淺析ＣＡＩ在機械制圖教學中的應用

摘 要：計算機多媒體技術（簡稱ＣＡＩ）在處理圖形，設計創作三維立體模型，集文字、聲音、圖形、圖像、視頻、動畫于一體，實現“人機”對話、迅速反饋教學信息等方面具有獨到的作用。在機械制圖教學中運用ＣＡＩ，處理好教師主導作用的發揮及實現教學目標的關系， 發揮ＣＡＩ交互性強、共享性好、信息量大的優勢，是提高機械制圖課堂教學效率的有效途徑。

關鍵詞：ＣＡＩ 機械制圖 課堂教學 輔助性

一、ＣＡＩ教學是機械制圖教學改革的必然

機械制圖是一門系統性和實踐性強，并且邏輯思維嚴密的技術基礎課。

隨著現代科學技術迅猛的發展，計算機輔助教學技術（Computer Assisted Instruction，簡稱ＣＡＩ）的日趨成熟，已能將文字、聲音、圖形、圖像、動畫等綜合成有機整體，突破了傳統媒體的“線性限制”，具有直觀性強、表現力豐富、交互性強、共享性好、信息量豐富等特點，是提高機械制圖課教學效果，促進和培養學生空間想象能力和空間思維能力的重要途徑。將ＣＡＩ引入機械制圖課教學，是新時期課堂教學改革的必然結果。

二、ＣＡＩ在機械制圖教學中具體應用

（一）虛擬三維空間，培養學生空間感。

圖樣是工程界的技術語言，主要研究的是空間物體與平面圖形的相互轉換。要想學好這門課，除了要有扎實的平面作圖基本功，還需要有很強的空間想象能力和空間思維能力，而職高學生在這方面的能力還相當薄弱。傳統的教學手段，受到條件的限制，很難在這里有較快的突破，而借助ＣＡＩ可直接虛擬出動態的、逼真的三維空間，幫助學生很快地擺脫時空的束縛，從而幫助和促進學生對三維空間的認識與理解。例如：機械制圖中空間點、線、面的投影是機械制圖教學的重要組成部分，也是培養學生空間感的一個重要窗口。這部分內容掌握的熟練程度直接影響到后續章節的學習。在講授空間點的投影時筆者設計了如下動畫流程：

1.運用Flash技術動態虛擬出一個色彩鮮明的三投影面體系。

2.利用經技術處理后的字母和文字分別標出Ｖ（正投影面）、Ｈ（水平投影面）、Ｗ（側投影面）及ＯＸ、ＯＹ、ＯＺ投影軸。

3.向虛擬的三投影面體系中動態引入一個彩色小球作為空間點Ａ。

4.模擬一組平行光線使其通過彩色小球（空間點Ａ）分別垂直射向Ｖ面、Ｈ面、Ｗ面，在三個投影面上分別得到小彩球（空間點Ａ）的影子（投影）a′、a、a″。

5.用直線段分別連接Ａa″、Ａa′、Ａa，即為彩色小球（空間點Ａ）到Ｗ面、Ｖ面、Ｈ面的距離，也就是彩色小球（空間點Ａ）的Ｘ、Ｙ、Ｚ坐標。

6.保持Ｖ面不動，將Ｈ面、Ｗ面按規定的方向旋轉展開，攤平在同一個平面上，并拉伸有關線段后可得到彩色小球（空間點Ａ）的三面投影圖。

7.采用文字圖片，敘述、總結空間點的投影規律。

通過這一形象、逼真、立體的動畫模擬，學生直觀地看到了三投影面體系的空間結構，及由三維空間展開過渡到二維平面的動態過程，再加上聲音及教師的輔助講解，能在學生腦海中留下深刻印象，有利于培養學生的空間想象能力和空間思維能力，便于學生的領悟與理解。

（二）創建三維實體模型，幫助學生分析、解決問題。

機械制圖課本中、習題中有些形體零件的結構是比較復雜的，但學生的空間思維能力、分析問題的能力是相當有限的，所以在傳統的教學模式中，往往會出現教師在課上講得“熱火朝天”，而學生聽得卻是“冷若冰霜”、毫無反應的現象。為了使課堂教學符合從形象到抽象，由感性到理性的認識規律，適當引用ＣＡＩ進行課堂教學會收到良好的效果。例如，在講授利用形體分析法畫軸承座組合體視圖時筆者設計了如下動畫流程：

1.動畫引入軸承座的三維實體彩色模型。

2.利用Pro ENGINEER將軸承座的三維實體模型炸開分為底板、支撐板、圓柱筒、肋板四個組成部分。

3.利用動畫分別單獨演示四個組成部分的結構形狀。

4.利用動畫按底板→支撐板→圓柱筒→肋板的順序將四個組成部分裝配為軸承座組合體模型，以便于學生觀察、分析各組成部分的相對位置和連接關系。

5.將軸承座三維實體模型按不同視角進行旋轉，以確定三視圖的主視方向。

6.利用畫面顯示軸承座三維實體模型的各組成尺寸，便于合理選擇、確定圖幅及繪圖比例。

7.運用Pro ENGINEER的工程圖功能，逐步演示形體分析法畫軸承座組合體視圖的具體步驟：畫作圖基準線，作底板的三視圖，作圓柱筒的三視圖，作支撐板的三視圖，作肋板的三視圖，檢查、修改、加深完成圖樣。

ＣＡＩ教學給學生的感官刺激遠遠超過了傳統的耳聽眼看的強度。通過以上對軸承座三維實體模型的創建及聲形并茂的動畫演示過程，既吸引了學生聽課的注意力，激發了他們的學習興趣，又培養了他們觀察、分析、解決問題的能力，使學生對利用“形體分析法”畫組合體視圖有了更深刻的認識與理解，提高了課堂教學效果。

（三）建立實用圖庫，提高教學效率。

用傳統的教學方式教師往往需要在板書圖形上花去太多的時間，嚴重影響了教學效率和教學進度，既不利于教師的教，也不利于學生的學。而利用計算機繪制圖形，教師可以根據教學內容、教學目標事先精心準備好形體圖樣，不僅繪圖精確度大大提高，而且可以省去很多課堂作圖時間。其次教師在黑板上留下的圖形只能是靜止的，而利用多媒體制作出的圖形，不但可以表現出動態的、彩色的圖形，還可以圖、聲并茂，并可以對各組相關圖形進行比較、歸納、總結。學生不僅很容易接受理解，更重要的是能激起學生學習的主動性，使學生在掌握知識的同時學會了學習方法，提高了思維能力。

三、在機械制圖教學中應用ＣＡＩ須注意的問題

（一）要充分認識ＣＡＩ在機械制圖教學中的局限性

ＣＡＩ彌補了傳統教學手段中的一些缺陷，但就目前而言，大量的ＣＡＩ課件還需要學科教師自己動手制作。由于計算機多媒體是一種新興技術，所以制作的ＣＡＩ課件本身還需要不斷地自我完善。又由于機械制圖知識的系統性、實踐性和邏輯思維性，我們不可能用ＣＡＩ解決機械制圖課程中的所有問題，也不可能讓教師每一節課都利用ＣＡＩ來輔助教學。利用ＣＡＩ也要緊密結合教學內容和教學目標，課本有些內容是不能用計算機來解決的，而有些問題也不需用ＣＡＩ來解決，對于利用傳統教學手段就能讓學生掌握的知識內容，大可不必一味費時費力地制作ＣＡＩ課件。

（二）要認清ＣＡＩ教學的輔助性

ＣＡＩ的教學實踐證明：計算機無法取代教師，僅僅在“輔助”的意義上扮演著自己的角色。因為計算機呈現的大部分是感性材料，只是學生形成理性認識的基礎。引導學生實現感性到理性、形象到抽象的飛躍，離不開教師的指導和點評。另外，我們在進行多媒體輔助教學時，要因“課”制宜，對課件的內容、課件呈現的時機、課件呈現的次數作恰當的處理，在課本知識的延伸處，課堂教學的關鍵處、思維發展的障礙處恰當使用CAI課件，充分體現教師的主導性和創造性，形成一種良好的“機隨人轉”的多媒體課堂秩序。在處理人、機關系時，我們要遵循“以教師為主導”、“以學生為主體”的原則。

參考文獻：

［1］施良方.學習論［Ｍ］.人民教育出版社.

［2］薛萬玲.應用現代教育技術的誤區［Ｊ］.青年教師導報.

［3］蘇克才.課堂教學應恰當使用電教媒體.安徽教育科研.

［4］顧厚源.電教媒體不能替代教師范讀.教育文匯.

［5］黃輝.講究教學藝術提高教學質量.行知研究.

［6］郭紹青.信息技術教育與學科整合.中國人事出版社.

［7］陳旭遠.新課程新理念.東北師范大學出版社.