基于SolidWorks的機械制圖體驗式教學改革設計與實踐

周蕊+洪振宇+金玉陽

【摘 要】針對機械制圖課程教學中遇到的問題，文章提出研究性教學改革設計方案，使學生在學習操作SolidWorks軟件的同時，逐漸培養空間想象力，形成由三維實體到二維平面圖相互轉換的思維能力，同時結合CAI課件舉例說明各重點章節的教學方法，以實現學生從以教促學方式向自主學習方式的轉變，發展學生的自我探究意識與構思創想能力。

【關鍵詞】體驗式教學 機械制圖 SolidWorks

一、引言

機械制圖是一門著重培養學生空間思維能力和構思創想能力的課程，同時也是一門實踐性非常強的重要專業基礎課程。學習這門課程對學生的空間認知能力、想象力、繪圖能力都有較高的要求[1-2]。但在實際教學中發現，很多學生形成三維空間想象力很困難，即使采用現代教學演示方法，如多媒體教學等，效果也并不顯著。

故筆者認為，基于虛擬教學平臺在三維虛擬學習環境中進行體驗式教學應該是一種不錯的嘗試，將講授控制在必要的范圍之內，利用有限的教學時間讓學生由被動學習變為主動學習。

二、基于SolidWorks虛擬三維環境的體驗式教學

機械制圖課程經歷改革之后，幾乎都以CAI課件進行講授，較之前看掛圖、黑板手繪講解的時代，課堂效率更高，也更易被學生接受。但由于課時大幅壓縮，學生在課堂上看得多動手少，學習效果并不理想，這一現象可由經驗之塔[3]理論做了很好的詮釋。單純完成講授，往往是基于完成教學任務、方便教師教的角度設計的，而不是從學生的學習需求和學習可能性出發。尤其是對大學生，要更多地鼓勵他們以主動的方式去學習，將培養學生探究的態度、意識及能力當作教學的重要任務[4]。

下面舉例說明如何利用上機課營造的CAD虛擬學習環境，同時結合CAI課件完成體驗式制圖課堂教學。

（一）平面與立體相交

關于截切，很多初學者認為很難想象出物體截切后的樣子，畫出其三面投影更是無從下手。若在課堂上利用SolidWorks演示物體截切過程，且采用多視圖展開顯示（如圖1所示），可啟發學生的空間想象力。學生由三維模型入手，親自體會模型中點、線、面在三視圖中對應的位置關系，更容易理解吸收。

（二）立體與立體相交

相貫的難點在于，隨著兩個相交立體尺寸的變化，相貫線的形態、位置呈規律性變化。若用SolidWorks構建兩個相交立體，利用模型樹展開特征編輯尺寸，可隨時改變其中一個立體，使學生方便觀察相貫線的變化過程（如圖2所示），發展學生的形象思維，便于其總結歸納出相貫線的變化規律，同時再結合CAI課件講授如何利用表面取點法和輔助平面法來進行相貫線的求解。

（三）組合體

組合體的繪制需要學生具有一定的空間想象力，通過已知兩個視圖的投影構思出立體模型，然后進行未知視圖的投影；若用SolidWorks進行模型的構建，可利用特征樹當中的回溯棒來模擬學生的構思過程（如圖3所示），幫助學生進行立體思維訓練，提升形象思維能力和空間創新能力，逐步掌握形體分析法和線面分析法的求解過程。

（四）剖視圖

剖視圖需要表達立體內部的結構形狀，更是需要學生具有很好的空間分析能力。學生總是搞不清楚哪里需要剖切，哪里應該畫剖面線。利用SolidWorks的拉伸切除功能不僅能幫助學生構思建模，還可沿假想平面切開，使學生真實觀察到不同剖切位置得到的內部結構形狀（如圖4所示），從而加深學生對剖視圖畫法的理解和認識。

（五）零件圖和裝配圖

由于缺乏工程實踐經驗，學生對零件圖和裝配圖的認讀不夠深入。若在CAI課件講解的基礎上結合SolidWorks建模、裝配以及工程圖的相關功能，可以很好地將零件圖和裝配圖的有關知識串聯在一起，加深學生的理解，提高學生的識圖讀圖能力。

以裝配體齒輪減速器為例（如圖5所示），通過拉伸切除功能即可讓學生在上機時自行完成零件軸、端蓋以及齒輪的構建，其他零件由于課時有限，由教師輔助完成。學生通過親自建模，可加深對零件上的工藝結構的理解。然后通過裝配功能，讓學生自己觀察各零件之間的聯接關系、傳動路徑以其在裝配體中的作用。待完成裝配關系之后，可利用工程圖模塊，將零件或裝配體進行自動投影，選擇適合的剖切方法完成視圖表達（如圖6所示），進一步加深學生對裝配體內部結構及裝配關系的認識。

三、結論

本文提出的基于SolidWorks的體驗式教學改革設計， 可以在很大程度上實現以教促學方式向自主學習方式的轉化，將計算機繪圖與機械制圖課程相結合，在采用CAI課件講授的同時讓學生逐步掌握軟件建模的基本功能，使學生可以主動探究，獨立學習。

通過部分上機課程實踐，學生反饋出了很好的吸收效果。此種教學模式強調了學生通過自身體驗來獲得知識，教師為促進學生探究而講授，將講授控制在必要的范圍之內，留出指導、輔助學生學習的時間，讓學生自己去發現問題。

【參考文獻】

[1]楊惠英，王玉坤.機械制圖[M].北京：清華大學出版社，2011：1-5.

[2]孫蘭鳳，梁艷書.工程制圖[M].北京：高等教育出版社，2014：1-10.

[3]孫子嫻.基于VR-Platform的三維虛擬學習環境的設計與開發[D].上海：上海師范大學，2009.

[4]陳佑清，吳瓊.為促進學生探究而講授——大學生研究性教學中的課堂講授變革[J].高等教育研究，2011，32（10）：94-99.