基于立體化教學的機械制圖課程實踐平臺設計

黃燕鈞

摘 要：學好機械制圖是走進機械大門的第一步，擁有各種各樣的輔助學習工具和方法，然而更需要一個可以動手實踐的平臺來加深學生對知識的理解。機械制圖課程實踐平臺則可以為學生學習機械制圖提供幫助。學生通過自選型腔模塊，用橡皮泥填充，可以做出任何想要的模型，然后通過投影得到相應的視圖。如果發現投影得到的視圖與要求的不一致，可以重新做一次，直到正確為止。實現了由圖到物和由物到圖的雙向功能，不但大大減輕了學生的學習負擔，而且還可以培養學生的動手能力和空間想象能力。

關鍵詞：機械制圖；模型；投影；實踐

機械制圖是進入大學學習機械專業的第一門課程，為后續的專業課程打基礎。在學習的過程中，雖然課堂有老師的PPT講解，三維軟件的建模或者是用木模演示，但這畢竟有很大的局限性。這些只是針對書本上的例子來舉例，可能學生聽過后會明白，但一到課后練習或遇到難一點不會做的題目時，由于剛接觸這門課程，空間想象能力不是很強，所以會束手無策。為此，對機械制圖課程改革進行了很多方面的研究。在這種情況下，有必要設計一個立體化教學的機械制圖課程實踐平臺，通過機械制圖課程實踐平臺，學生可以根據所給的視圖，選取相應的型腔，做出想要的實體模型，通過對比投影視圖，得出所需答案。機械制圖課程實踐平臺的意義在于，它可以充分調動學生的積極性和學習興趣，通過自己實際動手操作，解決學習中的疑難點，加深學生對課本知識的理解。

機械制圖課程實踐平臺的構思：機械制圖課程是機械專業的基礎課，同時也是電機類專業的必修課。本著為學生能更好地掌握制圖的這門課程而設計的實踐平臺。

針對學生剛接觸這門課程時，不能準確地在腦海中將零件的三視圖對應的三維立體圖想象出來，導致在看圖、識圖到畫圖的整個過程中存在困難。比如，在學習相貫線或其他組合體，或者是通過兩個視圖，想出立體模型，再畫出第三個視圖等這些知識難點時，需要學生充分發揮空間想象能力，初學者一般達不到此要求。因此，我們的機械制圖課程實踐平臺可以輔助學生學習這門課程。本實踐平臺由兩大部分組成，即機械模型實踐部分和投影儀部分。前者包括操作底板，型腔模塊，橡皮泥；后者包括單片機最小系統，無線模塊，電動機驅動模塊及燈光系統。學生可以根據零件的三視圖，合理選擇型腔模塊，用橡皮泥填充并壓緊，得到相應的實體模型，加深對投影知識的理解，最后還可以放到投影臺進行投影，體驗一下正投影的感覺。本實踐平臺可以實現零件三視圖和三維實體之間的雙向知識流動。下面介紹實踐平臺的設計過程：

一、機械模型設計

結合工程實際中典型的形體結構，做出型腔模塊。通過選取所需的型腔模塊，放在操作底板上，逐漸填充橡皮泥，用塑料棒壓緊，完成后取出模型。對于相貫模型，分兩步進行，可以選擇用塑料貼膜隔開，得到相貫實體的一部分；另一部分選用不同顏色的橡皮泥，便可得到明顯的相貫線。還可以通過對橡皮泥的切割，自由組合成不同的組合體。各模型實體效果圖如圖1、圖2、圖3。

二、投影電路控制部分

1.單片機最小系統

圖4是單片機最小系統的電路設計原理圖，此電路的主要功能是用程序控制步進電機的正反轉和轉速。

2.電動機驅動模塊

如圖5是電動機的驅動模塊，通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉，停止的操作。

3.無線模塊

通過遙控器發射信號解碼板接收信號傳遞給單片機，從而控制電動機的正轉反轉，使展示平臺變得方便控制，課堂變得智能、靈活。如圖6。

4.燈光系統

燈光照射系統由照射燈、旋轉臺和投影板組成，我們將制作成功的模具平放在電動機上面讓它轉動，通過燈光的照射使影子投影到投影板上，通過讓模具90°、180°、270°、360°的旋轉，可在投影板上呈現不同的光影，可以直觀地看到模具外輪廓的投影。

三、創新點及應用

（1）在機械制圖學習過程中，學生面對一堆的點、線、面和復雜的立體時，難免會覺得枯燥乏味。通過本實踐平臺，學生親自動手做出模型，則可大大提高學生的學習興趣，在趣味中培養創新能力。

（2）該制圖實踐平臺簡單易行，成本低。由于使用的是橡皮泥，所以可反復利用，且做出的實體模型可以剖開，方便觀察其內部結構。

（3）把傳統的純理論機械制圖教學轉變為“理論+實踐”相結合的教學方式，使學生更好地理解書本知識。

（4）學生通過自己的實踐操作，可以促進學生的互動性，提高空間想象力，同時還可以提高學生的動手能力。

機械制圖課程實踐平臺能實現動手制作制圖模型，達到便于理解制圖知識重點和難點的目的，且結構簡單、靈活多變、成本不高，可以應用在機械制圖實驗室，為機械制圖初學者提供更好的幫助。隨著型腔模塊的多樣性，還能推廣應用到其他機械類課程中。

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基金項目：廣西高等教育教學改革工程項目（2013JGA238）；梧州學院教育教學改革項目（wyjg2008A007）。

編輯 溫雪蓮