SolidWorks設計軟件在專業教學過程中的應用和探索*
——以《機械制圖》課程為例

肖 舫，丁海波（蘇州工業園區職業技術學院 機電工程系，江蘇蘇州215021）

SolidWorks設計軟件在專業教學過程中的應用和探索*
——以《機械制圖》課程為例

肖 舫，丁海波
（蘇州工業園區職業技術學院 機電工程系，江蘇蘇州215021）

SolidWorks設計軟件應用于《機械制圖》課程教學可以很好地解決教學模型數量少、不便攜帶等問題，同時還可以促成這門課程教學方法的改進。通過該軟件的教學應用，教師在授課中可以充分兼顧學生學習上的個性不同，調動學生的學習積極性和創新興趣。初步的教學實踐證明，SolidWorks設計軟件應用于《機械制圖》課程教學是可行的、效果是良好的，而且在其它專業課程教學中還有進一步借鑒和拓展的空間。

SolidWorks設計軟件；《機械制圖》課程；教學模型

高職院校為適應企業對技術人員素質的需求，在教學過程中十分強調理論和實際一體化的教學模式。而高職學生的特點，需要在教學過程中更強調教學內容的直觀性和實踐性，但實際上教學投入、教學課時限制、教學內容單一和陳舊等問題的解決與突破一直是專業教學改革的重點。

SolidWorks設計軟件是一款功能強大、易學易用，主要應用于機械工程的優秀設計工具軟件。它的應用主體是企業。將SolidWorks設計軟件應用于教學，進行進一步開發和實踐就是我們在專業教學改革上的新思路之一。

一、《機械制圖》課程教學過程中遇到的問題及解決問題的初步嘗試

《機械制圖》雖然是一門“古老”傳統課程，這門課程對于機械工程領域而言是重要的基礎課程。然而想要真正教好這門課，確實是件不容易的事，學生要學好這門課必須進行大量的觀察、思考和練習。《機械制圖》課程教學地點通常是普通教室，在教學過程中突出的問題是教學模型數量太少，模型體積太大攜帶不便，示教視角很難兼顧到所有的學生，而且學生學習的過程很被動。

為達到更好的教與學目標，教學改革是首當其沖的事。2008年筆者教授《機械制圖》課，課程中的難點和重點是培養和訓練學生大腦對于實體二維與三維的思維轉換以及正確的表達，所以每個學生非常有必要對模型進行大量的、反復的、仔細的、長時間的并且具有個性化的觀察、分析和討論。

基于以上情況，我們把SolidWorks設計軟件應用于《機械制圖》教學，從教學效果和學生的評價來看，雖然授課地點是配有投影儀的普通教室，學生在學習過程中缺少了一些主動性，但是這個初步的探索是成功的，這一條路是值得走下去的。

2011年筆者開設《基于SolidWorks機械結構設計》課程，有機會同時教授《基于SolidWorks機械結構設計》和《機械制圖》兩門課程，而且授課地點都是多媒體教室。這為進一步在專業基礎課教學中應用SolidWorks軟件工具的改革和實踐創造了極為有利的條件，并且取得了非常好的教學效果，同時也獲得了十分珍貴的教學實踐經驗。

二、對教學中遇到的問題和解決方法進一步分析和討論

1.對于實體進行二維、三維的思維轉換及正確的表達訓練

通過對實體模型的空間想象以及不同角度觀察的結果，用機械制圖規定的方式進行二維的圖形表達，這叫做三維轉換二維的思維訓練。利用機械制圖規定的方式對空間實體的二維圖形表達進行想象，在大腦里形成該實體的空間形狀，這叫做二維轉換三維的思維訓練。前者主要對應于機械工程設計的基礎，因為工程師在設計某一個零件時首先應該想象出它的空間結構并且在設計圖上正確地表達出來。后者是消化技術資料和學習研究的基礎，因為工程師要看懂一個零件設計圖首先要根據以二維方式表達的設計圖想象出零件的空間結構。在《機械制圖》教學中對學生進行三維和二維概念轉換的訓練應該在正反兩個方面同時進行，相互促進循序漸進。三維和二維概念在大腦中的互為轉換就像是一門“功夫”，必須要經過大量艱苦的訓練才能熟練掌握。由于這種訓練既有三維的直觀性，又有二維的抽象性和關聯性，所以上好這門課必須依賴于實體模型庫來配合教學。

2.示教模型應用中存在的問題

示教模型與真正零件之間的關系應該是一個由簡單到復雜、由理想到實際逐漸過渡的過程，這個過程在學習中是漫長的、艱難的。這個“逐漸過渡的過程”通常需要數百個模型才能滿足，然而在通常的教學過程中這是辦不到的。

一般在教學中使用的是數十件一套的木質或塑料模型，這種傳統的教學方法雖然“看得見、摸得著”立體感強，但是數十件模型擺在教室里已經是一大堆了，何況數百件呢？同一種模型學生每人一件去觀察、研究又如何能辦到呢？所以傳統的教學方法存在的問題是：由于模型體積與數量的矛盾，使示教模型在教學過程中的使用數量與實際需要相去甚遠，而且存在課堂上眾學生盯著一個模型看或者大家傳看模型的情況，導致學習效率低且無法兼顧學生接受能力的差異。

另外，現在市面上出售的成套教學模型都集中于簡單的基本空間體，也就是說在教學的初期還有模型可用，以后就難免會出現空洞化的問題，從而導致學生學習《機械制圖》課程時出現難學、學得慢、似懂非懂、專業基礎不牢固的問題。由此可見，傳統教具制約了教學方法的改革，教具的問題成為了瓶頸。鑒于《機械制圖》這門課程的重要性以及教學任務重、時間緊的情況，如何通過創新來解決模型的問題，已經變成了當務之急。

3.教學中解決共性問題和解決個性問題的辯證統一

解決共性問題始終是教學改革的重點，但是在一定程度上共性和個性則相互矛盾。如果要進一步提高教學效果和教學效率，就必須在這一對矛盾的調和及解決上有所突破，就需要進一步強化教學過程中對于學生個性差異的兼顧；強化學生在學習過程中的主動性、創新性和成就感；強化學生學習方法和知識的拓展。由于單一使用實物模型傳統教學手段的長期存在，從而使上述問題的解決難以實現突破。

4.SolidWorks設計軟件在教學中應用的可行性

SolidWorks設計軟件以及多媒體教室在 《機械制圖》教學過程中的有效應用，提供了一個解決問題的基本思路和條件。這個思路就是以SolidWorks設計軟件來解決模型的問題，以多媒體教室解決個性化教學作為切入點，并由此派生出在《機械制圖》課程教學方法上的改革。基于SolidWorks設計軟件具有自由建模而且立體效果極強、自由旋轉觀察、多視向定向觀察、實體顯示樣式的多樣化、實體任意剖切、實體三視圖自動生成、虛擬裝配和動畫生成、虛擬運行等功能，使之在專業教學過程中進行二次開發應用成為可能。

教學中利用多媒體教學環境可以大大減少對實物教具的依賴，并且能夠大大增加教學過程的靈活性、多樣性和個性化，可以極大地、動態地豐富示教模型庫。同時每個學生都可以發揮自己的想象力和創造力，根據自己的需要和興趣自由地設計自己的模型，并以此消除學生對《機械制圖》課程的畏懼感，增加學習興趣和成就感。因此，SolidWorks設計軟件所具有的虛擬化、柔性化、個性化以及功能多樣化的特點，使其不但在企業中應用于機械工程的設計和技術分析，而且在教學中也可以應用于專業課程的教學，甚至是針對工業案例進行技術分析和創新訓練，并以此貫穿于學生的學習和就業，使之成為學生職業生涯可持續發展的有力助手。

三、SolidWorks設計軟件應用于《機械制圖》課程的教學實踐

教師利用教師機的模型庫按照教學計劃進行統一講解，學生各自調出模型進一步自由觀察理解，學生提出問題教師解答，學生做課堂練習并用SolidWorks設計軟件進行輔助，鼓勵學生發揮自己的創造力和想象力，建立自己的模型庫進一步分析研究和交流學習。

以下為SolidWorks設計軟件在《機械制圖》課程教學中的應用案例：

（1）投影的概念：學生建立零件實體模型，在不同的視向進行觀察和分析，形成概念發現規律。教師建立典型實體模型庫，用于講解、觀察分析、習題以及橫向拓展。通常需要建立200-300個不同復雜程度的實體模型，并鼓勵學生也建立自己的實體模型庫以便于學習和興趣培養，如圖1所示。

（2）軸測圖與三視圖的關系以及三視圖之間的關系：利用軟件可以自動生成實體三視圖以及自動通過變色顯示實體點、線、面對應關系等功能，可以十分直觀和動態地講解和學習，如圖2所示。

圖1　實體模型

圖2　軸測圖與三視圖

（3）相貫線與截交線：利用軟件可以自動生成實體相貫線、截交線的功能，在教學過程中教師可以非常方便地展示任意條件下相貫線、截交線的形式和特點。可以鼓勵學生自己動手建模來觀察、學習和拓展，如圖3所示。

圖3　相貫線、截交線與截面視圖

圖4　零件圖

（4）組合體的形體分析：對于組合體的建模過程從根本上來說也是對組合體的分析過程，更是一個實踐的過程。教師通過組合體建模過程進行同步講解。

（5）零件圖的表達方法：利用軟件截面視圖功能，可以對實體進行任意、動態的剖切和展示，過程生動而直觀，如圖3所示。

（6）零件圖的工業案例技術分析：嚴格按設計圖建立零件模型庫，并且加上接近真實的顏色、紋理和光澤，力求逼真。這樣就可以解決實物零件數量少、種類單一、笨重不便攜帶和展示的問題，如圖4所示。

（7）零件圖的讀圖訓練：讓學生自己動手，根據零件圖建模的過程也是其看懂設計圖所表達零件結構和尺寸的過程，如圖4所示。

圖5　虛擬裝配

（8）裝配圖的讀圖訓練：讓學生自己動手，根據裝配圖進行虛擬裝配的過程，也是其看懂裝配圖所表達零件裝配關系的過程，如圖5所示。

四、SolidWorks設計軟件在本專業其它課程教學中的應用展望

通過對SolidWorks設計軟件有關實體建模及其多種直觀展示、受力分析、虛擬裝配、虛擬運轉、設計圖自動生成等強大功能的進一步發掘和應用，SolidWorks設計軟件完全可以擴展應用于其它專業課程的教學中，如圖6所示。

圖6　SolidWorks設計軟件在其它課程中的應用

五、總結

通過SolidWorks設計軟件在專業教學上的應用，不但可以以全新的方式解決模型的問題，同時也帶來了教學方法上的變革。在專業教學過程中更有利于教師對知識的講解，更有利于學生對知識的學習和創新意識的培養。然而要讓SolidWorks設計軟件在專業教學上能夠充分發揮作用，還離不開任課教師的辛勤耕耘，離不開大量的準備工作和積累工作。

［1］上海三澤信息技術有限公司.SolidWorks實戰教程［M］.北京：機械工業出版社，2014：83-115.

［2］立雅科技.SolidWorks2004入門與實例講解［M］.北京：中國鐵道出版社，2004：76-92.

［3］劉小年.機械制圖［M］.北京：機械工業出版社，2014：52-70.

［4］肖廣波.淺談機械制圖教學中存在的問題及對策［J］.新課程研究，2009，138（1）：144-145.

（編輯：李曉萍）

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1673-8454（2016）18-0041-03

江蘇高校品牌專業建設工程資助項目（編號：PPZY2015A088）。