的結(jié)構(gòu)形狀都缺少感性認(rèn)識，普遍感覺學(xué)習(xí)比較困難。我們結(jié)合各專業(yè)的特點，分別遴選兩到三個典型機構(gòu)，利用UG和Pro/ ENGINEER提供的裝配機構(gòu)模塊和動畫模塊，將機構(gòu)中的各零件制作成三維實體，再把多個三維實體零件裝配在一起形成裝配體，并對裝配體進(jìn)行了模擬裝配和動畫演示。

為了適應(yīng)社會生產(chǎn)變革的需要，必須加強《機械制圖》課程的改革，對原有課程調(diào)整、合并、精簡，對學(xué)生加強軸測圖、草圖繪制和計算機繪圖技能的訓(xùn)練，以及標(biāo)準(zhǔn)意識的培養(yǎng)，使學(xué)生自覺貫徹最新標(biāo)準(zhǔn)。我們在《機械制圖》課程中融入計算機繪圖、三維數(shù)字建模相關(guān)知識，在教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法上進(jìn)行改革，重新調(diào)整了本課程的發(fā)展方向，優(yōu)化了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，加強了工程技術(shù)基礎(chǔ)知識的傳授。此外，“三維實體造型”內(nèi)容的引進(jìn)，進(jìn)一步豐富了《機械制圖》教學(xué)的內(nèi)涵，為在開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系中確立本課程的基礎(chǔ)地位發(fā)揮了積極的作用。

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G712

A

1672-5727（2011）09-0167-02

李潔（1973—），女，四川瀘州人，瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事機械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)與研究。