讓CAXA走進裝配課堂

摘 要：針對學生在完成“爬行機器人”中所出現的一些問題，嘗試利用CAXA——一款三維實體設計軟件來輔助教學以尋找到問題的突破口。通過一學期的教學實踐，學生制作完成的“機器人”無論在傳動、造型、行進距離等方面都有明顯的突破。

關鍵詞：CAXA；裝配；教學改進

爬行機器人的制作是高一勞技教材（上海教育出版社）中一個重要的實踐項目，旨在讓學生了解裝配和調試的概念，并在基礎型機器人（M字機器人）的基礎之上，激發創新思維，對其進行改進設計。常用的教學思路是先給學生介紹一些機械傳動原理，然后讓學生根據配套的學具，按照書本與參考圖片進行裝配、調試、改造。

一、傳統教學，問題重重

經過幾年的教學實踐，我校幾位勞技教師在教學內容實施的過程中遇到一些具有共性的問題：

1.清單與實物難以對應

供應商提供的配套材料里面只有一張非常簡單的材料清單，里面涉及林林總總一共有20多種零件，每個零件只有一個簡單的名稱和數量介紹。對于不熟悉這些裝配材料的學生來講，必須要花上大半節課的時間才能將明細表中的材料名稱與實物對應起來。雖然讀識零件單也算是對學生裝配能力的一種考驗，但勞技課課時較少，幾位教師一致認為應該改善這張明細表，縮短學生的識讀時間，便于學生記憶。

2.模仿為主，缺乏創意

學生在進行裝配時，大部分都完全按照課本依樣畫葫蘆似的裝配，這可以細分問兩個小問題，一是學生不獨立思考裝配順序；二是學生的作品多以書本上的基礎型爬行機器人為主，創新作品無論從數量上還是質量上都不理想，因此有必要鼓勵學生大膽創新。

3.運行調試，難以改進

學生在裝配完成之后，尤其是針對一些改進型機器人的運行調試，一旦出現問題，難以找到問題所在，進行修正，這想必是自己在裝配的過程中沒有想過該款機器人如何運行，傳動機構之間如何互相牽制，導致出現運行困難的現象，因此，有必要讓學生了解傳動機構之間互相牽制的關鍵點。

二、群策群力，積極實踐

CAXA是高一上學期重點教授的計算機輔助設計軟件，利用這款軟件，學生可以在三維環境下將各個單獨的零件準確地裝配到位。結合在爬行機器人實際裝配過程中遇到的種種問題，我們便開始考慮，是否能利用CAXA進行機器人的模擬裝配，重點強調機器人的外形結構，希望借此盡可能地解決以上問題。

1.散件制作，創意組裝

實際套件中，一款爬行機器人所需要用到的散件非常多，我們在CAXA中重點制作了與機器人結構緊密相關的部件，而忽略了一些緊固件，主要是考慮到學生對軟件的實際掌握能力以及課時的約束。尺寸、樣式盡量達到仿真的效果，并在設計樹中詳細為每個零部件命名，學生可以據此了解每一零件的外形。同時，教師也根據書本的基礎爬行機器人以及往屆學生的創意機器人嘗試組裝，以起到示范引領、啟發思維的作用。

2.課堂落實，逐步推進

一切準備就緒，我們便開始在課堂中進行這部分內容的講授。一段時間下來，我們確實能夠感受到這一教學改進的優勢。首先，針對配套材料中明細表不清晰的問題，配合CAXA軟件中有“設計樹”這一命令，教師在制作各類零件時，將其名稱加以標示，學生就能通過點擊設計書中各類零件名稱，快速認識它們。然后針對學生盲目制作的問題，這種模擬裝配也能給學生一些警示。因為學生很快會意識到，之前毫無章法地裝配會導致之后的困局。例如，長條和短條的孔位對應不起來，墊圈的長度影響了短條的內外順序，導向架的位置牽制了連桿和搖桿的運行等等。因此，先前已經裝配到位的零件需要不斷再調整才能與之后裝配的零件協調起來，這種再調整越是艱難越容易在學生的頭腦中留下深刻的印象，將來在實際裝配過程中，如果出現問題，學生就會聯想到自己先前在進行電腦裝配時的問題癥結在何處，該如何調整。而這種效果正是教師所期望的。最后，我們挑選了部分具有代表性的作品進行三視圖打印，學生可以根據圖紙對照實物完成裝配，在這一過程中學生便開始從注重外形結構的創意到思考傳動裝置的改進，從而完成一款既新穎又實用的機器人。

三、成效顯著，積累反思

事實證明，經過CAXA裝配的學生到實驗室中進行操作實踐時，作品無論從完成的速度還是質量都明顯優于直接進行裝配的學生，這一教學改進的效果，讓我們倍感驚喜。雖然，這意味著教師必須花更多的時間講解CAXA相關的裝配命令，學生必須花更多的時間掌握這些命令，并運用于實際案例中，但最后一個個各式各樣、運行良好的機器人足以說明這一教學研究的成果。當然，我們也遇到一些問題，也還在考慮解決的方法，其中最主要的是，學生在利用軟件中“三維球”命令進行裝配時，其操作的隨意性比實際裝配更大，因為這些零件之間可以互相穿透，互相干涉，而實物裝配是不可能發生類似情況的。其次，學生對CAXA軟件的掌握直接制約著模擬裝配的效果。此外，教師對各個零件的仿真制作也需要繼續調整和完善。模擬制作和實際裝配間的差異性需要依靠教學經驗來填補，當學生制作出新款機器人時，教師需要及時做好保存和展示，當學生出現問題時，教師也需要記住并及時修正。考慮到時間和成本的關系，目前我們只是挑選了部分作品打印成稿，有些學生非常認真，在實際操作中會再次對自己的設計進行調整，如果能夠提供一些時間，讓他們對自己的設計圖紙進行修正，如此一來，這一從設計造型到完成裝配的機器人項目才能算真正的功成圓滿。

參考文獻：

[1]張桂興.勞動技術[M].上海：上海科技教育出版社，2012.

[2]沈俊.實體設計[M].上海：中華地圖學社，2010.

（作者單位 上海市青浦高級中學）