基于VRML的工程圖學實踐教學的改革與實踐

　　摘 要： 在《工程圖學》教學中，實踐教學是提高學生讀圖能力的重要工具。通過構建虛擬實驗室，學生能夠通過網絡完成部分實踐教學任務，培養空間想象能力、空間思維能力、動手能力、創新能力和工程意識。因此作者開發了基于VRML的實踐教學平臺，編寫了教學與之配套的實踐教學指導書，將實物實驗與虛擬實驗有機結合，使學生能更好地掌握知識，搞好測繪實習。
　　關鍵詞： 工程圖學 實踐教學 虛擬教學平臺
　　
　　一、工程制圖實踐教學的現狀分析
　　在《工程圖學》教學中，實踐教學是提高學生讀圖能力的重要工具。“機械部件測繪”就是一門將理論知識轉變為實踐知識的課程，通過這個環節，學生可以在圖示能力、讀圖能力、手工繪圖能力、測繪能力和查閱技術文獻能力等方面受到一次綜合訓練。多年的教學經驗及畢業生的反饋信息表明，“機械部件測繪”不僅進一步提高了學生繪制機械圖樣的能力，而且對培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力和獨立工作的能力起到了重要作用。
　　目前國內大多數高校的“機械部件測繪”教學還是采用傳統方式，即老師講解、演示，再由學生自己動手。但是在多年的測繪實習過程中我發現在測繪過程中存在一些問題。
　　1.學生對測繪過程缺乏引導性。學生總是對測繪的先后順序比較模糊。
　　2.測繪部件缺乏完整性。測繪部件歷經多屆學生測繪后，難免出現零件丟失、損壞的情況，對后來測繪的學生造成一定的困難。
　　3.對部件測繪知識的了解應用缺乏全面性。在測繪實訓中，由于時間原因，往往是3—4人為一組測繪同一個部件，這樣他們往往只會關注自己測繪的部件，對其他常見測繪部件掌握較少，造成大部分學生對部件測繪知識的了解應用缺乏全面性。
　　而國外已經從傳統實驗轉為實物實驗與虛擬實驗相結合，充分利用先進的計算機設備進行虛擬仿真實驗教學，取得了較好的效果。基于以上思考，我在《工程圖學》實踐教學中應用“虛擬仿真實驗教學”，進行教學改革的探索。
　　二、工程制圖實踐教學的改革設想
　　VRML是一種用于建立真實世界的場景模型或人們虛構三維世界的場景建模語言。基于VR的虛擬仿真實驗能突破傳統教學手段上的局限，通過建設基于VR的實踐教學平臺，將實物模型以交互式動畫生動表示，使學生能360度自由觀看測繪部件，并預先進行虛擬裝配。如果能在測繪實踐教學中進行實物實驗與虛擬仿真實驗相結合的改革，則不僅可以在一定程度上彌補實驗資源的匱乏，測繪對象單一的缺陷，而且可以增強學生的感性認識和提高學生的學習興趣，增強教學效果，使其實踐能力、觀察能力及歸納能力等都得到很好的鍛煉。基于以上思考，我們對《工程圖學》實踐教學的教學模式，教學手段等方面作了一系列改革。
　　1.改革實踐教學思路，主要是構建虛擬教學平臺。建設以案例驅動為主線的“基礎—實踐—綜合訓練”循序漸進的學習體系，課堂教學注重基礎理論、基本概念，強調核心思想方法的訓練，并以案例貫穿，在實踐環節注重培養學生的自主學習、研究能力、分析能力、解決能力、綜合能力和創新能力。
　　2.建設與之配套的實踐教學指導書，并根據調查問卷及時作反饋修改，從而逐步形成交互式的《工程圖學》實踐教學新模式。完善學生所需要的知識結構與能力結構，對交互式教學在工程圖學實踐教學中的應用進行系統的研究，填補課程體系和評價體系的缺位，形成良性循環的交互式教學平臺。
　　三、基于VRML的虛擬教學平臺的構建
　　改革的關鍵是建成虛擬教學平臺，本項目初期建設中主要是采用solidworks2007，3D max，AutoCAD及VRML軟件系統設計虛擬實驗系統，使之能夠對齒輪油泵（圖1）的裝配進行動態模擬，通過影像、動畫等生動的形式對裝配過程進行動態模擬，充分發揮學生的主觀能動性，以利于學生獲得豐富的感性認識，激發學生進一步提出問題與尋求解決問題的興趣，拓寬學生的知識面，有效地支持理論學習。
　　在測繪實踐教學中，首先以實物模型為基本要素、主線，用VRML語言制作交互式模型庫，去解析零部件的形狀結構和測繪過程。然后布置測繪任務；觀測分析實物模型；教師依據實物模型通過虛擬輔助教學課件集中指導；學生依據實物模型，參照虛擬輔助教學課件自主測繪；教師集中講評。同時虛擬輔助教學平臺中配有少量文字說明的電子文檔對尺寸、技術要求、圖樣、作業要求指導。
　　四、測繪實踐教學的教材建設
　　完善教學體系，需要建立與之配套的實踐教學教材，目前《機械部件測繪實習指導書》在網上有很多參考版本，但是要和本校實驗條件符合，才能真正對實踐教學起指導作用。所以在教材建設中，我們在內容定位上，首先把測繪工具的使用、零部件的基本測繪方法、基本零件（軸、齒輪等）的測繪、閥類、泵類、夾具類（虎鉗）、減速器類典型零件的測繪作為主要內容。考慮后續課的需求還會加一些本學科前沿發展的新型零部件作為補充。其次在風格上與虛擬平臺配套。再次在體系上體現科學性、先進性，邏輯性、易讀性。最后是出精品教材，配合精品課程建設。
　　讓學生在前序基于VRML虛擬實驗教學平臺的指引下，到測繪現場根據配套的測繪實習指導書進行測繪實踐。根據網絡平臺和教材的反饋系統不斷改進發展，從而逐步形成交互式的《工程圖學》實踐教學新模式，形成良性循環的交互式教學平臺。
　　五、結語
　　工程圖學是一門歷史悠久的課程，隨著科技的發展，它面臨著內容增多而課時減少的困境。所以在教學過程中，有許多地方都是值得改革探討的。開發虛擬測繪教學平臺是為了改進測繪方法，提高測繪效率和效果。將前沿科技運用于現代教學中也是現在倡導的，雖然虛擬仿真實驗不能完全替代實物實驗，但可以探索將其作為實物實驗及課堂理論教學的補充。在實踐教學的改革方面，還可以將金工實習和測繪實踐教學虛擬部件測繪融合，把學生進行測繪、設計、生產加工一體化培養，將《機械制圖》更好地和專業相融合，促進后續課程的學習。這也是我們以后實踐教學改革的新方向。
　　
　　參考文獻：
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