項目教學法在“機械制圖”與CAXA融合教學中的探索研究

□王文娟

項目教學法在“機械制圖”與CAXA融合教學中的探索研究

□王文娟

在教學中，傳統教學法制約著老師與學生的發展，而采用項目教學法既能讓學生真正地學到知識與技能，又能開拓學生的視野，鍛煉學生的操作能力、交際能力、協作能力等，以適應社會需求。CAXA實體設計軟件，是具有國際先進水平的CAD輔助設計軟件，它可以幫助設計人員在三維空間進行構思、布局和創意。在“機械制圖”的課堂教學中，運用三維實體設計軟件結合多媒體技術進行教學，可以提高教學質量，增大課堂信息交流量，激發學生的學習興趣，有助于培養學生的空間想象力和創新能力。

項目教學；機械制圖；CAXA實體設計教學

項目教學法是由美國著名兒童教育家、伊利諾宜大學教授凱茲博士和加拿大兒童教育家、阿爾伯特大學教授查德博士共同推創的一種以學生為本的活動教學法，是基于項目活動的研究性學習，即以解決一個比較復雜的操作問題為主要目的教學法，一般包括社會性活動的設計和科技類項目的設計兩種類型。與只是解決某一問題為主要目的課題研究相比，項目活動設計更偏重于操作和實踐活動。項目教學法的前提是“項目”。美國項目管理專家約翰·賓認為：“項目是要在一定時間里，在預算規定范圍內需達到預定質量水平的一項一次性任務。”項目具有確定的目標，有明確的開始時間和結束時間，要完成的是以前從未做過的工作。項目教學法就是組織學生真實地參加項目設計、履行和管理的全過程，在項目實施過程完成教學任務。

在項目教學中，學習過程成為一個人人參與的創造實踐活動，注重的不是最終的結果，而是完成項目的過程。學生在項目實踐過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗創新的艱辛與樂趣，培養分析問題和解決問題的思維模式和方法。因此，學生作為項目的直接參與者，他們會因為興趣愛好或是心理因素而積極地投入進來，從最初的調查到探討，期間的設計開發，直至最終形成成果，學生都作為第一責任人；在整個過程中，根據社會實際需要為藍本，旨在鍛煉學生對知識的認知能力、轉化能力，對社會的適應能力、交際能力。通過參與，學生學到的知識與技能才能更好地與社會需求相結合。學生學會自學，這是教育過程中最重要的環節之一，項目教學法就是以此為契機，讓學生學會將知識與技能轉換為直接生產力或是符合社會需求的思維模式。采用項目教學法，能讓學生自始至終都處于一個主導地位，他們需要盡早地為自己的思維方式與做法負責。同時，通過組織不同專業領域的學生參加項目教學小組，訓練學生在實際工作中與不同專業、不同部門的同事協調、合作的能力。項目活動教學法的目的在于開發學生智力，尊重個體差異，培養學生動手能力、生存能力以及學習能力。

“機械制圖”是工科專業必修的一門實踐性較強的專業基礎課，主要目標是培養學生掌握機械制圖的基礎知識、基礎投影理論和有關國家標準，并具有一定的繪圖和讀圖能力，對空間想象能力要求很高，這也是學習該課程的最大障礙。目前為了保證其他專業課程的實踐訓練學時，將專業基礎課程的教學時數進行了大量的壓縮，在有限的學時內，如何合理、有效的優化課堂教學內容，培養學生繪圖和讀圖的綜合能力，以便于后續專業課程的學習，這就需要在制圖的教學方式上進行改進和創新。如果按照傳統的教學模式，教師必須使用大量的實物模型和掛圖來輔助教學，以培養學生的空間想象能力，在學時較少的情況下顯然是很難實現的。CAXA實體設計軟件，能通過三維造型功能，進行三維實體模型的模擬，并可進行渲染，隨意拖放。形象逼真，色彩豐富，靈活多變，簡單有趣。一方面提高了教與學的效率，另一方面使學生在學習該門課程的同時，也對CAXA設計軟件有了初步的認識，為今后學習該門課程奠定了良好的基礎。

一、在教學過程中應用CAXA實體設計技術

1.CAXA實體設計在課堂教學中可進行模型演示

根據教學的不同情況，采用方便的尺寸驅動功能，隨時選取其高級圖素中的形體進行切割與疊加、截交與相貫，剖視圖、剖面圖、零件圖等模型加以更新，還能使用零件實體進行模擬裝配，它的設計功能、爆炸視圖功能和運動仿真功能，使學生容易接受和掌握。例如，在組合體的教學中，基本體的組合方式、表面連接關系是教學的重點和難點，也是讀圖和作圖的基礎。在講這一部分時，書中介紹的方法是線面分析法和形體分析法。學生繪圖的正確性取決于其頭腦中對所給形體的理解程度，簡單的形體較容易很快反映出來，但對于復雜的形體，使用切火腿腸、捏橡皮泥的方法也很難制作出來，沒有實體的對照，理解起來很困難。利用CAXA實體設計軟件中的拉伸、旋轉、除料、倒角、抽殼等三維實體造型功能，課堂上便可方便、快捷地創建任何復雜形狀的三維實體。這些形體可以清晰表達出組合體的組合形式，各部分的實際形狀和連接關系，而且可以利用它的旋轉功能讓學生看清楚形體前后、左右、上下各個方位的連接關系，有了直觀的形體，學生可以輕松的畫出三視圖或補齊視圖中所缺的圖線，提高了課堂教學效率。

2.建立CAXA機械制圖三維實體模型庫

首先，必須以幾種不同版本的《機械制圖》教材為基礎建立CAXA機械制圖三維實體模型庫。該實體模型庫應包含基本體、組合體、各種典型零件、裝配件、常用標準件等制圖教材和所學專業中聯系緊密的各種實體模型。這些數字模型應按制圖教學思路制作。在基本體的基礎上用切割或疊加方法生成組合體、零件、組件或裝配件。為了方便學生理解，按工作原理設計零件或整體裝配件的動作，利用CAXA的動畫功能，動態展示組件或整體裝配件的工作原理、裝配過程。其次，在CAXA實體設計軟件中，三維圖形與二維圖形是關聯的。三維模型庫創建好后，利用CAXA實體設計提供的從三維設計自動生成工程圖布局圖的功能，將與之對應的二維圖形庫也同時建立。三維設計環境修改后，軟件會立即詢問二維圖紙是否需更新，確認后，原有的二維圖形立即按三維設計環境的修改進行更新。同時，在二維繪圖環境中，可以進行各種標注、生成明細表。二維布局圖可以由一張圖紙，也可由多張圖紙構成，可以包含一個視圖，也可以包含多個視圖。在CAXA三維實體模型庫中，利用CAXA實體設計可輸出零件、圖紙、圖像、動畫四種格式的文件，可將各模型轉到使用者熟悉的其他CAD/CAM應用程序使用，也可作為制作CAI課件的素材。這為后期零件圖和裝配圖的教學提供了很大的方便。

二、CAXA實體設計技術在教學中具有的優勢

1.CAXA實體設計技術讓模型更具象化

對于復雜的零件，尤其是裝配體，實物模型很難展示其內部結構，而利用CAXA實體設計建立的三維模型，則可以根據需要靈活地進行剖切或者生成爆炸圖，還可以進行運動仿真，直觀地展示裝配體中各零件之間的聯接和裝配關系，方便學生進行觀察與分析，進一步了解裝配體的工作原理，再加上裝配體的動畫效果，使教學內容清晰、生動，大大地縮短了學生感知、認知的過程，教學應用效果顯著。

如在裝配圖識讀時，要求學生通過裝配圖二維工程圖紙的閱讀，了解裝配體的名稱、用途、結構及工作原理；弄清零件之間的連接關系及裝配關系；弄懂各零件的結構形狀和作用，想象出裝配體各零件的動作過程。其中，后兩點是裝配圖識讀中的重點，需要學生認真分析視圖，同時需要學生充分發揮其空間思維和想象能力。在學生積極參與思考的基礎上，結合三維CAXA實體技術的減速器裝配體模型，如減速器爆炸視圖，利用多種方式，從不同的視角，通過CAXA實體模型將要講解的零件或者裝配圖形象、直觀地展現在學生的面前，讓學生能夠自己檢驗前面的分析，從而進一步明確該裝配體各零件之間的連接、裝配關系。

2.CAXA實體設計技術讓模型更便于修改、新建

CAXA實體設計技術讓模型更便于修改、新建，利用CAXA實體設計軟件，可以根據教學內容的需要，方便地進行修改和新建各類三維模型，降低了由于實物形式或數量的限制，而導致教學受限的影響。

3.CAXA實體設計技術讓模型利于攜帶

利用CAXA實體設計軟件建立的三維模型，可以存儲在各種存儲介質上，便于攜帶，避免了傳統實物模型因重量或體積等原因而造成的攜帶不便。同時由于其可復制性，便于教師之間的互相交流，最大限度的實現資源共享。不受實物模型種類和數量的限制，既降低了教學成本。

三、CAXA實體設計技術對學生學習的促進

CAXA又最大限度地發揮了多媒體教學設備為教學服務的功能。實體設計應用在教學中的意義“機械制圖”實質上是研究用二維平面的“圖”來表達三維空間的一門課程。教學的困難主要在于如何激發學生的學習興趣、培養一定的空間想象、思維創新能力。在常用的教學手段的基礎上引入CAXA三維實體設計是解決教學困難的一種重要手段，對學生學習有很大的促進作用。

1.引入CAXA實體設計，有助于培養學生的空間想象能力

“機械制圖”作為專業基礎課，一般都在高職院校一年級開設，高職學生雖具備一定的立體幾何知識，但其空間想象能力仍然較弱。大部分學生在投影理論的學習中感到比較費勁，往往想象不出形體的形狀。針對學生的特點，在講三視圖的形成、基本體的投影以及基本體的截切時，讓學生先看模型，根據模型想投影，再引入CAXA實體設計，課堂繪制三維實體模型，能使學生從不同角度觀察形體，然后進行分析講解，與視圖反復對照，不斷拓展思路，從而提高讀圖和識圖的綜合能力。對于一些學生難于理解的內容，比如相貫線，授課中可以借助軟件通過驅動手柄和三維球形體的位置直接進行演示。

2.引入CAXA實體設計，有助于激發學生學習的興趣

擴充課堂容量采用模型和掛圖等手段進行教學，在觀察主要特征及各種形體之間聯系時，對同一內容會重復演示，教學效果不明顯。而將多媒體課件和CAXA實體設計教學這一輔助手段適時地穿插于教學之中，更有利于激發學生的好奇心、求知欲。例如，在相貫線教學中，以往大部分學生對相貫線的形成及相貫線的形狀都難以理解，以致在畫相貫線時經常出錯。在教學設計中，利用實體設計制作了兩個圓柱體正交的演示，學生可以直觀地看出兩正交圓柱體相貫線的形成過程。同時，根據兩正交等直徑圓柱體和兩正交不等直徑圓柱體的比較，學生就可以明顯地看出兩種情況下相貫線的不同形狀。在此基礎上，結合模型進行分析講解。電腦中演示隨著尺寸的縮放不僅能突出表現相貫線的特征，而且把關鍵轉變點充分突現出來，提高了教學效率。

3.引入CAXA實體設計，可為學生對該軟件的后續學習打下基礎

在制圖課中引入CAXA實體設計進行教學，在激發學生對制圖課程的學習興趣外，對于后續的CAXA實體設計課程的學習也產生了一定的好奇心，激發了學生想要學習和掌握這門軟件的欲望，激發學生的學習熱情。對于機械、機電類專業的學生，該軟件的應用有一舉兩得的教學效果。三維實體設計技術引入到傳統的制圖教學中不僅是教學手段現代化的體現，而且給較為傳統的制圖課教學注入了新的內涵，加大了課程的信息量，激發了學生的求知欲，對學生空間思維的培養有極大的促進作用，實現了現代職業教育對于機械制圖課程的培養目標，具有非常重要的意義。

[1]郝春玲.項目教學法在CAXA教學中的應用[J].課程教育研究:新教師教學,2013,(17).

[2]宋曄.項目教學法在機械制圖教學中的應用研究[J].科技資訊, 2013,(28):179.

[3]文靜.機械制圖教學中應用CAXA實體設計的探索與實踐[J].科技信息,2012,(34).

（編輯：郝 嬋）

G712

A

1671-0568（2016）20-0092-03

王文娟，平涼理工中等專業學校教師。研究方向：機加工制造類教學。