基于虛實結(jié)合的制圖測繪教學(xué)改革與實踐

摘要：針對傳統(tǒng)制圖測繪教學(xué)中存在的問題以及如何利用現(xiàn)代教育手段和虛擬實驗室等進(jìn)行制圖測繪教學(xué)等問題，提出了“虛擬測繪與實物測繪相結(jié)合”（簡稱“虛實結(jié)合”）的“工程制圖”教學(xué)改革方案，介紹了虛擬制圖測繪實驗室的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：虛實結(jié)合；制圖測繪；虛擬實驗；工程制圖；教學(xué)改革

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-5727（2014）07-0172-03

“工程制圖”是工科院校的機械類和非機械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，制圖測繪是其重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。制圖測繪內(nèi)容包括拆裝部件，對拆卸的零件進(jìn)行觀察和測量，手工繪制零件草圖，將草圖整理成零件工作圖和部件裝配圖等。通過制圖測繪實踐，學(xué)生在圖示能力、讀圖能力、手工繪圖能力、測繪能力和查閱技術(shù)文獻(xiàn)等專業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)等方面可得到一次綜合訓(xùn)練，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生繪制機械圖樣的技能，對提高學(xué)生綜合運用所學(xué)制圖知識解決實際問題的能力也可起到重要作用。

目前，國內(nèi)大多數(shù)高校及職業(yè)院校的制圖測繪教學(xué)主要采用實物教學(xué)法，即教師利用實物講解、演示，再由學(xué)生拆裝實物部件，繪制零件草圖，測量尺寸等，最終畫出零件圖和裝配圖。這種教學(xué)法存在以下問題：（1）測繪的實物零部件數(shù)量少，不能實現(xiàn)人手一個測繪模型，只能分組進(jìn)行測繪，影響了實踐教學(xué)效率和效果。有時因班級多，測繪模型不夠用，需要調(diào)整教學(xué)計劃，影響了教學(xué)進(jìn)度。（2）由于實物模型本身的質(zhì)量參差不齊，如有壁厚不均、鑄造圓角、過渡圓角不清晰等問題，造成學(xué)生觀察零件時，對零件結(jié)構(gòu)把握不準(zhǔn)、有偏差。（3）學(xué)生對測繪過程缺乏引導(dǎo)性，對測繪的先后順序比較模糊，如果碰到某個部件中的零件有丟失，學(xué)生會對整個部件的零件裝配缺乏完整性認(rèn)識，給實際測繪帶來一定的困難。（4）分組測繪的學(xué)生只會關(guān)注其分配到的測繪部分，對其他常見測繪零、部件掌握較少，造成大部分學(xué)生對部件測繪知識的了解及應(yīng)用缺乏全面性。

近年來，計算機多媒體被廣泛應(yīng)用于工程制圖教學(xué)中，出現(xiàn)了一種過分依賴計算機多媒體教學(xué)的現(xiàn)象。有的學(xué)校建設(shè)了虛擬制圖實驗室，就覺得圖板、丁字尺等都要淘汰了，制圖測繪的實物教學(xué)也不能與時俱進(jìn)，從而過分夸大了虛擬實驗室的優(yōu)越性。

筆者在自主開發(fā)的虛擬測繪實驗室的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了制圖測繪教學(xué)改革。制圖測繪采用將實物測繪與虛擬測繪相結(jié)合的方法（簡稱“虛實結(jié)合”），充分利用先進(jìn)的計算機設(shè)備進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)，借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)這一輔助手段，解決傳統(tǒng)實踐教學(xué)中存在的問題，加快學(xué)生對知識的掌握與深化；同時，又保留部分實物實踐環(huán)節(jié)，如手工拆裝零件、測量尺寸、徒手繪制草圖等環(huán)節(jié)。制圖測繪教學(xué)采用虛實結(jié)合的方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)造能力。

虛實結(jié)合的“工程制圖”實踐教學(xué)改革

改革思路（1）以培養(yǎng)實踐能力與創(chuàng)新能力為目標(biāo)，采用虛實結(jié)合的方法，優(yōu)化“工程制圖”實踐教學(xué)內(nèi)容，改革實踐教學(xué)的方法和手段，構(gòu)建實踐教學(xué)新模式。（2）將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于零部件測繪實驗室建設(shè)。創(chuàng)建開放式虛擬測繪教學(xué)平臺，建設(shè)內(nèi)容新穎、形式多樣、知識豐富的零件部件測繪實驗室，改善實踐教學(xué)環(huán)境。（3）在網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗環(huán)境中開啟制圖測繪教學(xué)、實驗預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行制圖測繪實物教學(xué)。為保證教學(xué)質(zhì)量，對虛擬實驗教學(xué)過程進(jìn)行嚴(yán)格管理、監(jiān)控和考核，同時對實物教學(xué)也實行手工繪圖質(zhì)量評價，確保工程制圖實踐教學(xué)達(dá)到預(yù)期效果。

改革方案（1）改革制圖測繪教學(xué)模式。采用虛實結(jié)合的方法進(jìn)行制圖測繪教學(xué)模式。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的開放式虛擬實驗室，為學(xué)生營造一種自主學(xué)習(xí)及多樣化、實用化和個性化的實踐環(huán)境，學(xué)生可以在網(wǎng)上自主選擇實驗內(nèi)容和實驗時間，自主參與、完成開放性的測繪實踐學(xué)習(xí)。在虛擬實驗的基礎(chǔ)上，利用傳統(tǒng)實踐教學(xué)的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)條件和教學(xué)模式等，加強學(xué)生的真實感和動手能力的訓(xùn)練，構(gòu)建以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，以實物教學(xué)為主、以虛擬實驗為輔，以能力培養(yǎng)及個性化教育為目的的實踐教學(xué)模式，突出應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。（2）改革制圖測繪教學(xué)的內(nèi)容。利用虛擬實驗教學(xué)平臺，將實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行集成和優(yōu)化，設(shè)計內(nèi)容豐富、可擴(kuò)展性和操作性強，并與實際測繪工作接軌的模塊化的實踐教學(xué)內(nèi)容，如各種測繪工具的使用方法及其文字、圖片、視頻，測量數(shù)據(jù)圓整的方法，尺寸公差與配合性質(zhì)的選用，材料的選擇等知識的融合，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，提高綜合應(yīng)用的能力，將實踐教學(xué)變成一項富有趣味性、交互性操作和實用性的工作，分階段培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力。（3）改革實驗教學(xué)方法和手段。通過虛實結(jié)合的教學(xué)方法和手段，可以利用虛擬實驗教學(xué)平臺，將學(xué)生和教師制造的最新的各種零部件模型應(yīng)用到制圖實踐教學(xué)當(dāng)中，采用課內(nèi)授課與課外實踐相結(jié)合的方式，增加工程制圖教學(xué)的綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新研究性的實踐教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生接觸新CAD軟件，開闊學(xué)生的視野，開發(fā)學(xué)生的智能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。如通過虛擬實驗平臺中的逼真的三維模型360度的旋轉(zhuǎn)、交互性地拆、裝減速器的動畫場景，可激發(fā)學(xué)生對三維造型軟件的學(xué)習(xí)興趣，教師此時可以適時鼓勵更多的學(xué)生參加大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”等創(chuàng)新性項目的課外科技活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)探究能力，鼓勵學(xué)生參加省級、國家級的CAD機械設(shè)計創(chuàng)新大賽等，提高學(xué)生的CAD制圖和三維造型水平，為專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

制圖測繪虛擬實驗室的開發(fā)與發(fā)布

虛擬實驗室的開發(fā)是虛實結(jié)合教學(xué)改革的前提。要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺下虛實結(jié)合的制圖測繪，開發(fā)可以在網(wǎng)絡(luò)上運行的虛擬零部件模型和可實現(xiàn)交互操作的虛擬部件拆裝動畫，是建設(shè)虛擬測繪實驗室的關(guān)鍵內(nèi)容。實驗室建設(shè)開發(fā)工具有VRML（Virtual Reality Modeling Language，虛擬現(xiàn)實建模語言）、三維造型軟件（3Dmax、AutoCAD）等。其中，VRML是一種用于在Internet上構(gòu)筑3D多媒體和共享虛擬世界的基于文本的開放式建模語言。利用VRML技術(shù)制作的三維模型和動畫可以在Internet上傳輸，并在本地機上由VRML瀏覽三維場景。虛擬實驗室的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。開發(fā)的虛擬教學(xué)平臺實驗系統(tǒng)，使之能夠?qū)p速器的拆、裝進(jìn)行進(jìn)行動態(tài)模擬，通過交互性拆裝動畫對裝配過程進(jìn)行動態(tài)模擬，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，以利于學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識，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)生的知識面，有效地支持理論知識的學(xué)習(xí)。

將建設(shè)好的虛擬實驗室放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)，實驗者通過Internet訪問虛擬實驗室就能進(jìn)行遠(yuǎn)程瀏覽和交互操作。如圖2所示為虛擬測繪實驗室的頁面結(jié)構(gòu)。

下頁圖3、圖4所示為實驗室的主頁面及部分場景。下頁圖5所示為學(xué)生通過注冊進(jìn)入實驗室進(jìn)行虛實結(jié)合制圖測繪學(xué)習(xí)的情況。

結(jié)論

第一，從培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐創(chuàng)新能力出發(fā)，提出了虛實結(jié)合的工程制圖實踐教學(xué)改革的思路和方案。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬實驗室可為學(xué)生創(chuàng)造良好的實踐環(huán)境，優(yōu)化實踐教學(xué)的內(nèi)容及過程，能有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高學(xué)生觀察、分析及測繪零件的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)造能力。

第二，通過虛實結(jié)合的測繪，能很好地解決模型數(shù)量不夠的問題，提高教學(xué)資源的使用率。在虛擬拆裝時，學(xué)生感覺像是玩電腦拼裝游戲，對部件中的零件裝配位置和裝配關(guān)系記憶非常牢固。這樣在畫裝配圖時，不會再出現(xiàn)以往漏畫零件或是零件裝配位置畫錯等錯誤。

第三，制圖測繪虛擬實驗室開發(fā)時，應(yīng)盡量做到虛擬模型與實物模型的一致性。虛擬模型與實物模型在結(jié)構(gòu)和比例要保持一致，當(dāng)學(xué)生觀察虛擬模型后再對實物進(jìn)行尺寸測量，不會有陌生的感覺，有助于提高學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳小華，姜安德，周玲.構(gòu)建個性化網(wǎng)絡(luò)虛擬世界——VRML從入門到精通[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002：152.

[2]王子媛，賀愛東.虛擬齒輪減速器交互性拆卸和裝配的設(shè)計[J].現(xiàn)代計算機，2008（12）：170-173.

[3]薛頌菊.“工程制圖”課程實踐教學(xué)改革實踐與思考[J].職業(yè)教育研究，2012（4）：130-131.

[4]王建華，李曉民，楊莉，呂梅.由三維建模入手的工程制圖課教學(xué)改革實踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報，2008（12）：123-124.

（責(zé)任編輯：張維佳）

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摘要：針對傳統(tǒng)制圖測繪教學(xué)中存在的問題以及如何利用現(xiàn)代教育手段和虛擬實驗室等進(jìn)行制圖測繪教學(xué)等問題，提出了“虛擬測繪與實物測繪相結(jié)合”（簡稱“虛實結(jié)合”）的“工程制圖”教學(xué)改革方案，介紹了虛擬制圖測繪實驗室的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：虛實結(jié)合；制圖測繪；虛擬實驗；工程制圖；教學(xué)改革

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-5727（2014）07-0172-03

“工程制圖”是工科院校的機械類和非機械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，制圖測繪是其重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。制圖測繪內(nèi)容包括拆裝部件，對拆卸的零件進(jìn)行觀察和測量，手工繪制零件草圖，將草圖整理成零件工作圖和部件裝配圖等。通過制圖測繪實踐，學(xué)生在圖示能力、讀圖能力、手工繪圖能力、測繪能力和查閱技術(shù)文獻(xiàn)等專業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)等方面可得到一次綜合訓(xùn)練，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生繪制機械圖樣的技能，對提高學(xué)生綜合運用所學(xué)制圖知識解決實際問題的能力也可起到重要作用。

目前，國內(nèi)大多數(shù)高校及職業(yè)院校的制圖測繪教學(xué)主要采用實物教學(xué)法，即教師利用實物講解、演示，再由學(xué)生拆裝實物部件，繪制零件草圖，測量尺寸等，最終畫出零件圖和裝配圖。這種教學(xué)法存在以下問題：（1）測繪的實物零部件數(shù)量少，不能實現(xiàn)人手一個測繪模型，只能分組進(jìn)行測繪，影響了實踐教學(xué)效率和效果。有時因班級多，測繪模型不夠用，需要調(diào)整教學(xué)計劃，影響了教學(xué)進(jìn)度。（2）由于實物模型本身的質(zhì)量參差不齊，如有壁厚不均、鑄造圓角、過渡圓角不清晰等問題，造成學(xué)生觀察零件時，對零件結(jié)構(gòu)把握不準(zhǔn)、有偏差。（3）學(xué)生對測繪過程缺乏引導(dǎo)性，對測繪的先后順序比較模糊，如果碰到某個部件中的零件有丟失，學(xué)生會對整個部件的零件裝配缺乏完整性認(rèn)識，給實際測繪帶來一定的困難。（4）分組測繪的學(xué)生只會關(guān)注其分配到的測繪部分，對其他常見測繪零、部件掌握較少，造成大部分學(xué)生對部件測繪知識的了解及應(yīng)用缺乏全面性。

近年來，計算機多媒體被廣泛應(yīng)用于工程制圖教學(xué)中，出現(xiàn)了一種過分依賴計算機多媒體教學(xué)的現(xiàn)象。有的學(xué)校建設(shè)了虛擬制圖實驗室，就覺得圖板、丁字尺等都要淘汰了，制圖測繪的實物教學(xué)也不能與時俱進(jìn)，從而過分夸大了虛擬實驗室的優(yōu)越性。

筆者在自主開發(fā)的虛擬測繪實驗室的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了制圖測繪教學(xué)改革。制圖測繪采用將實物測繪與虛擬測繪相結(jié)合的方法（簡稱“虛實結(jié)合”），充分利用先進(jìn)的計算機設(shè)備進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)，借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)這一輔助手段，解決傳統(tǒng)實踐教學(xué)中存在的問題，加快學(xué)生對知識的掌握與深化；同時，又保留部分實物實踐環(huán)節(jié)，如手工拆裝零件、測量尺寸、徒手繪制草圖等環(huán)節(jié)。制圖測繪教學(xué)采用虛實結(jié)合的方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)造能力。

虛實結(jié)合的“工程制圖”實踐教學(xué)改革

改革思路（1）以培養(yǎng)實踐能力與創(chuàng)新能力為目標(biāo)，采用虛實結(jié)合的方法，優(yōu)化“工程制圖”實踐教學(xué)內(nèi)容，改革實踐教學(xué)的方法和手段，構(gòu)建實踐教學(xué)新模式。（2）將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于零部件測繪實驗室建設(shè)。創(chuàng)建開放式虛擬測繪教學(xué)平臺，建設(shè)內(nèi)容新穎、形式多樣、知識豐富的零件部件測繪實驗室，改善實踐教學(xué)環(huán)境。（3）在網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗環(huán)境中開啟制圖測繪教學(xué)、實驗預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行制圖測繪實物教學(xué)。為保證教學(xué)質(zhì)量，對虛擬實驗教學(xué)過程進(jìn)行嚴(yán)格管理、監(jiān)控和考核，同時對實物教學(xué)也實行手工繪圖質(zhì)量評價，確保工程制圖實踐教學(xué)達(dá)到預(yù)期效果。

改革方案（1）改革制圖測繪教學(xué)模式。采用虛實結(jié)合的方法進(jìn)行制圖測繪教學(xué)模式。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的開放式虛擬實驗室，為學(xué)生營造一種自主學(xué)習(xí)及多樣化、實用化和個性化的實踐環(huán)境，學(xué)生可以在網(wǎng)上自主選擇實驗內(nèi)容和實驗時間，自主參與、完成開放性的測繪實踐學(xué)習(xí)。在虛擬實驗的基礎(chǔ)上，利用傳統(tǒng)實踐教學(xué)的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)條件和教學(xué)模式等，加強學(xué)生的真實感和動手能力的訓(xùn)練，構(gòu)建以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，以實物教學(xué)為主、以虛擬實驗為輔，以能力培養(yǎng)及個性化教育為目的的實踐教學(xué)模式，突出應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。（2）改革制圖測繪教學(xué)的內(nèi)容。利用虛擬實驗教學(xué)平臺，將實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行集成和優(yōu)化，設(shè)計內(nèi)容豐富、可擴(kuò)展性和操作性強，并與實際測繪工作接軌的模塊化的實踐教學(xué)內(nèi)容，如各種測繪工具的使用方法及其文字、圖片、視頻，測量數(shù)據(jù)圓整的方法，尺寸公差與配合性質(zhì)的選用，材料的選擇等知識的融合，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，提高綜合應(yīng)用的能力，將實踐教學(xué)變成一項富有趣味性、交互性操作和實用性的工作，分階段培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力。（3）改革實驗教學(xué)方法和手段。通過虛實結(jié)合的教學(xué)方法和手段，可以利用虛擬實驗教學(xué)平臺，將學(xué)生和教師制造的最新的各種零部件模型應(yīng)用到制圖實踐教學(xué)當(dāng)中，采用課內(nèi)授課與課外實踐相結(jié)合的方式，增加工程制圖教學(xué)的綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新研究性的實踐教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生接觸新CAD軟件，開闊學(xué)生的視野，開發(fā)學(xué)生的智能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。如通過虛擬實驗平臺中的逼真的三維模型360度的旋轉(zhuǎn)、交互性地拆、裝減速器的動畫場景，可激發(fā)學(xué)生對三維造型軟件的學(xué)習(xí)興趣，教師此時可以適時鼓勵更多的學(xué)生參加大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”等創(chuàng)新性項目的課外科技活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)探究能力，鼓勵學(xué)生參加省級、國家級的CAD機械設(shè)計創(chuàng)新大賽等，提高學(xué)生的CAD制圖和三維造型水平，為專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

制圖測繪虛擬實驗室的開發(fā)與發(fā)布

虛擬實驗室的開發(fā)是虛實結(jié)合教學(xué)改革的前提。要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺下虛實結(jié)合的制圖測繪，開發(fā)可以在網(wǎng)絡(luò)上運行的虛擬零部件模型和可實現(xiàn)交互操作的虛擬部件拆裝動畫，是建設(shè)虛擬測繪實驗室的關(guān)鍵內(nèi)容。實驗室建設(shè)開發(fā)工具有VRML（Virtual Reality Modeling Language，虛擬現(xiàn)實建模語言）、三維造型軟件（3Dmax、AutoCAD）等。其中，VRML是一種用于在Internet上構(gòu)筑3D多媒體和共享虛擬世界的基于文本的開放式建模語言。利用VRML技術(shù)制作的三維模型和動畫可以在Internet上傳輸，并在本地機上由VRML瀏覽三維場景。虛擬實驗室的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。開發(fā)的虛擬教學(xué)平臺實驗系統(tǒng)，使之能夠?qū)p速器的拆、裝進(jìn)行進(jìn)行動態(tài)模擬，通過交互性拆裝動畫對裝配過程進(jìn)行動態(tài)模擬，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，以利于學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識，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)生的知識面，有效地支持理論知識的學(xué)習(xí)。

將建設(shè)好的虛擬實驗室放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)，實驗者通過Internet訪問虛擬實驗室就能進(jìn)行遠(yuǎn)程瀏覽和交互操作。如圖2所示為虛擬測繪實驗室的頁面結(jié)構(gòu)。

下頁圖3、圖4所示為實驗室的主頁面及部分場景。下頁圖5所示為學(xué)生通過注冊進(jìn)入實驗室進(jìn)行虛實結(jié)合制圖測繪學(xué)習(xí)的情況。

結(jié)論

第一，從培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐創(chuàng)新能力出發(fā)，提出了虛實結(jié)合的工程制圖實踐教學(xué)改革的思路和方案。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬實驗室可為學(xué)生創(chuàng)造良好的實踐環(huán)境，優(yōu)化實踐教學(xué)的內(nèi)容及過程，能有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高學(xué)生觀察、分析及測繪零件的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)造能力。

第二，通過虛實結(jié)合的測繪，能很好地解決模型數(shù)量不夠的問題，提高教學(xué)資源的使用率。在虛擬拆裝時，學(xué)生感覺像是玩電腦拼裝游戲，對部件中的零件裝配位置和裝配關(guān)系記憶非常牢固。這樣在畫裝配圖時，不會再出現(xiàn)以往漏畫零件或是零件裝配位置畫錯等錯誤。

第三，制圖測繪虛擬實驗室開發(fā)時，應(yīng)盡量做到虛擬模型與實物模型的一致性。虛擬模型與實物模型在結(jié)構(gòu)和比例要保持一致，當(dāng)學(xué)生觀察虛擬模型后再對實物進(jìn)行尺寸測量，不會有陌生的感覺，有助于提高學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳小華，姜安德，周玲.構(gòu)建個性化網(wǎng)絡(luò)虛擬世界——VRML從入門到精通[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002：152.

[2]王子媛，賀愛東.虛擬齒輪減速器交互性拆卸和裝配的設(shè)計[J].現(xiàn)代計算機，2008（12）：170-173.

[3]薛頌菊.“工程制圖”課程實踐教學(xué)改革實踐與思考[J].職業(yè)教育研究，2012（4）：130-131.

[4]王建華，李曉民，楊莉，呂梅.由三維建模入手的工程制圖課教學(xué)改革實踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報，2008（12）：123-124.

（責(zé)任編輯：張維佳）

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摘要：針對傳統(tǒng)制圖測繪教學(xué)中存在的問題以及如何利用現(xiàn)代教育手段和虛擬實驗室等進(jìn)行制圖測繪教學(xué)等問題，提出了“虛擬測繪與實物測繪相結(jié)合”（簡稱“虛實結(jié)合”）的“工程制圖”教學(xué)改革方案，介紹了虛擬制圖測繪實驗室的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：虛實結(jié)合；制圖測繪；虛擬實驗；工程制圖；教學(xué)改革

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-5727（2014）07-0172-03

“工程制圖”是工科院校的機械類和非機械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，制圖測繪是其重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。制圖測繪內(nèi)容包括拆裝部件，對拆卸的零件進(jìn)行觀察和測量，手工繪制零件草圖，將草圖整理成零件工作圖和部件裝配圖等。通過制圖測繪實踐，學(xué)生在圖示能力、讀圖能力、手工繪圖能力、測繪能力和查閱技術(shù)文獻(xiàn)等專業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)等方面可得到一次綜合訓(xùn)練，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生繪制機械圖樣的技能，對提高學(xué)生綜合運用所學(xué)制圖知識解決實際問題的能力也可起到重要作用。

目前，國內(nèi)大多數(shù)高校及職業(yè)院校的制圖測繪教學(xué)主要采用實物教學(xué)法，即教師利用實物講解、演示，再由學(xué)生拆裝實物部件，繪制零件草圖，測量尺寸等，最終畫出零件圖和裝配圖。這種教學(xué)法存在以下問題：（1）測繪的實物零部件數(shù)量少，不能實現(xiàn)人手一個測繪模型，只能分組進(jìn)行測繪，影響了實踐教學(xué)效率和效果。有時因班級多，測繪模型不夠用，需要調(diào)整教學(xué)計劃，影響了教學(xué)進(jìn)度。（2）由于實物模型本身的質(zhì)量參差不齊，如有壁厚不均、鑄造圓角、過渡圓角不清晰等問題，造成學(xué)生觀察零件時，對零件結(jié)構(gòu)把握不準(zhǔn)、有偏差。（3）學(xué)生對測繪過程缺乏引導(dǎo)性，對測繪的先后順序比較模糊，如果碰到某個部件中的零件有丟失，學(xué)生會對整個部件的零件裝配缺乏完整性認(rèn)識，給實際測繪帶來一定的困難。（4）分組測繪的學(xué)生只會關(guān)注其分配到的測繪部分，對其他常見測繪零、部件掌握較少，造成大部分學(xué)生對部件測繪知識的了解及應(yīng)用缺乏全面性。

近年來，計算機多媒體被廣泛應(yīng)用于工程制圖教學(xué)中，出現(xiàn)了一種過分依賴計算機多媒體教學(xué)的現(xiàn)象。有的學(xué)校建設(shè)了虛擬制圖實驗室，就覺得圖板、丁字尺等都要淘汰了，制圖測繪的實物教學(xué)也不能與時俱進(jìn)，從而過分夸大了虛擬實驗室的優(yōu)越性。

筆者在自主開發(fā)的虛擬測繪實驗室的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了制圖測繪教學(xué)改革。制圖測繪采用將實物測繪與虛擬測繪相結(jié)合的方法（簡稱“虛實結(jié)合”），充分利用先進(jìn)的計算機設(shè)備進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)，借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)這一輔助手段，解決傳統(tǒng)實踐教學(xué)中存在的問題，加快學(xué)生對知識的掌握與深化；同時，又保留部分實物實踐環(huán)節(jié)，如手工拆裝零件、測量尺寸、徒手繪制草圖等環(huán)節(jié)。制圖測繪教學(xué)采用虛實結(jié)合的方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)造能力。

虛實結(jié)合的“工程制圖”實踐教學(xué)改革

改革思路（1）以培養(yǎng)實踐能力與創(chuàng)新能力為目標(biāo)，采用虛實結(jié)合的方法，優(yōu)化“工程制圖”實踐教學(xué)內(nèi)容，改革實踐教學(xué)的方法和手段，構(gòu)建實踐教學(xué)新模式。（2）將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于零部件測繪實驗室建設(shè)。創(chuàng)建開放式虛擬測繪教學(xué)平臺，建設(shè)內(nèi)容新穎、形式多樣、知識豐富的零件部件測繪實驗室，改善實踐教學(xué)環(huán)境。（3）在網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗環(huán)境中開啟制圖測繪教學(xué)、實驗預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行制圖測繪實物教學(xué)。為保證教學(xué)質(zhì)量，對虛擬實驗教學(xué)過程進(jìn)行嚴(yán)格管理、監(jiān)控和考核，同時對實物教學(xué)也實行手工繪圖質(zhì)量評價，確保工程制圖實踐教學(xué)達(dá)到預(yù)期效果。

改革方案（1）改革制圖測繪教學(xué)模式。采用虛實結(jié)合的方法進(jìn)行制圖測繪教學(xué)模式。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的開放式虛擬實驗室，為學(xué)生營造一種自主學(xué)習(xí)及多樣化、實用化和個性化的實踐環(huán)境，學(xué)生可以在網(wǎng)上自主選擇實驗內(nèi)容和實驗時間，自主參與、完成開放性的測繪實踐學(xué)習(xí)。在虛擬實驗的基礎(chǔ)上，利用傳統(tǒng)實踐教學(xué)的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)條件和教學(xué)模式等，加強學(xué)生的真實感和動手能力的訓(xùn)練，構(gòu)建以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，以實物教學(xué)為主、以虛擬實驗為輔，以能力培養(yǎng)及個性化教育為目的的實踐教學(xué)模式，突出應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。（2）改革制圖測繪教學(xué)的內(nèi)容。利用虛擬實驗教學(xué)平臺，將實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行集成和優(yōu)化，設(shè)計內(nèi)容豐富、可擴(kuò)展性和操作性強，并與實際測繪工作接軌的模塊化的實踐教學(xué)內(nèi)容，如各種測繪工具的使用方法及其文字、圖片、視頻，測量數(shù)據(jù)圓整的方法，尺寸公差與配合性質(zhì)的選用，材料的選擇等知識的融合，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，提高綜合應(yīng)用的能力，將實踐教學(xué)變成一項富有趣味性、交互性操作和實用性的工作，分階段培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力。（3）改革實驗教學(xué)方法和手段。通過虛實結(jié)合的教學(xué)方法和手段，可以利用虛擬實驗教學(xué)平臺，將學(xué)生和教師制造的最新的各種零部件模型應(yīng)用到制圖實踐教學(xué)當(dāng)中，采用課內(nèi)授課與課外實踐相結(jié)合的方式，增加工程制圖教學(xué)的綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新研究性的實踐教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生接觸新CAD軟件，開闊學(xué)生的視野，開發(fā)學(xué)生的智能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。如通過虛擬實驗平臺中的逼真的三維模型360度的旋轉(zhuǎn)、交互性地拆、裝減速器的動畫場景，可激發(fā)學(xué)生對三維造型軟件的學(xué)習(xí)興趣，教師此時可以適時鼓勵更多的學(xué)生參加大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”等創(chuàng)新性項目的課外科技活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)探究能力，鼓勵學(xué)生參加省級、國家級的CAD機械設(shè)計創(chuàng)新大賽等，提高學(xué)生的CAD制圖和三維造型水平，為專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

制圖測繪虛擬實驗室的開發(fā)與發(fā)布

虛擬實驗室的開發(fā)是虛實結(jié)合教學(xué)改革的前提。要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺下虛實結(jié)合的制圖測繪，開發(fā)可以在網(wǎng)絡(luò)上運行的虛擬零部件模型和可實現(xiàn)交互操作的虛擬部件拆裝動畫，是建設(shè)虛擬測繪實驗室的關(guān)鍵內(nèi)容。實驗室建設(shè)開發(fā)工具有VRML（Virtual Reality Modeling Language，虛擬現(xiàn)實建模語言）、三維造型軟件（3Dmax、AutoCAD）等。其中，VRML是一種用于在Internet上構(gòu)筑3D多媒體和共享虛擬世界的基于文本的開放式建模語言。利用VRML技術(shù)制作的三維模型和動畫可以在Internet上傳輸，并在本地機上由VRML瀏覽三維場景。虛擬實驗室的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。開發(fā)的虛擬教學(xué)平臺實驗系統(tǒng)，使之能夠?qū)p速器的拆、裝進(jìn)行進(jìn)行動態(tài)模擬，通過交互性拆裝動畫對裝配過程進(jìn)行動態(tài)模擬，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，以利于學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識，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)生的知識面，有效地支持理論知識的學(xué)習(xí)。

將建設(shè)好的虛擬實驗室放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)，實驗者通過Internet訪問虛擬實驗室就能進(jìn)行遠(yuǎn)程瀏覽和交互操作。如圖2所示為虛擬測繪實驗室的頁面結(jié)構(gòu)。

下頁圖3、圖4所示為實驗室的主頁面及部分場景。下頁圖5所示為學(xué)生通過注冊進(jìn)入實驗室進(jìn)行虛實結(jié)合制圖測繪學(xué)習(xí)的情況。

結(jié)論

第一，從培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐創(chuàng)新能力出發(fā)，提出了虛實結(jié)合的工程制圖實踐教學(xué)改革的思路和方案。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬實驗室可為學(xué)生創(chuàng)造良好的實踐環(huán)境，優(yōu)化實踐教學(xué)的內(nèi)容及過程，能有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高學(xué)生觀察、分析及測繪零件的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)造能力。

第二，通過虛實結(jié)合的測繪，能很好地解決模型數(shù)量不夠的問題，提高教學(xué)資源的使用率。在虛擬拆裝時，學(xué)生感覺像是玩電腦拼裝游戲，對部件中的零件裝配位置和裝配關(guān)系記憶非常牢固。這樣在畫裝配圖時，不會再出現(xiàn)以往漏畫零件或是零件裝配位置畫錯等錯誤。

第三，制圖測繪虛擬實驗室開發(fā)時，應(yīng)盡量做到虛擬模型與實物模型的一致性。虛擬模型與實物模型在結(jié)構(gòu)和比例要保持一致，當(dāng)學(xué)生觀察虛擬模型后再對實物進(jìn)行尺寸測量，不會有陌生的感覺，有助于提高學(xué)習(xí)效果。

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（責(zé)任編輯：張維佳）

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