基于虛擬技術的《機械制圖》教學改革構想與實踐*

李潔（瀘州職業技術學院 四川 瀘州 646005）

基于虛擬技術的《機械制圖》教學改革構想與實踐*

李潔
（瀘州職業技術學院 四川 瀘州 646005）

為培養適應新形勢的高級技能型應用人才，創建虛擬模型庫，并利用UG和Pro/ENGINEER軟件創建通用機械零件的虛擬模型，進行機器的三維裝配和運動仿真，構建基于虛擬裝配的《機械制圖》虛擬實驗教學模式，改革教學方法，激發學生的學習興趣，為后續課程打下基礎。

虛擬技術；機械制圖；教學改革；構想

《機械制圖》是高職機電類專業學生必須掌握的一門實踐性較強的技術基礎課，其主要任務是培養學生具備識讀和繪制中等復雜的零件圖、簡單裝配圖的能力。高職學生學習《機械制圖》的一大障礙就是缺乏空間想象力，這使學生感到學習《機械制圖》很困難。尤其是在學習零件圖和裝配圖時，由于高職學生抽象思維能力一般不強，無專業工作經歷，在校“見識”機會又少，在書本和黑板上見到一些機構和零件圖，他們無法與實際工作中的實物聯系起來。因此，在教學中首先應解決學生的感性認知問題。

對此，我們創建了虛擬模型庫，利用UG和Pro/ENGINEER軟件對工程中的一些典型機構進行虛擬零件的創建，并采用虛擬裝配和動態演示的方式構建了《機械制圖》虛擬實驗教學模式。通過產品的運動模擬，學生可清楚認識機械零件的機構運動規律及其工作原理，更容易理解機械零件的二維設計圖，提高學習興趣，為后續課程的學習打下基礎。

《機械制圖》教學現狀

在傳統的《機械制圖》教學中，教師采用大量板書、板畫，再加上掛圖、實物模型進行課堂教學，教師講起來費勁，學生聽起來也很吃力，教學效果并不理想。

隨著計算機科學技術的迅猛發展，目前，國內高職院校《機械制圖》課程大多已將《機械制圖》與《AutoCAD》進行了融合，應用計算機輔助繪圖平臺，創建虛擬模型庫，用三維空間培養學生的想象力和創造力。但利用AutoCAD的實體造型功能創建的虛擬實體還只能給學生呈現直觀的三維動態對象，并未真正實現機械零件及其裝配構型的三維實體動態演示教學，學生難以想象出機器的裝配構型和運動關系，仍不易學會讀、繪裝配圖。

通過對我院機械系2008、2009級學生的調查發現，目前《機械制圖》教學主要存在以下問題：（1）學生總體素質較差，缺乏空間思維能力，對《機械制圖》教學難以適應；（2）在分析幾何形體的結構以及講解機件表達方法時，缺乏形象生動的教學手段；（3）教師教學觀念、教學方法存在差異，部分教師在教學上以教師為中心，以知識傳授為主，沒有探討出體現個性化、靈活的教學方法，面對眾多后進生，感到無所適從，只是一味抱怨，這種以教師為中心的行為教學模式不利于學生學習能力的提高；（4）實踐機會少，“閉門造車”使教學脫離實際；（5）繪圖軟件太單一，不利于學生能力的提高。

為了更好地激發學生學習《機械制圖》課程的學習興趣和學習主動性，我院教師一直在尋找更好的教學方式，而虛擬現實技術給我們提供了很好的平臺。運用虛擬現實技術，可把學生感到抽象難懂的內容用直觀形象的虛擬模型展示出來，并通過虛擬裝配和動態演示方式給學生呈現出較真實的運動關系。這樣，可大大激發學生的學習興趣，提高學習效率。運用虛擬現實技術制作的課件與傳統課件相比交互功能更強，傳輸速度更快。

改革的思路

我們結合本院各專業特點和用人企業的要求，將專業必需的制圖知識進行優選重組、整合，在課程體系、教學內容、教學方法、考核手段等方面進行了大膽改革。課程整合時，淡化理論，突出知識的應用，強化理論與實際的緊密聯系和能力培養，并將工程實例引進課堂，利用計算機輔助平臺，通過虛擬裝配和動態演示方式增強學生的感性認識，圍繞學生職業能力需求和國家職業資格考試大綱設計實踐教學內容，有效促進了學生實際技能的提高，使課程具有很強的實用性，更好地體現了高職高專的辦學特色。

通過改革，重點培養學生的以下能力：（1）空間思維和幾何抽象能力；（2）繪制和識讀零件圖及裝配圖的能力；（3）利用現代設計技術進行工程設計與表達的能力；（4）自學能力。

改革的內容

（一）構建新的教學體系

通過借鑒國內高職院校《機械制圖》課程的教學改革成果，并結合用人單位對課程的教學要求，我們對本課程內容進行了較大幅度的改革。改革主要表現在以下幾方面：（1）將畫法幾何內容適當削減，刪減點、線、面的投影分析部分，在教學中突出體的地位。畫法幾何的點、線、面是空間幾何物體的抽象，我們盡早引入體的概念，盡量將抽象的點、線、面與立體聯系起來。（2）突出圖示法，削減畫法幾何圖解部分，如投影變換求一般位置直線實長及一般位置平面實形、平面與直線的交點等不再講授。（3）降低畫法幾何中截交線及相貫線內容的難度，只要求學生掌握其概念、畫法和大致趨勢。（4）調整教學內容，把三維設計技術融入《機械制圖》教學，加強學生對三維形體的想象、構形、分析、表達的能力以及三維形體和二維圖形相互轉化的能力。（5）在零件圖部分采用案例教學法，將工程中典型機構以虛擬裝配形式演示給學生，再以機構中的典型零件為案例進行零件圖的繪制和分析。表1為《機械制圖》課程的教學安排。

表1 《機械制圖》課程學時及內容安排表

這樣，通過對《機械制圖》課程教學內容的調整，構建了適合高職特點和學生認知規律的《機械制圖》教學模式。通過遴選工程中典型機構，開發典型機構產品案例庫，并對機構進行虛擬裝配和動態演示，從而形成了一套《機械制圖》虛擬實驗教學模式，更有利于基礎課與專業課程融合。

（二）改革教學方法

長期以來，課堂講授、課后學生做作業、理論課后再進行實驗教學是各院校專業課程的一般教學模式。這種教學模式不利于培養學生的創新思維能力。因此，應改變這種傳統的教學模式，盡量多給學生留下思考的時間和動手的機會。

結合《機械制圖》教學現狀，為了滿足機械類專業培養高級技能型人才的需要，我們對《機械制圖》的教學模式進行了一定的改革。（1）改變傳統的掛圖教學模式，引進虛擬技術；（2）根據學生的個體差異，實行分層教學；（3）改革成績考核方式，綜合評定學習成績；（4）注意理論與實踐相結合，加強實踐性教學，著力培養和提高學生的動手和創新能力；（5）精講多練，提高學生的空間想象力。

（三）創建虛擬模型庫及典型機構

為幫助學生增強感性認識，達到空間思維能力培養的目的，在《機械制圖》教學中使用模型是必不可少的。但傳統的模型存在攜帶不便、數量有限、色彩單調、不便于學生課后自學等不足。我們利用AutoCAD的實體造型功能，將習題中的相關實體創建出來，構建虛擬模型庫，并將其上傳到互聯網上。這樣，使得在教學中對知識難點的講解更加清晰、生動、形象，教師可以針對不同的教學對象、教學要求調整現有的模型，按需求造型以及修改模型。建立虛擬模型庫后，學生在課后自學過程中遇到困難，可通過校園網進入虛擬模型庫，找到習題對應模型，進行三維觀察，輔助完成課后練習，從而方便學生課后自學。

對零件圖和裝配圖部分，由于高職學生缺乏實踐經驗，對裝配體的結構、工作原理、零件間的裝配、連接關系及主要零件的結構形狀都缺少感性認識，普遍感覺學習比較困難。我們結合各專業的特點，分別遴選兩到三個典型機構，利用UG和Pro/ ENGINEER提供的裝配機構模塊和動畫模塊，將機構中的各零件制作成三維實體，再把多個三維實體零件裝配在一起形成裝配體，并對裝配體進行了模擬裝配和動畫演示。

為了適應社會生產變革的需要，必須加強《機械制圖》課程的改革，對原有課程調整、合并、精簡，對學生加強軸測圖、草圖繪制和計算機繪圖技能的訓練，以及標準意識的培養，使學生自覺貫徹最新標準。我們在《機械制圖》課程中融入計算機繪圖、三維數字建模相關知識，在教學內容與教學方法上進行改革，重新調整了本課程的發展方向，優化了學生的知識結構，加強了工程技術基礎知識的傳授。此外，“三維實體造型”內容的引進，進一步豐富了《機械制圖》教學的內涵，為在開發學生創新能力培養體系中確立本課程的基礎地位發揮了積極的作用。

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G712

A

1672-5727（2011）09-0167-02

李潔（1973—），女，四川瀘州人，瀘州職業技術學院副教授，主要從事機械基礎系列課程教學與研究。