SolidWorks設(shè)計軟件在專業(yè)教學(xué)過程中的應(yīng)用和探索*
——以《機械制圖》課程為例

肖 舫，丁海波（蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，江蘇蘇州215021）

SolidWorks設(shè)計軟件在專業(yè)教學(xué)過程中的應(yīng)用和探索*
——以《機械制圖》課程為例

肖 舫，丁海波
（蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，江蘇蘇州215021）

SolidWorks設(shè)計軟件應(yīng)用于《機械制圖》課程教學(xué)可以很好地解決教學(xué)模型數(shù)量少、不便攜帶等問題，同時還可以促成這門課程教學(xué)方法的改進(jìn)。通過該軟件的教學(xué)應(yīng)用，教師在授課中可以充分兼顧學(xué)生學(xué)習(xí)上的個性不同，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新興趣。初步的教學(xué)實踐證明，SolidWorks設(shè)計軟件應(yīng)用于《機械制圖》課程教學(xué)是可行的、效果是良好的，而且在其它專業(yè)課程教學(xué)中還有進(jìn)一步借鑒和拓展的空間。

SolidWorks設(shè)計軟件；《機械制圖》課程；教學(xué)模型

高職院校為適應(yīng)企業(yè)對技術(shù)人員素質(zhì)的需求，在教學(xué)過程中十分強調(diào)理論和實際一體化的教學(xué)模式。而高職學(xué)生的特點，需要在教學(xué)過程中更強調(diào)教學(xué)內(nèi)容的直觀性和實踐性，但實際上教學(xué)投入、教學(xué)課時限制、教學(xué)內(nèi)容單一和陳舊等問題的解決與突破一直是專業(yè)教學(xué)改革的重點。

SolidWorks設(shè)計軟件是一款功能強大、易學(xué)易用，主要應(yīng)用于機械工程的優(yōu)秀設(shè)計工具軟件。它的應(yīng)用主體是企業(yè)。將SolidWorks設(shè)計軟件應(yīng)用于教學(xué)，進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)和實踐就是我們在專業(yè)教學(xué)改革上的新思路之一。

一、《機械制圖》課程教學(xué)過程中遇到的問題及解決問題的初步嘗試

《機械制圖》雖然是一門“古老”傳統(tǒng)課程，這門課程對于機械工程領(lǐng)域而言是重要的基礎(chǔ)課程。然而想要真正教好這門課，確實是件不容易的事，學(xué)生要學(xué)好這門課必須進(jìn)行大量的觀察、思考和練習(xí)。《機械制圖》課程教學(xué)地點通常是普通教室，在教學(xué)過程中突出的問題是教學(xué)模型數(shù)量太少，模型體積太大攜帶不便，示教視角很難兼顧到所有的學(xué)生，而且學(xué)生學(xué)習(xí)的過程很被動。

為達(dá)到更好的教與學(xué)目標(biāo)，教學(xué)改革是首當(dāng)其沖的事。2008年筆者教授《機械制圖》課，課程中的難點和重點是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生大腦對于實體二維與三維的思維轉(zhuǎn)換以及正確的表達(dá)，所以每個學(xué)生非常有必要對模型進(jìn)行大量的、反復(fù)的、仔細(xì)的、長時間的并且具有個性化的觀察、分析和討論。

基于以上情況，我們把SolidWorks設(shè)計軟件應(yīng)用于《機械制圖》教學(xué)，從教學(xué)效果和學(xué)生的評價來看，雖然授課地點是配有投影儀的普通教室，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺少了一些主動性，但是這個初步的探索是成功的，這一條路是值得走下去的。

2011年筆者開設(shè)《基于SolidWorks機械結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程，有機會同時教授《基于SolidWorks機械結(jié)構(gòu)設(shè)計》和《機械制圖》兩門課程，而且授課地點都是多媒體教室。這為進(jìn)一步在專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中應(yīng)用SolidWorks軟件工具的改革和實踐創(chuàng)造了極為有利的條件，并且取得了非常好的教學(xué)效果，同時也獲得了十分珍貴的教學(xué)實踐經(jīng)驗。

二、對教學(xué)中遇到的問題和解決方法進(jìn)一步分析和討論

1.對于實體進(jìn)行二維、三維的思維轉(zhuǎn)換及正確的表達(dá)訓(xùn)練

通過對實體模型的空間想象以及不同角度觀察的結(jié)果，用機械制圖規(guī)定的方式進(jìn)行二維的圖形表達(dá)，這叫做三維轉(zhuǎn)換二維的思維訓(xùn)練。利用機械制圖規(guī)定的方式對空間實體的二維圖形表達(dá)進(jìn)行想象，在大腦里形成該實體的空間形狀，這叫做二維轉(zhuǎn)換三維的思維訓(xùn)練。前者主要對應(yīng)于機械工程設(shè)計的基礎(chǔ)，因為工程師在設(shè)計某一個零件時首先應(yīng)該想象出它的空間結(jié)構(gòu)并且在設(shè)計圖上正確地表達(dá)出來。后者是消化技術(shù)資料和學(xué)習(xí)研究的基礎(chǔ)，因為工程師要看懂一個零件設(shè)計圖首先要根據(jù)以二維方式表達(dá)的設(shè)計圖想象出零件的空間結(jié)構(gòu)。在《機械制圖》教學(xué)中對學(xué)生進(jìn)行三維和二維概念轉(zhuǎn)換的訓(xùn)練應(yīng)該在正反兩個方面同時進(jìn)行，相互促進(jìn)循序漸進(jìn)。三維和二維概念在大腦中的互為轉(zhuǎn)換就像是一門“功夫”，必須要經(jīng)過大量艱苦的訓(xùn)練才能熟練掌握。由于這種訓(xùn)練既有三維的直觀性，又有二維的抽象性和關(guān)聯(lián)性，所以上好這門課必須依賴于實體模型庫來配合教學(xué)。

2.示教模型應(yīng)用中存在的問題

示教模型與真正零件之間的關(guān)系應(yīng)該是一個由簡單到復(fù)雜、由理想到實際逐漸過渡的過程，這個過程在學(xué)習(xí)中是漫長的、艱難的。這個“逐漸過渡的過程”通常需要數(shù)百個模型才能滿足，然而在通常的教學(xué)過程中這是辦不到的。

一般在教學(xué)中使用的是數(shù)十件一套的木質(zhì)或塑料模型，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法雖然“看得見、摸得著”立體感強，但是數(shù)十件模型擺在教室里已經(jīng)是一大堆了，何況數(shù)百件呢？同一種模型學(xué)生每人一件去觀察、研究又如何能辦到呢？所以傳統(tǒng)的教學(xué)方法存在的問題是：由于模型體積與數(shù)量的矛盾，使示教模型在教學(xué)過程中的使用數(shù)量與實際需要相去甚遠(yuǎn)，而且存在課堂上眾學(xué)生盯著一個模型看或者大家傳看模型的情況，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率低且無法兼顧學(xué)生接受能力的差異。

另外，現(xiàn)在市面上出售的成套教學(xué)模型都集中于簡單的基本空間體，也就是說在教學(xué)的初期還有模型可用，以后就難免會出現(xiàn)空洞化的問題，從而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)《機械制圖》課程時出現(xiàn)難學(xué)、學(xué)得慢、似懂非懂、專業(yè)基礎(chǔ)不牢固的問題。由此可見，傳統(tǒng)教具制約了教學(xué)方法的改革，教具的問題成為了瓶頸。鑒于《機械制圖》這門課程的重要性以及教學(xué)任務(wù)重、時間緊的情況，如何通過創(chuàng)新來解決模型的問題，已經(jīng)變成了當(dāng)務(wù)之急。

3.教學(xué)中解決共性問題和解決個性問題的辯證統(tǒng)一

解決共性問題始終是教學(xué)改革的重點，但是在一定程度上共性和個性則相互矛盾。如果要進(jìn)一步提高教學(xué)效果和教學(xué)效率，就必須在這一對矛盾的調(diào)和及解決上有所突破，就需要進(jìn)一步強化教學(xué)過程中對于學(xué)生個性差異的兼顧；強化學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性、創(chuàng)新性和成就感；強化學(xué)生學(xué)習(xí)方法和知識的拓展。由于單一使用實物模型傳統(tǒng)教學(xué)手段的長期存在，從而使上述問題的解決難以實現(xiàn)突破。

4.SolidWorks設(shè)計軟件在教學(xué)中應(yīng)用的可行性

SolidWorks設(shè)計軟件以及多媒體教室在 《機械制圖》教學(xué)過程中的有效應(yīng)用，提供了一個解決問題的基本思路和條件。這個思路就是以SolidWorks設(shè)計軟件來解決模型的問題，以多媒體教室解決個性化教學(xué)作為切入點，并由此派生出在《機械制圖》課程教學(xué)方法上的改革。基于SolidWorks設(shè)計軟件具有自由建模而且立體效果極強、自由旋轉(zhuǎn)觀察、多視向定向觀察、實體顯示樣式的多樣化、實體任意剖切、實體三視圖自動生成、虛擬裝配和動畫生成、虛擬運行等功能，使之在專業(yè)教學(xué)過程中進(jìn)行二次開發(fā)應(yīng)用成為可能。

教學(xué)中利用多媒體教學(xué)環(huán)境可以大大減少對實物教具的依賴，并且能夠大大增加教學(xué)過程的靈活性、多樣性和個性化，可以極大地、動態(tài)地豐富示教模型庫。同時每個學(xué)生都可以發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，根據(jù)自己的需要和興趣自由地設(shè)計自己的模型，并以此消除學(xué)生對《機械制圖》課程的畏懼感，增加學(xué)習(xí)興趣和成就感。因此，SolidWorks設(shè)計軟件所具有的虛擬化、柔性化、個性化以及功能多樣化的特點，使其不但在企業(yè)中應(yīng)用于機械工程的設(shè)計和技術(shù)分析，而且在教學(xué)中也可以應(yīng)用于專業(yè)課程的教學(xué)，甚至是針對工業(yè)案例進(jìn)行技術(shù)分析和創(chuàng)新訓(xùn)練，并以此貫穿于學(xué)生的學(xué)習(xí)和就業(yè)，使之成為學(xué)生職業(yè)生涯可持續(xù)發(fā)展的有力助手。

三、SolidWorks設(shè)計軟件應(yīng)用于《機械制圖》課程的教學(xué)實踐

教師利用教師機的模型庫按照教學(xué)計劃進(jìn)行統(tǒng)一講解，學(xué)生各自調(diào)出模型進(jìn)一步自由觀察理解，學(xué)生提出問題教師解答，學(xué)生做課堂練習(xí)并用SolidWorks設(shè)計軟件進(jìn)行輔助，鼓勵學(xué)生發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力，建立自己的模型庫進(jìn)一步分析研究和交流學(xué)習(xí)。

以下為SolidWorks設(shè)計軟件在《機械制圖》課程教學(xué)中的應(yīng)用案例：

（1）投影的概念：學(xué)生建立零件實體模型，在不同的視向進(jìn)行觀察和分析，形成概念發(fā)現(xiàn)規(guī)律。教師建立典型實體模型庫，用于講解、觀察分析、習(xí)題以及橫向拓展。通常需要建立200-300個不同復(fù)雜程度的實體模型，并鼓勵學(xué)生也建立自己的實體模型庫以便于學(xué)習(xí)和興趣培養(yǎng)，如圖1所示。

（2）軸測圖與三視圖的關(guān)系以及三視圖之間的關(guān)系：利用軟件可以自動生成實體三視圖以及自動通過變色顯示實體點、線、面對應(yīng)關(guān)系等功能，可以十分直觀和動態(tài)地講解和學(xué)習(xí)，如圖2所示。

圖1　實體模型

圖2　軸測圖與三視圖

（3）相貫線與截交線：利用軟件可以自動生成實體相貫線、截交線的功能，在教學(xué)過程中教師可以非常方便地展示任意條件下相貫線、截交線的形式和特點。可以鼓勵學(xué)生自己動手建模來觀察、學(xué)習(xí)和拓展，如圖3所示。

圖3　相貫線、截交線與截面視圖

圖4　零件圖

（4）組合體的形體分析：對于組合體的建模過程從根本上來說也是對組合體的分析過程，更是一個實踐的過程。教師通過組合體建模過程進(jìn)行同步講解。

（5）零件圖的表達(dá)方法：利用軟件截面視圖功能，可以對實體進(jìn)行任意、動態(tài)的剖切和展示，過程生動而直觀，如圖3所示。

（6）零件圖的工業(yè)案例技術(shù)分析：嚴(yán)格按設(shè)計圖建立零件模型庫，并且加上接近真實的顏色、紋理和光澤，力求逼真。這樣就可以解決實物零件數(shù)量少、種類單一、笨重不便攜帶和展示的問題，如圖4所示。

（7）零件圖的讀圖訓(xùn)練：讓學(xué)生自己動手，根據(jù)零件圖建模的過程也是其看懂設(shè)計圖所表達(dá)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的過程，如圖4所示。

圖5　虛擬裝配

（8）裝配圖的讀圖訓(xùn)練：讓學(xué)生自己動手，根據(jù)裝配圖進(jìn)行虛擬裝配的過程，也是其看懂裝配圖所表達(dá)零件裝配關(guān)系的過程，如圖5所示。

四、SolidWorks設(shè)計軟件在本專業(yè)其它課程教學(xué)中的應(yīng)用展望

通過對SolidWorks設(shè)計軟件有關(guān)實體建模及其多種直觀展示、受力分析、虛擬裝配、虛擬運轉(zhuǎn)、設(shè)計圖自動生成等強大功能的進(jìn)一步發(fā)掘和應(yīng)用，SolidWorks設(shè)計軟件完全可以擴展應(yīng)用于其它專業(yè)課程的教學(xué)中，如圖6所示。

圖6　SolidWorks設(shè)計軟件在其它課程中的應(yīng)用

五、總結(jié)

通過SolidWorks設(shè)計軟件在專業(yè)教學(xué)上的應(yīng)用，不但可以以全新的方式解決模型的問題，同時也帶來了教學(xué)方法上的變革。在專業(yè)教學(xué)過程中更有利于教師對知識的講解，更有利于學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。然而要讓SolidWorks設(shè)計軟件在專業(yè)教學(xué)上能夠充分發(fā)揮作用，還離不開任課教師的辛勤耕耘，離不開大量的準(zhǔn)備工作和積累工作。

［1］上海三澤信息技術(shù)有限公司.SolidWorks實戰(zhàn)教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2014：83-115.

［2］立雅科技.SolidWorks2004入門與實例講解［M］.北京：中國鐵道出版社，2004：76-92.

［3］劉小年.機械制圖［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2014：52-70.

［4］肖廣波.淺談機械制圖教學(xué)中存在的問題及對策［J］.新課程研究，2009，138（1）：144-145.

（編輯：李曉萍）

G434

B

1673-8454（2016）18-0041-03

江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目（編號：PPZY2015A088）。