在中職《機械制圖》教學中運用Solidworks三維造型軟件的改革實踐

廣東 陳文昀

在中職《機械制圖》教學中運用Solidworks三維造型軟件的改革實踐

廣東 陳文昀

通過本校《機械制圖》教學改革的實踐，闡述三維造型軟件Solidworks的優點極其在教學中的輔助作用。

繪圖效率；模型輔助教學；空間思維能力；三維模型庫；二維工程圖庫；成績對比分析

《機械制圖》是中職機械專業學生必修的一門專業技術基礎課。許多學生都反映這門課難學，其中相貫線、組合體以及表達方法等部分反映的問題較多。一直以來傳統制圖課的教學手段是粉筆、黑板、模型加掛圖，直觀性較差，容易造成抽象、難懂的情況。而近年也采用了一些較先進的多媒體教學手段，通過Powerpoint或CAD軟件的多方位演示增強直觀性，培養學生的空間想象力，提高學習興趣。但由于中職的學生年齡小，觀察力有限，空間想象力不夠，特別是對從沒有接觸過的機械零件缺少感性認識，所以在制圖課學習中對圖形的理解十分被動，無法有效提高學習效率。近年來，很多教師為了提高教學質量，在《機械制圖》教學中運用Auto CAD繪圖配合教學，以使教學過程生動活潑，增強學生學習的興趣，并且取得了一定的效果。但是由于AutoCAD功能強大，操作起來不方便，特別是三維繪圖部分學習難度比較大，所以在CAD輔助教學中主要運用的是二維繪圖部分，對學生的空間想象能力仍然未能充分開發。

為了進一步提高《機械制圖》教學質量，我校在兩個機械專業中職班中進行了教學試點改革，在《機械制圖》教學中融入Solidworks三維造型軟件，充分調動學生的學習積極性，最大限度的開發學生的空間想象能力和動手能力，提高整體素質。

一、Solidworks三維造型軟件的優點

Solidworks三維造型軟件在易學、易懂、實用、繪圖效率等方面有許多優點，具體如下：

1.創新的、易學易用的而且價格便宜的Solidworks是Windows原創的三維設計軟件，其易用和友好的界面，可以十分方便地實現復雜的三維零件實體造型、復雜裝配及生成工程圖。圖形界面友好，易學易用，用戶上手快，因此在世界范圍得到了廣泛應用。

2.利用 Solidworks的拉伸、旋轉、掃描、放樣、倒角、抽殼、倒圓等基于特征的三維實體造型工具，能夠方便、快捷地創建任何復雜形狀的實體。通過草圖的幾何約束和尺寸約束功能，能構造出尺寸十分精確的三維模型。Solidworks的三維模型可以自動生成精確的二維工程圖紙，包括基本視圖、斜視圖、剖視圖及軸測圖等，并可以在二維視圖中顯示尺寸和技術要求。

3.Solidworks的三維模型可以自動生成精確的二維工程圖紙，包括基本視圖、斜視圖、剖視圖及軸測圖等，并可以在二維視圖中顯示尺寸和技術要求。對于數控專業、模具專業及汽修專業的學生來講，專業課中將學到Solidworks或其他的三維造型軟件，將有助于他們以后的學習。

二、本次《機械制圖》教學試點改革中Solidworks三維造型軟件的輔助作用

1.Solidworks在模型輔助教學方面的作用

《機械制圖》教學內容大致包括制圖基本規定與幾何作圖、投影法、三視圖、軸測圖和組合體、零件圖、裝配圖部分等。其中，三視圖、軸測圖和組合體是教學中的重點難點，在培養學生空間思維能力等方面起關鍵作用，同時也是學習零件圖和裝配圖的基礎。所以，如何提高這一部分的教學質量是制圖老師需要考慮的問題。在這部分教學中，需要大量的模型，模型增加了學生感性認識的機會，減少了教師授課以及學生接受的難度。因此，要提高教學質量，必須要有足夠多的且靈活使用的模型。一般情況下，教師都使用實物模型，但是實物模型體積大，攜帶不便，不能修改，而且數量少不能滿足師生使用要求。無現成模型時，教師只好自制模型，費時、費力，效果還不好。使用掛圖或者在黑板上繪制軸測圖，既不準確而且仍然屬于平面圖形。Solidworks強大的實體造型功能，幫助我們克服了實物模型教學的種種不足，讓制圖課更加形象生動、直觀高效、提高教學質量。Solidworks從創建零件，組裝多個零件，到渲染零件和零件的動畫制作，都是在三維環境下進行的，而且可以旋轉、移動零件，從各個角度觀察零件。例如相貫線是教學中的難點，教師可以運用Solidworks的拖動功能很方便地造型，隨時改變尺寸，并且利用零件分割或者截面功能顯示內部結構。本次教改學校組織人力，結合《機械制圖》教材及習題集，用Solidworks建造模型庫。教師可以根據教學所需而選用模型，還可以自己創建模型。模型庫的建立與應用，克服了實物模型教學的諸多缺點，減少了學生的學習難度，激發了學生的學習熱情，極大地提高了《機械制圖》教學的質量。

2.Solidworks在培養空間思維能力方面的作用

為培養學生空間思維能力，需要進行大量的二維與三維之間的雙向思維訓練。比如由軸測圖畫出三視圖，由三視圖畫出軸測圖。這些訓練往往需要學生在課后進行。在以往的教學中，學生做練習，只能借助橡皮泥、同學之間對答案、互相討論等低效手段來進行。可是由于學生初學制圖，空間思維能力弱，缺乏感性認識，缺乏有效的自主學習條件。在練習過程中得不到及時的指導和糾正，從而產生畏縮情緒，失去學習興趣。俗話說“興趣是最好的老師”，學生一旦失去了興趣，教師再怎么努力，教學質量也難以提高。可見，要改善教學狀況，提高教學質量，需要大幅度增加學生感性認識，為學生提供必要的良好的自主學習條件。Solidworks能很好地實現二維工程圖的自動形成，且二三維雙向關聯，具備完備的智能化標注能力和二維工程圖的編輯、修改能力等。為此，在建造模型庫的同時，也利用此功能建造了相應的二維工程圖庫。這樣，學生在自學自練過程中，就得以及時判斷自做習題的正誤及問題所在，并能及時進行糾正。有了三維模型庫和二維工程圖庫，學生增加了表象積累，啟發了思維，拓寬了他們的想象力。經過一段時間的三維和二維之間的雙向思維訓練，學生感性認識不斷增強，空間思維能力不斷提高，因而也不斷體驗到學習的快樂，從而產生了強大的學習動力，《機械制圖》的教學質量也因此得到了極大提高。

三、在教學中對學生普及Solidworks設計軟件的操作方法

教師在使用Solidworks軟件講解制圖知識的同時，可進一步講解Solidworks軟件的使用方法，讓學生親自動手，從前期制作簡單的基本體，中期制作組合體，后期制作較復雜的剖視零件，一步一步的開發他們的創造力和培養學習的獨立性，充分發揮Solidworks設計軟件繪圖操作簡單直觀、立體形象化的特點（一般技校生學習4個課時即可畫出簡單的基本體），大大增強學生對抽象事物的理解與感受，使學生能在任意角度觀察到物體的投影變化，降低了相應知識點的學習難度，激發學生對《機械制圖》課的學習興趣，彌補傳統教學方法在直觀感、立體感等方面的不足、教學效率低等缺點，取得傳統教學方法無法比擬的教學效果，將課堂教學引入全新的境界，教學效率得到大幅度的提高。

四、本次教學改革的效果

1.對試點班級(總共兩個教改班級和兩個普通班級)的期末考試成績作橫向對比和分析，結論如下：

（A班為高職預備班，B班為普通中職班）

通過下圖分析，可以看到教改班級的考試合格率、平均分、高分率等指標均高于普通教學班級，教學效果良好。（圖一）

2.對學生的問卷調查

問卷題目一：你對機械制圖課感興趣嗎？對機械制圖課老師的教學方法滿意嗎？（圖二）

問卷題目二：你認為什么時候開始學習計算機繪圖比較合適呢？（圖三）

并且我們還對教改班同學的期末教學評議進行了分析，同學們對《機械制圖》課授課老師的的教學滿意度均為100%，證明學生是支持教學改革，對教學改革有較高的熱情，認為這項教學改革是好的、成功的、有必要的。

五、本次教學改革的結論

通過試點教學改革發現，教改班級學生的空間想象能力明顯比普通教學班級的學生強，在解答題目的時候反應快了不少，較容易想象出物體的空間造型。特別是在制圖學習中比較難掌握的組合體的“二補三”、“補缺線”、剖視圖、斷面圖等部分，教改班的學生可通過主動運用Solidworks軟件的操作，將平面圖形上的抽象圖形轉化為具體的三維立體，大大提高了他們的空間想象力和創新設計能力。大部分學生都希望能在學習《機械制圖》的過程中同時學習相關的計算機繪圖軟件，特別是教改班的同學通過課程改革教學后，均認為應該在學習機械制圖的同時也學習《計算機三維實體造型》內容，課改對培養他們的自我解題能力、創新設計能力、實際動手能力、學習興趣等方面有很大的幫助。通過進行這次課程改革，打破了以教師為中心的傳統教學模式，構建以學生為認知過程的主體。在教學目標的設置、教學設計和教學過程中著重體現學生主動參與雙邊活動的新型教學模式，同時也培養及強化了師資隊伍，提高了任課老師的綜合素質。

[1]張燏.三維造型軟件Solidworks在機械制圖教學中的運用.本溪冶金高等專科學校學報，2010.(7）152-153.

[2]楊國新，王定標.基于SolidWorks的機械零部件虛擬裝配體設計技術.煤礦機械，2007.(7)：75-76.

[3]張婷.中職機械制圖課課程改革結題報告.廣州市輕工高級技工教學改革小組，2010.1.

（作者單位：廣州市輕工高級技工學校汽車工程系）

（編輯 王旸）