基于模具實體的《畫法幾何與機械制圖》教改研究

吳正環

【摘要】通過對《畫法幾何及機械制圖》課程教學改革的探索和實踐，針對模具設計與制造專業大一新生的《畫法幾何及機械制圖》講授內容、教授方法與實現途徑等幾個方面進行細致剖析，指出教學中存在的問題，提出基于模具項目關聯的改革思路，并制訂具體實施方案。希望以此提升教學中理論與實際結合的能力，最終轉化為學生解決實際問題的能力。

【關鍵詞】畫法幾何及機械制圖 模具專業 教學改革

【基金項目】天津職業技術師范大學校級科研項目（XJKC031420，XJKC031451）；大學生創新創業計劃項目（201710066035）；天津職業技術師范大學“me+”創客空間項目（20172012）；天津市高等學校科技發展基金計劃項目（2017KJ104）。

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）13-0236-02

1.模具專業《畫法幾何及機械制圖》與相關模具知識教學現狀及問題

1.1教材內容沒有針對性

目前多數本科院校使用《畫法幾何及機械制圖》教材基本還是按照基本的點、線、面、體的投影，以及機械圖樣的基本表示法、零件圖、裝配圖的順序來進行教學。

這種教學的好處是邏輯性較強，但學生如果在某處沒有聽懂，很容易對后續的學習產生較大的困擾。例如：若學生在學習特殊面時對于水平面、正平面、側平面，以及鉛垂面、正垂面、側垂面各自的三面投影特點分辨不清，容易造成對于組合體、零件圖形體分析不清。

1.2教學方式傳統

當前的教學方式采用教師講解為主，學生學習為輔的方式，在上課過程中輔以大量使用的PowerPoint動畫，教學過程側重于制圖理論知識的解析，學生的練習方式僅限于習題冊練習，教師與學生間的互動限制在課堂知識點提問，以及僅有的一次減速器測繪練習中，并且由于學生人數眾多，一個教師很難拿出全副精力進行“一對一”指導。

1.3有效知識割裂

只要關注一下該專業學生的課程大綱，便能發現，一二年級他（她）們學習的都是基礎性課程，從三年級甚至四年級才開始進入模具專業知識的學習。

根據艾賓浩斯記憶曲線，可以發現，學生們真正建立對《畫法幾何及機械制圖》的完整記憶開始，僅僅經過6天，腦海中的記憶僅存在24.5%甚至更低了。在長達一年半時間內接觸不到制圖的相關理論與知識。當大三開始接觸到模具專業知識的學習中，還沒有建立起對模具領域的認知，立刻就要接觸大量復雜的二維模具結構圖，學生們苦于無法在二維圖中讀取模具內部結構，自然也就談不上對于本專業的喜愛。

1.4教師知識結構欠缺、技能儲備不足

編纂制圖課程的大都是機械專業老師，他們具備較好的制圖素養，對于制圖理論的主線以及內容的掌握都已十分熟練。但極少有老師是模具專業出身，對于模具結構及其用途并無了解；此外，制圖教師往往對于系統運用AutoCAD并不熟練，教授時僅限于繪圖命令的講解，圖形修改的基本方法，并且分配給軟件教學的時間并不充分，實際應用中有脫節；運用UG等三維軟件進行模具造型設計，轉成二維圖形加工已經非常普遍，但教師們對UG和AutoCAD之間、甚至UG與《畫法幾何及機械制圖》之間的關系大都沒有理清。這些軟件都由不同的老師教授，屬于不同的課程，彼此間沒有直接關聯。直至畢業設計，學生要開始設計與加工相關模具時，更是錯誤百出；進入企業后，學生們被指出毫無讀圖繪圖的基本素養，形成了惡性循環。

2.以《畫法幾何及機械制圖》為基礎的教改方案

2.1新教學目標的建立

2.1.1零件圖教學

結合模具產業的“零件圖”涵蓋圖形表達、尺寸標注、技術要求、標題欄等內容，知識點較多。因此可以選取塑料注塑模的型芯或者型腔部分作為對象，借助實體或者UG三維圖形，逐項分析其零件圖二維圖形的各項圖形表達、尺寸標注、技術要求、標題欄等真實產品的實際要求。

2.1.2裝配圖教學

裝配圖旨在說明零件的裝配關系。而裝配圖的讀和畫是機械制圖的難點，也是制圖課程的最終目標。然而，課本中的裝配圖種類繁多，學生們只能進行非常膚淺的認識，在教學環節中學生普遍最難理解，并且練習也是最少的。為了幫助學生理解，利用現有的注塑模具實體，或者UG三維裝配圖，構建注塑模具的裝配關系和運動方式。讓學生全面深刻認識真實裝配圖涵蓋的意義，以及裝配體內部零件的裝配關系和運動機理。

2.2教學內容的改進和調整

目前《畫法幾何及機械制圖》課程更多傾向于機械結構，對模具專業學生的專業并沒有太大關聯，換言之，對其建立其對塑料注射模具的感性認識作用不大。從另一個角度而言，在經歷了數百年的教學演變中，畫法幾何及機械制圖作為一門課程，不斷推敲演變，但其中的原理與規范，仍然沿用至今，并以不同的形式表現出來，這說明其經典性，基本原理的掌握對于模具專業的學生來說也是必不可少的。

根據上述思想的指導，需要建立新的配套課程、新的實訓平臺。新的配套課程、將大幅縮減畫法幾何部分的手工繪圖內容，而替換以AutoCAD制圖。在機械制圖部分，由于體、體的截切、相貫、組合體、零件圖、裝配圖等大量涉及三維圖形，而在傳統的PowerPoint中，僅僅依靠在某一固定視角的軸測圖上的動畫無法展現出三維實體在投影過程中的點、線、面的變化過程，特別是內部的截交線、相貫線等，因此將這部分內容制作成視頻教程展現出來。

2.3 教學方法與手段的改進

2.3.1案例教學

在模具零件圖及裝配圖理論教學過程中，由于學生缺乏制圖基礎知識，需要將制圖的基礎知識引入模具實例中，在研究實例的過程中讓學生逐一掌握實例。

2.3.2討論教學

每講完一個案例，可以拿出一個新的案例給學生們，組織學生在課堂上展開討論，讓每組學生通過討論得出結果，教師進行點評與總結。既提升了學生對課程的興趣，也增加了學生對教學過程的參與度。能夠讓學生對知識點留下深刻印象。

2.3.3實踐教學

開發多套塑料注塑模具教具，通過對測繪任務及要求進行細致的分解，讓學生們分組采用CAD繪制不同注塑模具重要部件的零件圖和整體裝配圖。教師對學生的CAD圖紙進行有標準的打分。結合教具與UG三維圖形轉二維的方法，引導學生對自己繪制的圖紙中的問題進行糾錯。深刻掌握繪制零件圖與裝配圖的核心要素。

2.3.4項目教學

模具拆裝內容可以作為模具專業機械制圖部分的前期導入模塊。作為工科模具專業的學生，具備別的學校所不具有的實驗實訓條件。大量的小型塑料注塑模具、金屬沖壓模具可以成為學生們接觸模具、建立興趣的最好平臺。在注塑模具中有典型結構的單分型面注塑模，雙分型面注塑模以及側向分形的斜導柱和斜滑塊注塑模；沖壓模具有典型結構的單工序落料模、沖孔模、彎曲模以及級進模和復合模。同時配備相關的拆裝工具，可以同時容納大量學生進行現場拆裝實驗[3]。

2.4提升教師自身知識結構與技能儲備

大部分教師擅長于對制圖的理論教學，現在由于計算機繪制二維圖的普及，也對教師的AutoCAD等二維軟件與UG等三維軟件的教學能力提出了要求，因此大部分教師都具備了使用AutoCAD軟件繪圖的能力，但是二維三維軟件繪圖教學與制圖理論課程之間的傳授存在割裂現象。

目前已經涌現出多種應用廣泛的三維軟件：UG，SolidWorks，Pro/E等，很多教師并沒有掌握，在改革方案中，需要各位老師又快又好的掌握某一種三維軟件，在這里，由于模具專業學生的后續課程不僅要掌握模具的三維設計，還要涉及到相關模具的加工，選擇運用UG便于后續設計與加工的對接。

還由于模具專業的自身屬性，需要制圖教師掌握模具相關的知識，比如，需要掌握典型注塑模具的結構，包括模架、定模板、動模板、型芯、型腔、頂出機構、以及復位機構等等；典型沖壓模具的結構，包括模座、凸模、凹模、導向機構、進料裝置、卸料裝置等。需要了解主要部件的結構以及運行的原理。這樣才能在給學生講解時有的放矢，不至于陷入到知其然不知其所以然的狀況。

參考文獻：

[1]胡青泥，戴恒震，高菲，等.面向三維CAD/CAM技術的機械制圖教學研究[J]，工程圖學學報.2002，（1）：137-140

[2]鄭紅.《機械制圖與CAD》課程教改思索[J]，九江職業技術學院學報.2003，3：36-37

[3]閆花茹，王慧.實現機械制圖與計算機繪圖技能教育整合的教學改革[J]，河南機電高等專科學校學報.2011，19（3）：108-109