基于SolidWorks的《機(jī)械制圖》教學(xué)改革與探索

機(jī)械制圖是機(jī)械專業(yè)、工科類專業(yè)學(xué)生必修的基礎(chǔ)課，是專業(yè)課程的前沿課程，也是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)會(huì)產(chǎn)生重要的影響。《機(jī)械制圖》課程的重要任務(wù)之一就是培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和形體認(rèn)知能力，從而提高識(shí)讀、繪圖能力。在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，教師一般采用的方法是利用實(shí)物模型、掛圖或者多媒體課件進(jìn)行輔助教學(xué)，而這些方法都存在一定的不足，筆者嘗試在《機(jī)械制圖》教學(xué)中應(yīng)用SolidWorks軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，優(yōu)化了教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生空間想象與思維能力、創(chuàng)新能力、工程意識(shí)，取得良好的教學(xué)效果。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足

在《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中，教師通常采用掛圖、實(shí)物模型或多媒體課件進(jìn)行輔助教學(xué)。掛圖是平面圖形，不直觀，難以體現(xiàn)立體感；采用實(shí)物模型時(shí)，由于模型體積小，學(xué)生無法看得清晰，且模型的結(jié)構(gòu)是唯一的，無法改變，有一定的局限性，教師經(jīng)常為了講授一節(jié)課準(zhǔn)備多個(gè)模型，搬運(yùn)和演示都非常麻煩，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)物與視圖的快速轉(zhuǎn)換，浪費(fèi)了大量的課堂教學(xué)時(shí)間。采用多媒體課件進(jìn)行教學(xué)時(shí)，難免出現(xiàn)所選用的課件內(nèi)容不適合授課內(nèi)容或教師授課方式的情況，例如當(dāng)教學(xué)過程中演示課件給學(xué)生看，學(xué)生對(duì)某些問題需要進(jìn)一步的解釋或深入理解時(shí)，教師往往又不得不重新使用板書繪圖講解。若教師自行制作課件又要花費(fèi)大量的時(shí)間，因此應(yīng)用課件教學(xué)也存在一定局限性。

二、應(yīng)用三維工程軟件輔助教學(xué)的優(yōu)勢

目前在我國制造業(yè)普遍使用Pro/ENGINEER、SolidWorks等三維工程軟件，因此在各機(jī)械專業(yè)中也設(shè)置了此方面的教學(xué)內(nèi)容。教師在采用三維軟件平臺(tái)進(jìn)行《機(jī)械制圖》輔助教學(xué)時(shí)，由于軟件自身所展示的三維實(shí)體環(huán)境更利于學(xué)生認(rèn)知與理解，教師也可以根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)針對(duì)學(xué)生的問題建立三維模型，使學(xué)生迅速、準(zhǔn)確地學(xué)會(huì)相應(yīng)的知識(shí)。可以說，從學(xué)生角度和教師角度都得到了方便，同時(shí)也為學(xué)生今后學(xué)習(xí)三維工程軟件使用奠定了基礎(chǔ)。

三、SolidWorks在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用

1．在投影理論中的應(yīng)用

在引導(dǎo)學(xué)生開始學(xué)習(xí)《機(jī)械制圖》時(shí)，最大的難點(diǎn)在于如何讓學(xué)生理解正確的投影方式。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師要使用掛圖和模型，而使用SolidWorks軟件輔助教學(xué)時(shí)，只需通過各視圖的動(dòng)態(tài)切換或利用多個(gè)視口來觀察各視圖之間的點(diǎn)、線、面投影關(guān)系，這種方式既形象，又直觀，可以很好地使學(xué)生理解單面正投影和多面正投影所產(chǎn)生的視圖、正等軸測圖形成的原理與過程，簡化了授課內(nèi)容，使學(xué)生印象更加深刻。

2．在讀組合體視圖中的應(yīng)用

在機(jī)械制圖中要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)三維空間的認(rèn)知能力，讀組合體視圖是重要的內(nèi)容。例如，在學(xué)習(xí)繪制切割型組合體視圖時(shí)，教師可使用軟件在課堂上一步步地切割建模，讓學(xué)生充分了解切割過程，特征樹中回放步驟功能更能使教師達(dá)到靈活講解的目的。課堂上這種演示疊加型組合體的形成過程及切割型組合體視圖的切割過程，使學(xué)生印象深刻，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象能力。又如在，根據(jù)已知組合體兩個(gè)視圖求第三個(gè)視圖，或補(bǔ)齊視圖中缺線的練習(xí)中，學(xué)生經(jīng)常由于對(duì)三維空間理解能力不夠而做錯(cuò)題目，若不能提供相應(yīng)的組合體實(shí)物，而是只泛泛講解答案，學(xué)生是難以理解的。這時(shí)若用SolidWorks軟件現(xiàn)場繪制立體模型展示，學(xué)生會(huì)一目了然，疑難問題也會(huì)迎刃而解。例如圖1所示的組合體視圖，根據(jù)這兩個(gè)視圖，學(xué)生很難想象這個(gè)零件的三維形態(tài)是怎樣的，因此很難畫出第三視圖，在筆者所教授的制圖課中，許多學(xué)生對(duì)于這個(gè)典型問題在讀圖過程中出現(xiàn)了失誤，難以繪制出正確的第三視圖，而通過SolidWorks軟件的使用，演示零件的建模過程，加深學(xué)生對(duì)組合體形成過程的理解。零件模型繪制好后可通過軟件的多個(gè)視口功能，同時(shí)展示三視圖及軸測圖，各視口中的視圖間的點(diǎn)、線、面一一對(duì)應(yīng)、一目了然，也可以對(duì)零件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，使學(xué)生從各個(gè)角度都可以直觀地觀察到該零件的三維模型，第三視圖也就很容易求解了，如圖2所示。

此外，在相貫線的教學(xué)中用SolidWorks軟件進(jìn)行教學(xué)能使內(nèi)容直觀性增強(qiáng)，學(xué)生容易掌握。例如兩圓柱相交、兩圓柱孔相交、在圓錐表面上打直孔等，只需繪制出兩圓柱孔相交、圓錐和圓柱孔相交的立體圖，相貫線會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生。如圖3所示，兩個(gè)圓柱正交時(shí)，可通過改變它們的相對(duì)大小來觀察相貫線的形狀和位置的變化，這樣使學(xué)生很容易觀察到相貫線的變化，從而更好地理解這一內(nèi)容。同理當(dāng)兩圓柱孔相交時(shí)，也可建出模型，采用剖面視圖的形式來觀察孔內(nèi)部相貫線的形狀。在講解相貫線畫法時(shí)，可以很方便地在軟件中指出相貫線上的一些特殊點(diǎn)的位置，便于黑板作圖講解。這種靈活展示模型的教學(xué)方法使學(xué)生更容易理解，從而掌握知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3．在剖視圖中的應(yīng)用

在講解剖視圖中，受實(shí)物模型的限制，無法較直觀地向?qū)W生表達(dá)模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過使用SolidWorks軟件，可以直接創(chuàng)建零件模型，通過采用剖面視圖的形式來獲得剖視圖，學(xué)生很清晰觀察到實(shí)體的內(nèi)部或外部結(jié)構(gòu)，剖視圖畫法中的難題也迎刃而解。如圖4所示的裝配體模型，若直接講解剖視效果，學(xué)生想象不出其內(nèi)容結(jié)構(gòu)，但是在SolidWorks軟件中，生成該模型的剖視圖時(shí)，學(xué)生立即理解了該模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各零件間的裝配關(guān)系，如圖5所示。

4．在讀裝配圖中的應(yīng)用

在講解零件的裝配關(guān)系時(shí)，應(yīng)用SolidWorks軟件的裝配功能及爆炸視圖工具能取得很好的教學(xué)效果。在SolidWorks軟件環(huán)境中可應(yīng)用裝配功能進(jìn)行各零件間的配合，這樣使教師更易講解裝配圖中各零件間的相互位置關(guān)系及配合方式，并可以通過SolidWorks Animator功能制作動(dòng)畫，將零部件的裝配過程錄制成動(dòng)畫，學(xué)生可通過動(dòng)畫演示直觀的看到零件的裝配過程，進(jìn)一步理解各零件間的裝配關(guān)系，對(duì)裝配過程有了更加深入的理解。同樣可通過SolidWorks Animator功能制作爆炸動(dòng)畫，形象生動(dòng)地展示爆炸及零部件之間的相互關(guān)系。如圖6所示，在SolidWorks軟件中生成了零部件的爆炸視圖，有助于學(xué)生對(duì)裝配過程的理解，提高閱讀裝配圖的能力。

在機(jī)械制圖教學(xué)過程中，由于空間想象能力有限，學(xué)生對(duì)某些難點(diǎn)學(xué)習(xí)起來較吃力，這時(shí)在教學(xué)中使用SolidWorks軟件輔助教學(xué)，將二維視圖的概念轉(zhuǎn)換為三維形態(tài)，便于學(xué)生對(duì)難點(diǎn)的理解，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，通過教學(xué)實(shí)踐，這種方法取得了很好的教學(xué)效果，是非常適合教學(xué)的。

（作者單位：廣東省中山市技師學(xué)院）

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