機械制圖課程教學(xué)方法優(yōu)化及創(chuàng)新的探討

左永強 周思柱 杜鐮 王瓊

［摘要］本文探討了機械制圖課程傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的弊端，并旨在探討高校機械制圖課程可以優(yōu)化和創(chuàng)新的方面，主要包括與高等數(shù)學(xué)空間解析幾何結(jié)合教學(xué)，與CAD技術(shù)結(jié)合教學(xué)，與最新國家標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合教學(xué)。其中將機械制圖與高等數(shù)學(xué)結(jié)合教學(xué)為國內(nèi)首次提出。

［關(guān)鍵詞］機械制圖空間解析幾何國家標(biāo)準(zhǔn)

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）10-0079-02工程圖樣長久以來一直被稱為“工程界的技術(shù)語言”，在實際生產(chǎn)中隨處可見其應(yīng)用。除機械專業(yè)外，土木、建筑、電力、化工等非機械工科專業(yè)也應(yīng)用甚廣。它通過直觀的圖形和詳細(xì)的數(shù)據(jù)表達了設(shè)計者的意圖，是實際制造或生產(chǎn)的主要指導(dǎo)和依據(jù)，并且也是優(yōu)化設(shè)計、維修保養(yǎng)、事故追責(zé)等的重要資料。機械制圖作為技術(shù)制圖的一種，以機械樣圖為主要教學(xué)內(nèi)容，是每個技術(shù)人員必須掌握的基本功。本文就實際傳統(tǒng)教學(xué)過程中教學(xué)形式單一枯燥，理論實際結(jié)合少，學(xué)生空間想象力培養(yǎng)過程緩慢，不能因材施教，學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)意識薄弱等弊端相繼提出了一些創(chuàng)新和優(yōu)化的教學(xué)方法。

一、傳統(tǒng)機械制圖教學(xué)弊端

（一）教學(xué)形式單一枯燥

現(xiàn)階段傳統(tǒng)機械制圖課主要以老師課堂理論講解，學(xué)生聽課和老師布置作業(yè)，學(xué)生課堂或課后完成作業(yè)為主要內(nèi)容，這種單一的形式讓學(xué)生容易產(chǎn)生一種為學(xué)分而學(xué)習(xí)的不良傾向，而背離了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)以致用的目標(biāo)。學(xué)習(xí)重要的是培養(yǎng)興趣，就學(xué)生反映這種教學(xué)形式并不是最佳良方。

（二） 理論與實際結(jié)合不夠

本課程本該是理論與實際結(jié)合緊密的課程，這樣才能達到學(xué)習(xí)的最佳效果。例如在畫各種標(biāo)準(zhǔn)件時學(xué)生是單方面被動灌輸標(biāo)準(zhǔn)件畫法，而可能直到課程結(jié)束都沒見過實物，缺乏感性認(rèn)識。另外，部分高校機械制圖課程教材的標(biāo)準(zhǔn)不是國家最新制圖標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的知識陳舊不適用，企業(yè)方面也存在企業(yè)內(nèi)制圖標(biāo)準(zhǔn)（尤其體現(xiàn)在標(biāo)題欄和明細(xì)表）和國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不接軌等現(xiàn)象。作為機械學(xué)生，標(biāo)準(zhǔn)二字應(yīng)該牢記心中，并要因地制宜，靈活運用，制圖最終的目的是要清晰、規(guī)范、美觀地表達工程意圖，服務(wù)于工程實際。

（三） 空間想象能力培養(yǎng)效率低

機械制圖學(xué)習(xí)最關(guān)鍵的是學(xué)生空間想象能力的培養(yǎng)，現(xiàn)階段主要依靠講理論課和作業(yè)、考試方式來培養(yǎng)。在教學(xué)過程中許多問題和復(fù)雜圖線是難以用語言表述原因的。例如對于初學(xué)者來說，相切、虛線、相貫線等問題很令學(xué)生頭疼，常常會出錯。這些重要概念要能夠深入學(xué)生腦海，必須要有一段時間的手動練習(xí)和多加思考，直到空間想象能力到達一定程度后才能運用自如。

二、機械制圖與高數(shù)空間解析幾何結(jié)合教學(xué)

工程圖樣最基本的圖形元素?zé)o非點、線、面、體。而對于工程實際所遇到的問題中，這些元素基本都可以用空間解析幾何知識來描述。但事實上，許多高校學(xué)生在學(xué)習(xí)完高數(shù)這部分知識后就放下不管，學(xué)習(xí)機械制圖這門課時根本不會將兩者結(jié)合。另一方面，高校制圖老師多數(shù)對高數(shù)知識不熟悉或者忘記，只是單純具有較強制圖能力，授課時也基本不提及空間解析幾何的知識。下面以制圖中十分常見的相貫線來說明兩者結(jié)合的妙用。假設(shè)一圓筒A半徑為a，另一圓筒B半徑為b，兩者軸線垂直相交。以相交空間中心為原點建立如圖空間直角坐標(biāo)系：由高數(shù)知識知圓筒A的曲面方程為：

x2+z2=a2………（1）

圓筒B的曲面方程為：

x2+y2=b2……（2）

求兩曲面的相貫線只需將（1）（2）聯(lián)立：

x2+z2=a2x2+y2=b2……（3）

即為相貫線空間幾何解析表達式。

在教學(xué)過程中學(xué)生最難理解的是如圖中主視圖相貫線畫法，其實主視圖即為空間曲線在YZ平面的投影,根據(jù)解析幾何知識得到投影曲線方程為：

z2-y2=a2-b2x=0……（4）

當(dāng)a≠b時，可知相貫線投影即為雙曲線，化成標(biāo)準(zhǔn)方程：

■-■=1x=0……（5）

可知當(dāng)a＜b雙曲線頂點坐標(biāo)為（0，■，0）；當(dāng)a＞b時雙曲線頂點坐標(biāo)為（0，0，（a2-b2）），通常制圖過程中頂點通過俯視圖和左視圖來確定。

當(dāng)a=b時，方程（4）退化為：

z2-y2=0x=0……（6）

進一步簡化為：

z±y=0x=0……（7）

可知即為兩條在YZ平面的垂直相交的象限平分直線。

通過利用高數(shù)解析幾何基礎(chǔ)知識從理論上說明了相貫線的形狀及重要位置參數(shù)的確定。對于學(xué)習(xí)過這部分高數(shù)知識的學(xué)生兩者結(jié)合學(xué)習(xí)將理解更深刻透徹，運用更靈活。目前至少可以在兩個方面進行一定的改進：1.在制圖教材上使用融合簡單解析幾何知識，從理論和時間兩個方面讓學(xué)生真正掌握制圖;2.高校在招聘教師時盡量選擇綜合型人才，除熟練掌握手工及計算機制圖理論外，基本的高數(shù)知識也是必要的。

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圖 1兩圓筒面正交相貫線

三、機械制圖與CAD技術(shù)結(jié)合教學(xué)

CAD技術(shù)是緊密伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，通過計算機的輔助設(shè)計大量減輕工作人員腦力及體力消耗，同時提高設(shè)計效率和質(zhì)量。國內(nèi)現(xiàn)今的制造行業(yè)流行CAD軟件主要有AutoCAD，Solidworks，PROE，UG，CATIA等，為了適應(yīng)時代趨勢，將機械制圖與計算機制圖結(jié)合教學(xué)應(yīng)該在全國高校廣泛實行。機械專業(yè)學(xué)生機械制圖課程可以設(shè)置為三個類型的內(nèi)容:理論教學(xué)，手工制圖，計算機繪圖。大部分學(xué)校都要求理論教學(xué)和手工制圖，并且已實施多年，但計算機繪圖課時與要求不盡相同。

結(jié)合以上實際情況和未來趨勢，建議在以下方面進行改進：1.在理論教學(xué)過程中，教師應(yīng)該多采用圖形顯示教學(xué)，如課堂操作三維軟件建立簡單模型（復(fù)雜模型可以提前建好），調(diào)整視角演示投影視圖，幫助學(xué)生理解二維圖，從而建立二維與三維模型關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)空間想象力；2.手工繪圖初始階段主要以“照葫蘆畫瓢”的方式進行，手工繪圖后在課余時間鼓勵有能力與時間的學(xué)生利用計算機完成二維圖與三維圖，并提供適當(dāng)思路與幫助。3.專門設(shè)置計算機繪圖課時，讓學(xué)生思維能實現(xiàn)二維到三維，三維到二維迅速轉(zhuǎn)換，熟練掌握手工到計算機繪制，并能快速識圖、繪圖，設(shè)計圖紙。

四、機械制圖與最新國家制圖標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合教學(xué)

機械制圖標(biāo)準(zhǔn)的意義在于對機械制圖的規(guī)范化和通用化，促進設(shè)計、分析、制造多方協(xié)調(diào)工作，對整個行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展意義重大。

作為教學(xué)環(huán)節(jié)，機械制圖課程應(yīng)該注重實時向?qū)W生灌輸國標(biāo)概念。 把學(xué)生培養(yǎng)為嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)，靈活運用標(biāo)準(zhǔn)，大力推行標(biāo)準(zhǔn)的主力軍，促進我國工業(yè)化道路的健康持續(xù)發(fā)展。針對目前教學(xué)存在的弊病，建議從以下幾個方面優(yōu)化：1.教材編者在編寫前要認(rèn)真研讀最新國家標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格遵從標(biāo)準(zhǔn)來編寫相關(guān)課本書籍，做到給讀者最新的最準(zhǔn)確的信息，一本好教材，能使眾多學(xué)生受益。這也是課程開始前貫徹標(biāo)準(zhǔn)的起點；2.機械制圖教師應(yīng)該時刻保持與時俱進的思想，對國標(biāo)更新改動要了如指掌，熟記于心。對學(xué)生起表率和督促作用，響應(yīng)國家政策。很多書并非按最新國標(biāo)編寫，教師一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時幫助學(xué)生改正，并在課堂總結(jié)，避免更多同學(xué)犯同樣問題；3.在考試環(huán)節(jié)設(shè)計關(guān)于新國標(biāo)內(nèi)容的考查，針對學(xué)生平時容易犯的問題出題；4.必須重視機械制圖中涉及CAD制圖標(biāo)準(zhǔn)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)機械制圖不僅在手工繪制時嚴(yán)格遵循最新國標(biāo)，計算機繪制圖紙時也時刻不忘按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

總之，以上課程優(yōu)化創(chuàng)新方法與最新標(biāo)準(zhǔn)若都能因地制宜地在機械制圖課程教學(xué)過程中鋪展和實踐開來，將會是件促進教學(xué)相長的喜事，也毫無疑問將進一步推動我國課程改革的潮流。

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［責(zé)任編輯：左蕓］