《機械制圖》教學方法探討

朱智瑩

（中國石油大學（北京）石油工程學院 北京 102249）

隨著科技的發展，立體表征的方法越來越多，但是作為基礎的《機械制圖》仍是工科學生必須要掌握的一門基礎課程。在現代工業中，從設備的設計、制造、安裝到使用、維修、檢測，都需要閱讀工程圖來了解設備的結構及性能。本校非機類《機械制圖》作為工科生的大一或大二的必修課，主要學習：（1）工程圖樣的表達，即對點、線、面、體及組合體的投影特性的學習；（2）工程形體的表達，即在三視圖的基礎上，用不同的視圖進一步表達形體；（3）零部件及裝配體的表達。目標是培養學生閱讀和規范繪制圖樣的能力、空間思維能力并提升工程素質。

1 存在問題

（1）由于學時緊張，老師上課時多以PPT教學為主。對于繪圖過程，雖然PPT中也有動圖，一步步展示，但是老師很少在課堂上進行細致的實際繪圖演示。單純依靠PPT展示及老師講授，有些學生在最初接觸《機械制圖》時，仍不清楚基本的作圖思路及過程。

（2）學生的空間想象能力不均衡，對一些學生而言，在腦海中勾勒三維圖形是有困難的。更不要說對于立體的一些細節問題的構建。對于投影的分析，如有一個地方錯誤，將會導致整個結果的錯誤。但是由于學生想不清楚立體圖形，常常喪失耐心，草草了事，以致分析結果錯誤。

（3）學生缺乏工程實踐，對于工件樣式、使用位置、加工方式方法、工作原理等都沒有概念。

這些問題成為《機械制圖》教學過程中亟待解決的問題，也是在教學過程中要著重考慮的問題。

2 方法探討

針對授課時存在的問題，進行如下方法的探討。

2.1 繪圖演示

學生看PPT中的繪圖過程是動畫演示，但是在解題時，是親自動手繪圖。存在從眼到手的轉化過程，常常是“眼會而手不會”的狀態。因此，老師在教的時候，也親自動手演示繪圖過程，會有助于解決這一問題。但是受學時所限，在課堂上不能進行全面的繪圖演示，只能選擇有代表性的一些內容進行講解。此時，若充分例用線上平臺作為線下課堂的延伸，線上線下有機結合。

2.1.1 課上繪圖演示

上課初期，選擇較有代表性的問題，用圓規、三角板、直尺、粉筆在黑板上進行繪圖全過程演示。特別強調以下三點：（1）45度線的確定及其對側面投影位置的影響；（2）用細實線而非虛線繪制投影連線；（3）取特定位置的點標記，明確投影關系及投影后對應位置，如圖1所示。例如圖1為課后作業，題目為已知正面投影和水平投影，補充側面投影；并補全點ABCDEF的三面投影。在學習初期，學生對于線的對應關系還不是很清楚，可以借助點來確定線，進而確定面，如圖1所示，這樣可以很清楚的知道三面投影上各點、線及面的對應位置。即便學生想象不出三維立體是什么樣子，也可以分析出答案。且從ab兩圖可直觀發現，通過45線位置的變化，側面投影的位置也隨之變化。通過課上帶領學生一起進行演示，可以使學生的思維和老師一起走，較比通過PPT，瀏覽式學習，更能加深印象。有助于學生在學習初期就能夠形成良好的作圖習慣，掌握投影規律及作圖方法，為后續學習打下堅實基礎。

圖1：示范繪圖過程及標注

2.1.2 微課繪圖演示

由于學時的限制，在課堂上不可能一個知識點反復講，也不可能做到每個題目都詳細的畫一遍。此時，可以課堂外延，錄制微課，并投放于線上平臺。以學生的需要為導向制作微課，以學生的反饋為基礎改進微課。微課的內容可以包括各種類型的視頻，如實物展示視頻、三維動畫或動圖展示視頻、具體三視圖的求解過程視頻等，時長不宜過長，以不長于10分鐘為宜[1]。微課具有內容短小，播放終端豐富；主題明確，便于檢索；內容豐富，可重復觀看學習等特點，特別適合碎片化式隨時隨地學習。微課可以與課堂教學有機結合，形成線下課堂學習，線上微課補充，線上線下或點對點，或面對面答疑的教學形式。

2.2 構建虛擬三維圖形

在現有的《機械制圖》的教材及課件中，在三面投影圖以外，也會放置一個軸測圖，來幫助學生建立空間結構。但是這個軸測圖是靜止的，或者在PPT課件中，會旋轉一周，然后停止在某個角度。這在某種程度上來講，可以幫助學生構建三維圖形，但是在細節部分仍然表述不清楚，如回轉體被平面切割后，得到的截交線的樣式，如圖2。圖2所示為一組合體被前后對稱的正平面P和Q各截去一部分，補全正面投影。此題即便給出軸測圖，仍有學生想不明白截交線的樣式。此時，就可以用Solidworks軟件構建立體模型，在軟件內部或者錄制動圖，通過不同位置的正平面去截組合體，從不同角度去展示（圖3），實現動態可視化教學，也便于學生觀察。

圖2：舉例：課上截交線問題

圖3：用SW軟件制圖的動圖截屏

2.3 制作立體實物

隨著3D打印技術的成熟，可以利用3D打印機將立體模型變成實物。在授課過程中通過與視圖、動畫演示等多種教學手段相結合進行知識點的教學，提升學生學習興趣。課間可以傳閱模型教具，使每個學生都能夠直觀感受三維實物與二維圖形間的聯系，加深對所學物體的印象[2]。對于稍微復雜一些的組合體，可以將其拆分成基本體后打印，然后讓學生進行拼裝；同時，對于也可以將裝配圖中的各零部件打印后拼裝等。總之，制作的實物是實體化的，方便學生直觀的、直接的觀察、分析，將新式的教學手段、方法融入到教學過程中，不斷更新，與時俱進。

2.4 強調解題思路及分析方法

學生在學習《機械制圖》時，常有一誤區，認為空間能力弱，就學不好《機械制圖》，但實際上，學習《機械制圖》的過程，也是提升空間思維能力的過程。即便空間想象能力不足，只要具備基礎的知識，就可以通過分析，一步步得到答案。如圖4所示，為分析回轉體的截交線，并補全三面投影。其中正面投影為已知。對于初學者，如果一下要說出三面投影的樣式是有難度，但是可以拆解，一步步來分析。首先判斷未被處理前的基本體，為圓錐。然后結合上課講解的知識點——五種平面與圓錐面的交線。對應本題的情況，主視圖中從左至右分別為截平面與軸平行，截平面與軸垂直，截平面過錐頂，它們對應的真形分別為軸對稱的拋物線，圓，過錐頂的兩直線。接著分析截平面的特殊位置，從左至右分別為側平面、水平面、正垂面，結合它們反應真形、積聚等特性，可以分析出答案應如圖4所示。

圖4：舉例：截交線問題

所以在授課時，要注意強調解題分析方法，培養學生形成良好的分析問題的思路，而不單純的是解每一道題。

2.5 拓展認知實踐知識

由于學生缺乏工程實踐，零部件在學生眼中只是單純的立體。因此通過圖片、視頻、影像資料等[3]，使學生了解零件的加工方法、實際的用途、工作環境等，將有助于學生對于知識點的理解與掌握。例如，在介紹回轉體時，可以引入車床及銑床的介紹（學生在學習機械制圖后，會進行金工實習），車床是用來加工回轉體的，而有平面的需要用銑床來加工。在介紹軸的尺寸標注時，可以結合其加工方法來介紹，對于軸長度方向的標注，主要是為了加工時方便測量。通過類似知識點的介紹，一方面可以使學生從單純的畫圖中抽離出來，適當放松；另一方面，也可以拓展物體相關知識，便于學生更好的理解。

3 結論

十三五規劃中提出，使若干高校和一批學科達到或接近世界一流水平，培養一流人才。十四五規劃中提出，建設高質量本科教育等。作為高校的一名教師，有責任也有義務認真教學，使學生更好的理解所學內容。通過線上線下結合、三維模型構建、實體化構建、應用領域拓展等方法建立可視化、實物化教育平臺，幫助學生掌握學習內容，并引導其應用。在教學的過程中，不斷探索。