基于VRML的工程圖學(xué)實(shí)踐教學(xué)的改革與實(shí)踐

　　摘 要： 在《工程圖學(xué)》教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生讀圖能力的重要工具。通過構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生能夠通過網(wǎng)絡(luò)完成部分實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，培養(yǎng)空間想象能力、空間思維能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和工程意識(shí)。因此作者開發(fā)了基于VRML的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，編寫了教學(xué)與之配套的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)書，將實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生能更好地掌握知識(shí)，搞好測(cè)繪實(shí)習(xí)。
　　關(guān)鍵詞： 工程圖學(xué) 實(shí)踐教學(xué) 虛擬教學(xué)平臺(tái)
　　
　　一、工程制圖實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀分析
　　在《工程圖學(xué)》教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生讀圖能力的重要工具?！皺C(jī)械部件測(cè)繪”就是一門將理論知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)踐知識(shí)的課程，通過這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以在圖示能力、讀圖能力、手工繪圖能力、測(cè)繪能力和查閱技術(shù)文獻(xiàn)能力等方面受到一次綜合訓(xùn)練。多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及畢業(yè)生的反饋信息表明，“機(jī)械部件測(cè)繪”不僅進(jìn)一步提高了學(xué)生繪制機(jī)械圖樣的能力，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和獨(dú)立工作的能力起到了重要作用。
　　目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校的“機(jī)械部件測(cè)繪”教學(xué)還是采用傳統(tǒng)方式，即老師講解、演示，再由學(xué)生自己動(dòng)手。但是在多年的測(cè)繪實(shí)習(xí)過程中我發(fā)現(xiàn)在測(cè)繪過程中存在一些問題。
　　1.學(xué)生對(duì)測(cè)繪過程缺乏引導(dǎo)性。學(xué)生總是對(duì)測(cè)繪的先后順序比較模糊。
　　2.測(cè)繪部件缺乏完整性。測(cè)繪部件歷經(jīng)多屆學(xué)生測(cè)繪后，難免出現(xiàn)零件丟失、損壞的情況，對(duì)后來測(cè)繪的學(xué)生造成一定的困難。
　　3.對(duì)部件測(cè)繪知識(shí)的了解應(yīng)用缺乏全面性。在測(cè)繪實(shí)訓(xùn)中，由于時(shí)間原因，往往是3—4人為一組測(cè)繪同一個(gè)部件，這樣他們往往只會(huì)關(guān)注自己測(cè)繪的部件，對(duì)其他常見測(cè)繪部件掌握較少，造成大部分學(xué)生對(duì)部件測(cè)繪知識(shí)的了解應(yīng)用缺乏全面性。
　　而國(guó)外已經(jīng)從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，取得了較好的效果。基于以上思考，我在《工程圖學(xué)》實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)”，進(jìn)行教學(xué)改革的探索。
　　二、工程制圖實(shí)踐教學(xué)的改革設(shè)想
　　VRML是一種用于建立真實(shí)世界的場(chǎng)景模型或人們虛構(gòu)三維世界的場(chǎng)景建模語言?；赩R的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)芡黄苽鹘y(tǒng)教學(xué)手段上的局限，通過建設(shè)基于VR的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，將實(shí)物模型以交互式動(dòng)畫生動(dòng)表示，使學(xué)生能360度自由觀看測(cè)繪部件，并預(yù)先進(jìn)行虛擬裝配。如果能在測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)中進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的改革，則不僅可以在一定程度上彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)資源的匱乏，測(cè)繪對(duì)象單一的缺陷，而且可以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)教學(xué)效果，使其實(shí)踐能力、觀察能力及歸納能力等都得到很好的鍛煉。基于以上思考，我們對(duì)《工程圖學(xué)》實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)模式，教學(xué)手段等方面作了一系列改革。
　　1.改革實(shí)踐教學(xué)思路，主要是構(gòu)建虛擬教學(xué)平臺(tái)。建設(shè)以案例驅(qū)動(dòng)為主線的“基礎(chǔ)—實(shí)踐—綜合訓(xùn)練”循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)體系，課堂教學(xué)注重基礎(chǔ)理論、基本概念，強(qiáng)調(diào)核心思想方法的訓(xùn)練，并以案例貫穿，在實(shí)踐環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、研究能力、分析能力、解決能力、綜合能力和創(chuàng)新能力。
　　2.建設(shè)與之配套的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)書，并根據(jù)調(diào)查問卷及時(shí)作反饋修改，從而逐步形成交互式的《工程圖學(xué)》實(shí)踐教學(xué)新模式。完善學(xué)生所需要的知識(shí)結(jié)構(gòu)與能力結(jié)構(gòu)，對(duì)交互式教學(xué)在工程圖學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的研究，填補(bǔ)課程體系和評(píng)價(jià)體系的缺位，形成良性循環(huán)的交互式教學(xué)平臺(tái)。
　　三、基于VRML的虛擬教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建
　　改革的關(guān)鍵是建成虛擬教學(xué)平臺(tái)，本項(xiàng)目初期建設(shè)中主要是采用solidworks2007，3D max，AutoCAD及VRML軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使之能夠?qū)X輪油泵（圖1）的裝配進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過影像、動(dòng)畫等生動(dòng)的形式對(duì)裝配過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，以利于學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步提出問題與尋求解決問題的興趣，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，有效地支持理論學(xué)習(xí)。
　　在測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)中，首先以實(shí)物模型為基本要素、主線，用VRML語言制作交互式模型庫(kù)，去解析零部件的形狀結(jié)構(gòu)和測(cè)繪過程。然后布置測(cè)繪任務(wù)；觀測(cè)分析實(shí)物模型；教師依據(jù)實(shí)物模型通過虛擬輔助教學(xué)課件集中指導(dǎo)；學(xué)生依據(jù)實(shí)物模型，參照虛擬輔助教學(xué)課件自主測(cè)繪；教師集中講評(píng)。同時(shí)虛擬輔助教學(xué)平臺(tái)中配有少量文字說明的電子文檔對(duì)尺寸、技術(shù)要求、圖樣、作業(yè)要求指導(dǎo)。
　　四、測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)的教材建設(shè)
　　完善教學(xué)體系，需要建立與之配套的實(shí)踐教學(xué)教材，目前《機(jī)械部件測(cè)繪實(shí)習(xí)指導(dǎo)書》在網(wǎng)上有很多參考版本，但是要和本校實(shí)驗(yàn)條件符合，才能真正對(duì)實(shí)踐教學(xué)起指導(dǎo)作用。所以在教材建設(shè)中，我們?cè)趦?nèi)容定位上，首先把測(cè)繪工具的使用、零部件的基本測(cè)繪方法、基本零件（軸、齒輪等）的測(cè)繪、閥類、泵類、夾具類（虎鉗）、減速器類典型零件的測(cè)繪作為主要內(nèi)容?？紤]后續(xù)課的需求還會(huì)加一些本學(xué)科前沿發(fā)展的新型零部件作為補(bǔ)充。其次在風(fēng)格上與虛擬平臺(tái)配套。再次在體系上體現(xiàn)科學(xué)性、先進(jìn)性，邏輯性、易讀性。最后是出精品教材，配合精品課程建設(shè)。
　　讓學(xué)生在前序基于VRML虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的指引下，到測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)配套的測(cè)繪實(shí)習(xí)指導(dǎo)書進(jìn)行測(cè)繪實(shí)踐。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和教材的反饋系統(tǒng)不斷改進(jìn)發(fā)展，從而逐步形成交互式的《工程圖學(xué)》實(shí)踐教學(xué)新模式，形成良性循環(huán)的交互式教學(xué)平臺(tái)。
　　五、結(jié)語
　　工程圖學(xué)是一門歷史悠久的課程，隨著科技的發(fā)展，它面臨著內(nèi)容增多而課時(shí)減少的困境。所以在教學(xué)過程中，有許多地方都是值得改革探討的。開發(fā)虛擬測(cè)繪教學(xué)平臺(tái)是為了改進(jìn)測(cè)繪方法，提高測(cè)繪效率和效果。將前沿科技運(yùn)用于現(xiàn)代教學(xué)中也是現(xiàn)在倡導(dǎo)的，雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不能完全替代實(shí)物實(shí)驗(yàn)，但可以探索將其作為實(shí)物實(shí)驗(yàn)及課堂理論教學(xué)的補(bǔ)充。在實(shí)踐教學(xué)的改革方面，還可以將金工實(shí)習(xí)和測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)虛擬部件測(cè)繪融合，把學(xué)生進(jìn)行測(cè)繪、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工一體化培養(yǎng)，將《機(jī)械制圖》更好地和專業(yè)相融合，促進(jìn)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。這也是我們以后實(shí)踐教學(xué)改革的新方向。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］湯傳玲等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)仿真測(cè)繪裝配實(shí)驗(yàn)的研究［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2009，（38）.
　?。?］趙宏等.基于VRML的《工程圖學(xué)》虛擬實(shí)驗(yàn)分析與設(shè)計(jì)［J］.高師理科學(xué)刊，2008.11.
　　［3］杜力等.基于計(jì)算機(jī)三維建模的“工程制圖”課程測(cè)繪實(shí)踐研究［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009.8.