SolidWorks與機械制圖交互式教學研究

摘要：在機械制圖教學中融入SolidWorks建模，通過課堂教學或網絡課程線上學習的方式讓學生在點線面和立體的建構中提升空間想象力，有效的提高學生機械制圖的學習效率。教師通過Composer自主建立起模型或機械零件的展示文檔，可以嵌入PPT而無需安裝SolidWorks Composer，方便直觀的展示零件的細節，隨時拖動和縮放零件從多角度查看零件，極大方便了教學。

關鍵詞：SolidWorks;建模;提升空間想象力;Composer

機械制圖課程是機械類專業最重要的一門專業基礎課，制圖方法和空間想象能力的培養是機械制圖課程的教學目標，而制圖方法也是建立在空間想象力的基礎上，因此對于空間想象力的培養是機械制圖課程教學的一個重要目標。雖然現在機械制圖的現代化教學手段不斷涌現，教學資源日益豐富，但是因為學生空間想象能力薄弱制圖課堂的教學效率一直難以提高。

1 企業對機械制圖能力的基礎作用更加重視

在機械制造類企業中由于新技術的應用部分機械類崗位對二維圖紙的看圖能力降低了要求，這得益于三維技術的發展。但是通過調研青島雙星機械有限公司、豪邁集團、青島海泰科模具有限公司等機械制造類企業，企業對于專業基礎課程如機械制圖、公差配合與技術測量、機械設計基礎等在職業能力培養中的作用比以往更加重視，認為機械基礎能力是絕大部分機械類工作崗位所需的必備能力，對于學生的縱深發展起著關鍵作用。因此機械制圖在機制、數控等機械類專業中的教學應該強化而不是削弱。

2 機械制圖傳統教學方法的不足

傳統的機械制圖教學對空間想象力的培養主要是利用多媒體教室通過立體圖、模型、動畫等方式培養，多媒體教學具有展示效果良好的優點，嵌入的動畫可以形象的展示點線面的投影特性，可以從多角度觀察立體的形狀，非常直觀形象，對于學生空間想象能力的培養起到了主導型的作用，也是目前大多數機械制圖課的授課方式。但僅靠多媒體展示，主要體現在老師教的方面，立體形狀單一，學生的互動及體驗性差，經常出現學生課堂聽的明白，課下腦子一片空白的現象，空間想象能力培養的實效性差。現在高職院校學生的空間想象力不足，而企業對機械類的畢業生空間想象力的要求沒有降低，因此僅靠原來傳統的制圖教學方式無法滿足企業的要求。

近些年來隨著慕課、微視頻等現代化教學手段應用，學生課下學習途徑也趨向多元化，但是對于高職學生及三二專本貫通培養的學生，僅靠網絡的學習形式學生的積極主動性不高。筆者結合多年的機械制圖教學經驗及實踐，嘗試了在高職機械制圖教學中采用SolidWorks輔助教學的方式，對于培養學生的空間想象能力起到了很好的教學效果。

3 SolidWorks作為機械制圖輔助教學的可行性

SolidWorks作為三維建模的主流軟件之一，相比NX，ProE，Catia等三維軟件，具有易學易懂、便于操作的優勢，尤其是作為剛踏人大學校門還沒有過多專業知識的大一學生來說，是一個非常適合學生學習建模的入門軟件，是培養學生空間想象能力的有效輔助工具。筆者多年來教授機械制造與自動化三二貫通培養專業的《畫法幾何與機械制圖》課程，課程分為兩個學期，第一學期約78學時，第二學期48學時，第一學期按照多媒體教室和機房2：1的上課比例，可以安排26學時的SolidWorks課程，對于點線面、基本體、組合體的建模等學習已經足夠，能夠很好完成培養空間想象力的任務。對于少學時的專業，也可以安排部分上機課程，結合微視頻教學，可以讓學生完成基本的建模學習。因此SolidWorks與機械制圖的聯合教學具備實現的可能性。

4 SolidWorks在點線面投影特性教學中的應用

在研究點線面的投影時，一般借助于SolidWorks軟件中草圖繪制點、線，也可以直接根據坐標或對象繪制空間的點線。點的投影可以單獨繪制，也可以在長方體等立體中表示，比較形象直觀，結合坐標表示尺寸與方位關系，比較易于理解。

在講解線面投影特性時，線的投影可以根據坐標直接繪制，也可以放到長方體或三棱錐中講解，如圖1所示，面的投影可以借助立體的表面，在立體中學習投影特性易于理解和想象，如上圖所示在立體中的平行線、垂直線和一般位置直線以及平行面、垂直面和一般位置平面。

5 SolidWorks在組合體三視圖中的應用

（圖2）SolidWorks可以通過拉伸、旋轉、放樣、掃描等特征方便的建立立體的模型[1，2]。在教學中通過搭積木的形式建立組合體的立體模型，通過布爾加或減實現形體的疊加和挖切。通過顏色的修改使教學過程更加直觀，學生樂于接受。學生通過自己動手建構模型，由簡單到復雜一步步建立起常見形體的空間概念，也掌握了建模的基本方法。在曲面立體相貫線的做圖中，由于相貫線多為復雜的空間曲線，學生難以想象，通過建模相關形體，結合截面法等畫法幾何理論，學生學習的難度降低不少。

6 SolidWorks Composer在零件結構展示中的應用

SolidWorks Composer是一個獨特新穎的能夠進行仿真的軟件平臺[3]。SolidWorksComposer具有強大的展示功能，作為工科類教師自主開發教學資源的重要工具，具有易學易用的特點，常見的三維軟件制作的模型都可以導入到c omposer[5]用戶可以方便的制作不同的相機視圖，展示中通過目錄切換。在每一個頁面中制作標簽、添加注解、局部展示、可視化效果等實現機械零件直觀形象的展示，并且可以導入到PPT中，無需安裝Composer即可實現模型的多角度展示，按住滾輪移動實現旋轉，滾動滾輪實現縮放，Ctrl+滾輪移動實現平移等，方便課堂教師的展示。

7 微視頻在建模學習中的應用

對于學時少的班級，建模課程可以借助網絡課程的形式學習，教師錄制基本建模方法的微視頻，學生登陸學習，單元檢測的方式實現線上學習內容的考核。因為上機操作的內容相比純理論課程的學習學生樂于參與其中，學生在學習建模中獨立建立模型，具備一定的成就感，因此網絡課程的學習易于落地，學習效果容易得到保證。

8 結語

在機械制圖課程教學中融入SolidWorks建模，讓學生在建模學習中實現點線面和立體的構建，結合畫法幾何與機械制圖的理論方法，在建構中快速提升空間想象能力，提高機械制圖的學習效率。教師利用Composer自主制作模型或零件的展示，可以嵌入PPT方便在課堂展示零件的細節，有效提高課堂效率。經過筆者多年的教學實踐，上述方法取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]SolidWorks公司SolidWorks零件與裝配體教程[M]北京：機械工業出版社，2014

[2]劉昌麗，康士廷SolidWorks2013完全自學手冊[M]北京：人民郵電出版社， 2014

[3]金照，黃瓊濤，張榮強基于3DVIAComposer的產品虛擬展示與設計U]機械設計，2015（ 11）：119-122.

[4]陳鑫，仲梁維，刁麗慧基于SolidworksComposer的多軸滑臺斜拉機構裝配可視化研究[J]軟件導刊，2018，17 （02）：158-160.

[5]王軍良等基于SolidWorks Composer的齒輪泵虛擬設計與展示[J]佛山科學技術學院學報（自然科學版），2018，36（6）：42-47.

作者簡介——

徐英鋒：（1977-），男，山東聊城人，碩士，副教授。研究方向：機械設計。