三環(huán)三設(shè)提高機械制圖中的空間思維

汪怡青

（浙江省杭州市富陽區(qū)富陽學(xué)院，浙江 杭州 311400）

[摘 要] 分析了中職學(xué)校數(shù)控專業(yè)的機械制圖在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中遇到的問題，在三個環(huán)節(jié)通過不同方法以建立學(xué)生的空間思維，從本質(zhì)上解決機械制圖教學(xué)過程的重點和難點。

[關(guān) 鍵 詞] 微課；三維軟件；實物切割；工廠實訓(xùn)

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）03-0068-02

機械制圖是一門既有理論而又有較強實踐性的課程，是工程技術(shù)界的共同語言。每個學(xué)生的基礎(chǔ)各不相同這就造成了學(xué)習(xí)結(jié)果懸殊，而取決于此的正是空間思維。張載曾說：“教之而不受，雖強告之無益。譬之以水投石，必不納也，今夫石田雖水潤沃，其干可立待者，以其不納故也?！敝挥信囵B(yǎng)好學(xué)生的三維空間思維，才能真正建立學(xué)習(xí)信心，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，進一步提高職業(yè)素養(yǎng)。

機械制圖是用圖樣確切表示機械的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理和技術(shù)要求的學(xué)科。它的學(xué)科屬性決定了學(xué)好這門課關(guān)鍵是要培養(yǎng)空間思維，所以在不同的教學(xué)階段應(yīng)采用不同的方法以提高學(xué)生的空間思維。

一、認知階段

認知階段是從無到有的知識構(gòu)建，這個階段的學(xué)習(xí)難點是知道行業(yè)標準和規(guī)范，了解零件的組成方式和典型特征及畫法。采用的方法是信息化教學(xué)和個性化學(xué)習(xí)，載體是微課和三維軟件。

（一）微課播放，提高素養(yǎng)

以畫尺寸箭頭為例，教學(xué)上要求箭頭長寬比為1：6，學(xué)生畫的箭頭往往是接近1：1，而且剛學(xué)制圖學(xué)生對美的要求不是很敏感，畫得粗糙。傳統(tǒng)的PPT雖然展示了標準畫法，但畢竟一個機器畫一個手工畫沒有借鑒作用。經(jīng)過幾年的思考摸索，最終我找到了新方法，就是將演示的過程做成微視頻，利用鉛筆的柔軟，三筆畫出完美箭頭，學(xué)生一下子就明白了，與之前相比正確率由14%上升到80%。通過繪制箭頭學(xué)生明白了完成一項任務(wù)不僅要正確還要高效、美觀，這已經(jīng)潛移默化地培養(yǎng)了他們的職業(yè)素養(yǎng)。

微視頻還可以解決剖面線亂畫的問題。金屬剖面線要求與水平呈45°或135°，同一材質(zhì)剖面線相互之間間隔均勻。學(xué)生在畫圖過程中往往會出現(xiàn)角度不準確，間隔不均勻等問題。通過微視頻展示，充分利用45°三角板本身自帶的角度，將任一直角邊與作業(yè)本邊界平齊，45°斜邊就可以用來畫剖面線。解決間距均勻同樣也用三角板，三角板刻度的長度就是間距，由該方法畫出的剖面線間距均勻美觀。

微課視頻雖然很短，但它就像一根杠桿用小小的力解決了大大的難題。

（二）軟件輔助，實體轉(zhuǎn)換

組合體在機械制圖課程中既是重點又是難點，也是培養(yǎng)學(xué)生空間想象力的重要章節(jié)。空間想象力是人們對客觀事物的空間幾何形體進行觀察、分析、認知的抽象思維能力。對于簡單的切割，學(xué)生通過自身的空間想象力還是能夠完成的，但遇到比較復(fù)雜的切割組合，學(xué)生完成的時間就比較長。在做題過程中會產(chǎn)生“為什么會有這條線”，“新切割出來的平面我畫的對不對”“真希望看看立體圖”這樣的想法。不同班級、不同屆的學(xué)生能力不同，教師又不可能準備好每一個組合體的模型，此時，隨時可以制造的三維軟件就派上用場了。

三維軟件可以呈現(xiàn)不同角度的形態(tài)，與傳統(tǒng)模型每年要進行維護、維修、生產(chǎn)費用較高相比，三維軟件維護成本低并且不會因為尺寸的大小而受限制，三維圖可以隨時隨地生產(chǎn)。

通過軟件上的立體圖全方位展示，畫錯的學(xué)生能明白錯誤的原因，畫對的學(xué)生能更好地構(gòu)建他們的空間感。軟件還有一個優(yōu)點，就是可以隨時進行改變，讓學(xué)生觀察實體的改變對應(yīng)三視圖的改變。比如，兩圓柱相貫的時候?qū)W生不理解曲線的形成，終于理解了以后，兩圓柱直徑相同相貫線的投影又變成直線。此時通過三維軟件將圓柱直徑的變化展現(xiàn)出來，學(xué)生才能真正說服自己去理解。而三維圖對零件內(nèi)部進行切割，更能讓學(xué)生明白剖視圖。

我將兩個平行班做了對比，A班只是教師講解分析，B班教師講解分析的同時利用三維軟件進行輔助教學(xué)。對同樣的題目兩班的正確率統(tǒng)計如上表。

由此可以看出，通過三維軟件的輔助，學(xué)生的空間分析能力明顯增強，能夠比較容易地構(gòu)建零件的空間造型。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，將三維軟件應(yīng)用到機械制圖課中能大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力有著很大的作用，勢必起到事半功倍的教學(xué)效果。同時，為學(xué)生就業(yè)或者深造奠定了基礎(chǔ)，可以更加輕松地達到培養(yǎng)技能型專業(yè)人才的目標。

二、體驗階段

這個階段是聯(lián)系階段，是知識的內(nèi)化。從做中學(xué)，學(xué)中做。無論是微課還是軟件，對學(xué)生來說只是單一的視覺刺激。人的感覺器官有很多，觸覺與視覺相比更能激發(fā)神經(jīng)元的刺激。如果條件充足，實物接觸才是真正意義的理論和實踐相結(jié)合，學(xué)生如果沒有對實物的訓(xùn)練實踐過程，沒有對實物進行觀察、分析和感性認識，那課程也只是紙上談兵。當然實物有其優(yōu)點也有不足，主要表現(xiàn)在這幾方面：（1）模型太大不方便攜帶，太小學(xué)生看不清；（2）數(shù)量有限，不能讓人人都能全方位觀察；（3）價格高昂，一旦損壞難以修補。所以在一些教學(xué)內(nèi)容的處理上我盡量避免以上缺點。

（一）圓柱切割

在進行圓柱切割時，我選擇了當季的紅皮甘蔗，經(jīng)濟實惠并且皮和果肉顏色明顯區(qū)分，便于觀察。讓學(xué)生進行不同切割，觀察切大半和切小半時主視圖的變化。課堂上引導(dǎo)學(xué)生重點觀察容易犯錯的地方，整堂課下來，學(xué)生提高了學(xué)習(xí)積極性，錯誤率大大下降。對圓柱切割有個深刻的理解。

（二）其他

除了圓柱，對長方體的組合體我推薦用白蘿卜的切割或樂高積木的組裝，圓筒組合體用竹筒，球體切割用籃球、乒乓球……積極調(diào)動學(xué)生的手、眼、口、腦，將生活經(jīng)驗導(dǎo)入課堂，再進一步由課堂的系統(tǒng)學(xué)習(xí)到專業(yè)性。

教學(xué)發(fā)現(xiàn)，通過“實物化”的模型接觸，學(xué)生在后期學(xué)習(xí)過程中，如果再出現(xiàn)類似的圖形或結(jié)構(gòu)，就很容易想象出來。隨著實物模型數(shù)量的增加，學(xué)生頭腦中感性認識的模型越來越多，空間想象力就一步步建立起來了。通過實體讓學(xué)生融入環(huán)境中，可以激發(fā)學(xué)生思考，讓其成為知識的主人，以有限的課堂學(xué)習(xí)解決無限的專業(yè)問題。

三、實訓(xùn)階段

這個階段是職業(yè)實踐。在講授零件圖與裝配圖時，專業(yè)性非常強。學(xué)生在以前的生產(chǎn)生活中很少甚至碰不到這些復(fù)雜零件。單純在教室里靠教師的講解，學(xué)生一知半解，最多將答案背下來應(yīng)付考試，所以我把這一階段的學(xué)習(xí)放到實訓(xùn)工廠，給學(xué)生一個平臺對零部件進行拆裝、觀察、測繪。通過這個階段的學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了從學(xué)科知識向職業(yè)能力的轉(zhuǎn)化，從局部向綜合，從能力到策略的全方位提升。

以機用臺虎鉗為例，在教學(xué)過程中，我先讓學(xué)生接觸裝配體，講解機用虎鉗的工作原理和零部件的拆卸。拆卸的目的是了解虎鉗的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，思考如何才能清楚地表達各個視圖；認識每一個零件并區(qū)別哪些是標準件；感受配合的緊密度，理解配合的三種方式。整個教學(xué)過程采用學(xué)生分組討論，教師引導(dǎo)的方式。由于實訓(xùn)教學(xué)直觀性較強，容易調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。以學(xué)生為主導(dǎo)自助探索更能提高學(xué)生的競爭意識，培養(yǎng)綜合能力，落實能力本位?！袄韺嵰惑w”與傳統(tǒng)的課堂型職業(yè)教育相比體現(xiàn)了以實踐為主的原則，以職業(yè)能力為本位，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時獲得職業(yè)工作的經(jīng)驗，引導(dǎo)教與學(xué)向生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)崗位的實際需求方向靠攏。

幾年來，在專業(yè)課的教學(xué)過程中，我重視學(xué)生的階段性和多樣性，從學(xué)生角度出發(fā)調(diào)整上課方式，將職業(yè)教育以生為本的思想融入每一堂課。學(xué)生是教育的根本目的，職業(yè)教育的根本任務(wù)是為社會和經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)的勞動者和高技能的實用型人才，使學(xué)生獲得在合適的職業(yè)崗位上工作所需要的各種能力。職業(yè)能力培養(yǎng)是職業(yè)教育實施素質(zhì)教育的核心。古希臘哲學(xué)家德謨克利特曾經(jīng)說：“頭腦不是一個要被填滿的容器，而是一支需要被點燃的火把”。教育作為一門創(chuàng)造的藝術(shù)，就是要做學(xué)生頭腦里火種的點燃者，就是要激發(fā)學(xué)生的潛能。作為一個機械制圖教師，我能做的就是培養(yǎng)好學(xué)生的三維空間思維，真正建立學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，進一步提高職業(yè)素養(yǎng)，精益求精，為我國走向制造強國輸送優(yōu)秀人才。

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