機(jī)械類工程圖學(xué)課程三維化改革研究

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了機(jī)械類工程圖學(xué)課程三維化改革研究范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請(qǐng)閱讀。

摘要：隨著三維CAD技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)裝備制造領(lǐng)域的設(shè)計(jì)思路、工作流程都在發(fā)生改變。江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院（以下簡稱：本院）適應(yīng)地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，在機(jī)械類工程圖學(xué)課程中引入三維CAD軟件，重點(diǎn)從課程體系、課程內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施流程和教學(xué)手段四個(gè)方面對(duì)課程進(jìn)行了三維化改革的探索和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：高職院校；工程圖學(xué)；三維化；課程教學(xué)改革

在很長一段時(shí)間內(nèi)，二維圖紙是唯一的工程設(shè)計(jì)語言。雖然人們所看到的和接觸到的是三維實(shí)體，但是卻要用二維平面圖表達(dá)出來。為了識(shí)讀二維工程圖，必須要通過畫法幾何、機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)來掌握投影規(guī)律和視圖識(shí)讀基礎(chǔ)。近年來，三維CAD軟件在裝備制造類企業(yè)迅速普及，逐漸代替二維CAD軟件成為設(shè)計(jì)的主要工具。高職院校也開設(shè)了相關(guān)課程，主要有SolidWorks、PRO-E、UG和國產(chǎn)的CAXA制造工程師。這些課程一般放在機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等課程之后，作為單獨(dú)的一門課程來開設(shè)。三維軟件可以在電腦中輕松創(chuàng)建各類零件和部件模型，并生成仿真動(dòng)畫；可以應(yīng)用于各類機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和原理的教學(xué)講解，使學(xué)生從復(fù)雜的圖樣識(shí)讀中解放出來，而專注于機(jī)構(gòu)的理解。Solidworks是達(dá)索公司的一款三維設(shè)計(jì)軟件，主打中低端市場(chǎng)。本院所在地?zé)o錫江陰市，位居全國百強(qiáng)縣第二、工業(yè)百強(qiáng)縣第一。經(jīng)調(diào)研，江陰地區(qū)使用solidworks軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的裝備制造類企業(yè)比例超過56%。本院簽約的校外實(shí)習(xí)基地中使用Solidworks軟件的企業(yè)比例更是達(dá)到了71%。軟件易用性強(qiáng)，便于初學(xué)者上手。此外，軟件的草圖、建模等各模塊與機(jī)械制圖的思維邏輯很接近，基于以上考慮，本院以Solidworks為工具，對(duì)機(jī)械類工程圖學(xué)課程進(jìn)行了三維化改革。

一、重新構(gòu)建制圖課程體系

從宏觀上解決三維造型技術(shù)與《工程圖學(xué)》教學(xué)內(nèi)容怎樣結(jié)合的問題。本院2015年以前采用分段獨(dú)立式的教學(xué)，在不同學(xué)期開設(shè)圖學(xué)課程和三維造型課程。這種教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)際教學(xué)過程中容易實(shí)施，既達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生三維設(shè)計(jì)能力的目的，又較好地解決了二維和三維共存的問題。缺點(diǎn)是兩部分內(nèi)容完全分割開，造成內(nèi)容上的不連續(xù)，學(xué)生難以將二者融會(huì)貫通，難以滿足工程應(yīng)用需要，而且占用學(xué)時(shí)較多。2016年開始，將三維軟件（采用solidworks軟件）的內(nèi)容融入機(jī)械制圖相關(guān)部分。具體課程體系如圖1所示。

二、優(yōu)選課程教學(xué)內(nèi)容

進(jìn)行項(xiàng)目化設(shè)計(jì)，解決計(jì)算機(jī)三維造型技術(shù)與《工程圖學(xué)》通過什么載體進(jìn)行項(xiàng)目化融合的問題。課程內(nèi)容按照高職“實(shí)用、夠用、必須”的原則進(jìn)行大刀闊斧的改革。去除畫法幾何部分的內(nèi)容，相貫線按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T16675.1—2012《技術(shù)制圖簡化表示法第一部分：圖樣畫法》采用省略簡化畫法來講解，同時(shí)弱化截交線原理性講解，只針對(duì)典型截交線結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解。從2018年開始，三視圖已經(jīng)成為機(jī)械制圖課程內(nèi)容的起點(diǎn)。在確定課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合蘇錫常地區(qū)及江陰周邊縣市裝備制造類企業(yè)的實(shí)際情況，以“機(jī)械零部件的造型與圖樣識(shí)讀”為典型工作任務(wù)，以上述企業(yè)常用零部件為載體，培養(yǎng)學(xué)生零部件造型和圖樣識(shí)讀能力。通過“簡單零件、軸套類零件、盤蓋類零件、叉架類零件和箱體類零件”這五類典型零件和“千斤頂、機(jī)用虎鉗、齒輪油泵以及一級(jí)圓柱齒輪減速器”這四個(gè)典型部件的造型和圖樣識(shí)讀，把三維軟件的建模方法和機(jī)械制圖的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)融合。標(biāo)準(zhǔn)件和常用件是機(jī)械制圖中的重要內(nèi)容，傳統(tǒng)教學(xué)一般會(huì)將這部分內(nèi)容單列一個(gè)章節(jié)，本院將這部分內(nèi)容分解到合適的載體中進(jìn)行教學(xué)。“千斤頂”中講解螺紋，“機(jī)用虎鉗”中講解螺紋標(biāo)準(zhǔn)件，齒輪油泵中講解齒輪，“一級(jí)圓柱齒輪減速器”中講解鍵和銷。以螺紋緊固件的螺栓連接為例進(jìn)行說明：第一步，從軟件標(biāo)準(zhǔn)件庫中按照參數(shù)分別生成螺栓、螺母和墊圈，然后對(duì)照零件講解國家標(biāo)準(zhǔn)和尺寸參數(shù)；第二步，用螺栓、螺母和墊圈連接兩個(gè)零件，完成三維裝配；第三步，生成螺栓連接裝配圖，講解螺栓連接中涉及的裝配圖畫法規(guī)則；第四步，尺規(guī)抄畫螺紋連接裝配圖，此任務(wù)從螺栓、螺母和墊片的模型入手，用這些螺紋緊固件連接兩個(gè)板類零件，然后裝配成典型的螺栓連接裝配體；第五步，創(chuàng)建螺栓連接裝配圖并抄畫。將螺栓連接的使用場(chǎng)合、裝配要點(diǎn)和畫法規(guī)則等各個(gè)知識(shí)點(diǎn)穿插其中進(jìn)行講解，更符合一般的認(rèn)知規(guī)律，貼合高職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。此外，利用齒輪插件geartrax和邁迪三維設(shè)計(jì)工具集等行業(yè)外掛標(biāo)準(zhǔn)件庫拓展Solidworks軟件插件，還可以完成非常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的建模。

三、序化教學(xué)實(shí)施流程

解決微觀層面上項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施過程中具體的流程編排問題?，F(xiàn)有教材中的三維建模部分基本上采用根據(jù)二維工程圖來進(jìn)行建模的方式，在教學(xué)實(shí)施過程中需要讀懂二維工程圖才能進(jìn)行下一步建模工作，而作為制圖課程教學(xué)難點(diǎn)的工程圖識(shí)讀還是會(huì)成為學(xué)生進(jìn)行三維建模的障礙。課題針對(duì)項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施流程進(jìn)行改革，每個(gè)項(xiàng)目都按照“建模、識(shí)讀工程圖、生成二維工程圖和抄畫工程圖”的四步教學(xué)法來進(jìn)行教學(xué)。第一步,建模不是根據(jù)二維視圖來進(jìn)行，是根據(jù)給定零件實(shí)物進(jìn)行三維建模，只需對(duì)零件做簡單的尺寸測(cè)繪，對(duì)尺寸精度不做過多要求，甚至一開始給定標(biāo)注有完整尺寸的零件立體圖作為建模對(duì)象。第二步，是識(shí)讀工程圖，以零件圖（后期是裝配圖）為對(duì)象，對(duì)照已建模型理解視圖表達(dá)，講解尺寸標(biāo)注和其他技術(shù)要求等相應(yīng)的制圖國家標(biāo)準(zhǔn)。第三步，由模型創(chuàng)建工程圖。這一步的重點(diǎn)是生成符合國家標(biāo)準(zhǔn)的零件圖和裝配圖，也就是解決由軟件創(chuàng)建工程圖時(shí)的合規(guī)性問題。第四步，尺規(guī)抄畫零件圖，徒手抄畫立體圖（正等軸測(cè)圖）。對(duì)于這種給定實(shí)物（或給定帶尺寸的立體圖）進(jìn)行建模的教學(xué)模式，學(xué)生沒有畏懼感，建模階段把精力集中在建模技巧上，然后轉(zhuǎn)成二維圖，再進(jìn)行二維視圖的抄畫和識(shí)讀。由三維到二維的轉(zhuǎn)換更加符合一般的思維模式。通過這種方式引入三維軟件的造型和創(chuàng)建工程圖功能，解決學(xué)生讀圖難、畫圖難的問題。無論制圖改革往哪個(gè)方向走，都不能離開課程核心的“構(gòu)型、讀圖、表達(dá)與制圖”4個(gè)基本能力的訓(xùn)練［1］。在四步教學(xué)法中，特別突出了4個(gè)基本能力，尤其是核心的構(gòu)型與表達(dá)能力的訓(xùn)練。首先是構(gòu)型與讀圖能力，在第一步建模步驟中，分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是給定帶尺寸的立體圖來進(jìn)行建模，第二階段是給定帶尺寸的三視圖或零件圖進(jìn)行建模。第一階段根據(jù)立體圖建模，結(jié)合組合體形體分析，分析立體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是疊加類、切割類還是綜合類，然后確定相應(yīng)的建模方法，是使用拉伸命令還是拉伸切除命令。這個(gè)建模過程就是形體分析在軟件中的再現(xiàn)過程，訓(xùn)練學(xué)生構(gòu)建空間形體的能力。第二階段由三視圖或零件圖進(jìn)行建模，實(shí)際上主要訓(xùn)練的是學(xué)生讀圖能力，并將讀圖結(jié)果在軟件中再現(xiàn)，此時(shí)讀圖者對(duì)立體的信息和軟件的建模過程相互驗(yàn)證、修正并完善，可以幫助學(xué)生比較高效地提升讀圖能力。其次是表達(dá)與制圖能力，現(xiàn)階段的行業(yè)企業(yè)對(duì)于尺規(guī)作圖的需求已經(jīng)很小，加工類企業(yè)更加注重于零件圖的閱讀能力。

而制造類企業(yè)在設(shè)計(jì)時(shí)通常采用三維設(shè)計(jì)，然后由三維模型創(chuàng)建工程圖。所以在四步法的教學(xué)中，由三維模型創(chuàng)建工程圖是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。考慮到設(shè)計(jì)表達(dá)的需要，四部法中在第四步訓(xùn)練學(xué)生繪圖技能，重點(diǎn)訓(xùn)練徒手繪制正等軸測(cè)圖的能力。這樣的話，綜合考慮目前周邊地區(qū)裝備制造類企業(yè)的各類崗位需求，設(shè)定相應(yīng)使用場(chǎng)景，將崗位所需技能結(jié)合三維軟件融入工程圖學(xué)的教學(xué)實(shí)施步驟中。四、開發(fā)助學(xué)軟件，拓展教學(xué)手段本院制作的“機(jī)械零部件虛擬模型庫”軟件，獲得第十四屆全國多媒體課件大賽二等獎(jiǎng)。它是在模型庫的基礎(chǔ)上開發(fā)了“機(jī)械零部件圖紙素材庫”軟件，能夠同時(shí)進(jìn)行三維零部件和配套工程圖樣的展示。系統(tǒng)以軟件形式封裝，對(duì)操作環(huán)境無任何依賴，在沒有安裝二維和三維CAD專業(yè)軟件與瀏覽器的環(huán)境中也可以直接運(yùn)行［2］。兩個(gè)軟件已經(jīng)完成電腦安裝版，學(xué)生可以在電腦上隨意瀏覽三維零部件以及相應(yīng)的工程圖樣，從容研習(xí)組合體三視圖、零件圖和裝配圖，培養(yǎng)空間構(gòu)形能力，從而提高其閱讀工程圖能力。下一步第一個(gè)目標(biāo)是完善“機(jī)械零部件虛擬模型庫”和“零部件圖紙庫”軟件，增加功能模塊，提高易用性；第二個(gè)目標(biāo)是準(zhǔn)備開發(fā)應(yīng)用于智能手機(jī)的App，讓學(xué)生可以利用手機(jī)進(jìn)行碎片化學(xué)習(xí)。在長期教學(xué)實(shí)踐中所開發(fā)的軟件不僅可以用于機(jī)械制圖的教學(xué)，還可以作為機(jī)械類專業(yè)課程教學(xué)的助學(xué)軟件來使用，拓展了課程教學(xué)手段，教學(xué)效果良好。五、三維軟件引入工程圖學(xué)課程應(yīng)注意的相關(guān)事項(xiàng)通過上述四個(gè)措施，對(duì)機(jī)械類工程圖學(xué)課程進(jìn)行了三維化改革。特別是作為課程教改核心的四步教學(xué)法，每一步對(duì)象都是具體的，不需要抽象的制圖理論和讀圖技巧。按照四步教學(xué)法學(xué)習(xí)完任意項(xiàng)目單元，學(xué)生都能很自然地掌握建模、讀圖、創(chuàng)建工程圖以及徒手繪制立體圖的方法。同一流程在不同單元反復(fù)練習(xí)，受教者的各項(xiàng)技巧不斷完善，直至完全掌握。三維軟件融入制圖教學(xué)的過程中，存在一些相關(guān)注意事項(xiàng)。原因是Solidworks并非國產(chǎn)軟件，從建模思路到工程圖標(biāo)準(zhǔn)等方面與制圖國家標(biāo)準(zhǔn)存在差異。具體教學(xué)中有以下相關(guān)方面需要加以明確。（一）坐標(biāo)體系不一致制圖課程的坐標(biāo)體系與Solidworks的坐標(biāo)體系不一致。（五）建立合作學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制教師在教學(xué)過程中可以建立評(píng)價(jià)機(jī)制。它對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的進(jìn)度和效果既能及時(shí)掌握，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性得到顯著提高。教師建立的評(píng)價(jià)機(jī)制可以分為組內(nèi)評(píng)價(jià)機(jī)制和組間評(píng)價(jià)機(jī)制。在實(shí)施組間評(píng)價(jià)機(jī)制時(shí)，以學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)完成的程度來作為教師的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。教師根據(jù)各小組學(xué)習(xí)任務(wù)完成的程度客觀地給出相應(yīng)分?jǐn)?shù)。最后教師在每學(xué)期的期中和期末進(jìn)行總評(píng)，根據(jù)這兩次成績對(duì)前三名學(xué)生進(jìn)行物質(zhì)或者精神上的獎(jiǎng)勵(lì)，使每一組努力完成學(xué)習(xí)任務(wù)，使每小組成員為了獲得獎(jiǎng)勵(lì)而進(jìn)行不懈的努力［7］。小組內(nèi)部的評(píng)價(jià)機(jī)制主要是基于小組成員對(duì)小組學(xué)習(xí)任務(wù)的貢獻(xiàn)而設(shè)置。小組成員的貢獻(xiàn)將被記錄下來，在學(xué)期結(jié)束時(shí)，對(duì)每個(gè)小組貢獻(xiàn)最大的小組成員將獲得物質(zhì)或精神補(bǔ)償。同時(shí)，學(xué)生應(yīng)該認(rèn)識(shí)到小組合作學(xué)習(xí)不僅是為了個(gè)人利益，也是為了整體利益，從而更好地培養(yǎng)他們良好的團(tuán)隊(duì)精神和個(gè)人競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

四、結(jié)語

綜上所述，在高職排球教學(xué)中運(yùn)用問題教學(xué)法，有利于培養(yǎng)高素質(zhì)、綜合性的排球運(yùn)動(dòng)員。不僅可以使學(xué)生的排球技術(shù)得到充分掌握，而且還可以培養(yǎng)其排球精神，可以更好地幫助我國排球運(yùn)動(dòng)的建設(shè)和發(fā)展。然而，在運(yùn)用問題型教學(xué)法時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：其一，學(xué)習(xí)目的要明確；其二，目標(biāo)設(shè)置要合理；其三，學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇要合適；其四，在教學(xué)實(shí)施前要給予學(xué)生明確的方法指導(dǎo)；其五，教師要人為地縮短小組間學(xué)習(xí)水平的差異；其六，保證各組的平等。這樣才能更好地保證問題型教學(xué)法的順利實(shí)施，同時(shí)，重視學(xué)生的個(gè)體差異，使學(xué)生能夠更積極地參與教學(xué)活動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］于巖.合作學(xué)習(xí)在高職院校足球教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.北京財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，33（3）：69-72.

［2］張清娘.問題教學(xué)法在小學(xué)體育教學(xué)中的運(yùn)用探討［J］.當(dāng)代教研論叢，2020（6）：128.

［3］尤勝利.問題教學(xué)法在高中籃球教學(xué)中的運(yùn)用［J］.當(dāng)代體育科技，2014（12）：51-52.

［4］楊慧君，等.以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)法在體育心理學(xué)教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用［J］.當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2020（6）：210-211.

［5］陳強(qiáng).“合作學(xué)習(xí)”教學(xué)模式在高校足球選項(xiàng)課中的應(yīng)用研究［J］.當(dāng)代體育科技，2017，7（17）：179+181.

［6］萬肖.在高職足球教學(xué)中合作學(xué)習(xí)模式的應(yīng)用探討［J］.當(dāng)代體育科技，2017（2）：78-79.

［7］黃光亮，莫靜.高職體育院校足球教學(xué)中問題教學(xué)法的應(yīng)用研究［J］.高教學(xué)刊，2020（17）：184-186+190.

作者：張良 單位：江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院