基于新多媒體基礎的機械制圖改革

謝元敏　寧利川　肖立　蔣國璋　周艷

[摘 要]機械制圖作為機械類學生的必修課程，其根本目的是提升學生的讀圖、繪圖能力，同時其也是承接學生后續(xù)相關專業(yè)課程學習的過渡與重要基礎，有著十分重要的地位。目前現(xiàn)行的教學模式還存在著課堂教學抽象、學生興趣缺乏、課堂效率較低等問題，導致學生無法形成良好的專業(yè)知識體系，在學習后續(xù)課程時十分吃力。結合新多媒體數字信息高速發(fā)展的背景，通過多媒體融合教學、結合VR技術輔助教學、融合AutoCAD與機械制圖課程教學的教學模式，很大程度上解決了學生想象力缺乏、動手能力差等問題，同時這種教學模式極大地提升了學生的學習興趣和學習效率，提高了教師的教學效率。學生通過學習改革后的機械制圖課程在全國大學生產品建模與機械創(chuàng)新大賽上取得了優(yōu)異的成績。

[關鍵詞]機械制圖；多媒體融合教學；教學改革；實踐創(chuàng)新

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）12-0045-04

從事機械行業(yè)離不了圖紙，機械制圖作為機械類學生的一門專業(yè)必修課有很強的實用性。但是經過多年的教學反饋我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的機械制圖教學模式存在諸多問題，現(xiàn)行的教學模式也已經不適應時代發(fā)展的需要[1]。與此同時，VR技術、計算機輔助設計等一系列新多媒體技術的快速發(fā)展為機械制圖的改革創(chuàng)造了有利條件。

在專業(yè)知識的學習中，因為機械制圖具有較強的思維發(fā)散性、知識專業(yè)性，所以要將機械制圖的知識融會貫通，需要具備一定的思維拓展能力和機械專業(yè)知識，這就需要我們嘗試用不同的教學模式，創(chuàng)造性地啟發(fā)學生的思維創(chuàng)新能力[2]。從實際的教學效果來看，要培養(yǎng)更多創(chuàng)新型制圖人才，需要我們合理地調整教學思路，改革創(chuàng)新教學模式。目前，新多媒體信息飛速發(fā)展，但許多教學模式還比較落后，存在很多弊端。對此，教育者必須結合時代發(fā)展的需求，改革創(chuàng)新教育模式。這就要求我們在機械制圖教學時注重對知識主體框架的搭建，避免填鴨式教學，注重學生創(chuàng)造力和學習興趣的培養(yǎng)，提高機械制圖的教學質量，為機械類專業(yè)學生后續(xù)相關專業(yè)知識的學習構建好知識體系框架[3]。

機械制圖作為機械類學生的必備科目，是承接學生后續(xù)相關專業(yè)知識學習的過渡與重要基礎。機械制圖課程的根本目的是提高學生的繪圖與識圖能力，為學生的后續(xù)機械原理、機械設計等專業(yè)課程的學習做好鋪墊[4]。機械制圖教學是一門鍛煉空間思維能力的課程，通過學習機械制圖能夠培養(yǎng)學生的發(fā)散思維以及空間構圖能力[5]。不管是從事機械行業(yè)還是進行機械方面的科研工作，都會通過工程圖紙對機件的一些工藝信息、公差配合進行表達，因此，機械制圖同樣具有很強的基礎性。機械制圖課程作為學科基礎課一般在大學第一個學期開設，若此階段的學習沒掌握好容易讓學生對機械這個專業(yè)產生畏難心理，一旦產生這種心理就會在很大程度上影響學生的后續(xù)機械原理、機械設計等專業(yè)課程的學習[6]。

綜上所述，機械制圖對于機械類學生來說是一門十分重要的課程，它能很好地提升學生的繪圖及識圖能力。掌握好機械制圖課程的內容能為學生后續(xù)專業(yè)知識的學習以及個人將來的發(fā)展提供極大的幫助。

一、國內現(xiàn)行機械制圖教學模式

目前國內的機械制圖教學模式大多數為填鴨式，學生被動地接受教師所講的內容而不加以理解消化[7]。這種教學模式使得學生自己獨立思考的機會大大減少。同時，機械制圖課程一般在大一上學期開設，這時由于大一新生剛入學，疲于參加各類社團活動，沒有充足的時間對教師課堂講授的內容進行消化，以及對教師課后布置的習題進行練習，這導致學生不懂的部分越來越多，久而久之形成惡性循環(huán)，使得學生畏難心理越來越嚴重，從而對機械專業(yè)失去信心，在大學的象牙塔里迷失自我[8-9]。具體來說，目前傳統(tǒng)機械制圖教學模式存在以下問題。

（一）課堂教學過于抽象化

目前，大多數的機械制圖課程教學都以教師講解PPT或者課本內容為主要形式，這種課堂教學忽視了學生對抽象概念的理解。比如在機械制圖教學過程中教師提出一個過盈配合的名詞，雖然書中對此做了詳細的解釋，教師也對其做出了詳細的講解，但由于學生對機械專業(yè)剛接觸，只是強行記憶了過盈配合這個概念，而并沒有理解這個配合方式，無法判斷什么條件下該使用這種配合方式。這種教學模式導致學生對教師所教內容遺忘快、難以真正理解[10-11]，教師沒有注意對學生自主想象力的培養(yǎng)。由于現(xiàn)在大多數學校的機械教學模具還比較少，有的學校甚至沒有，這就無法使學生直觀地了解構件的結構，更無法了解某種工藝流程在此構件加工時的具體作用。

（二）忽略了對學生學習興趣的培養(yǎng)

興趣的培養(yǎng)對剛入學的大學生而言十分重要，若能在學期一開始就能激發(fā)學生對機械制圖的興趣，讓學生產生自主學習的思想，這在很大程度上能讓機械制圖的教學事半功倍。大多數高校在大一的時候就開設了機械制圖這門課程，但這一階段學生對制圖的基本操作以及常用的制圖工藝都缺乏深層次的理解，在這種模式下學生難以將機械制圖的整體知識脈絡把握清楚，更無法將其應用到產品設計當中去。由于機械制圖并不像機械原理那樣具有綜合性，這導致學生在后續(xù)的學習中會刻意地避免機械制圖的使用，這就使得機械制圖的教學目的無法達到[12-13]。等到四年本科學習結束，學生的對圖形的表達能力嚴重匱乏，其具體表現(xiàn)在難以選擇合理的圖形表達方式，技術要求、尺寸公差不知如何標注，課程的教學質量大大降低，學生制圖水平仍處于一個較低的水平。

（三）孤立AutoCAD與機械制圖教學

隨著數字化信息的發(fā)展，AutoCAD已經廣泛應用于機械設計的各行各業(yè)中。與機械設計一樣，AutoCAD 也是機械類大學生本科階段的必學課程，這兩門課程都需要很強的動手操作能力。兩門課程在內容上有著密切的關系，但目前大多數高校都將這兩門課程分開教授，彼此之間缺乏聯(lián)系。怎么使AutoCAD制圖與機械制圖有機融合，形成以機械制圖教學為主，計算機輔助畫圖為輔的教學模式，這是我們教育改革一直在探索的方向。將機械制圖與AutoCAD孤立教學不僅使教師的教學周期拉長，教學任務加重，而且會使兩門課程缺乏聯(lián)系，不利于學生對制圖知識的總體把握[14-15]。而在機械制圖課程中合理地穿插講解AutoCAD軟件，既有利于學生對整體知識框架的搭建，又能有效提高兩門課程的教學效率。

二、機械制圖教學新模式

（一）結合多媒體教學模式

隨著多媒體技術的發(fā)展，多媒體輔助教學已越來越受到廣大師生的青睞。例如教師在講解某個機構需要用視圖來將其表達清楚時，可利用多媒體工具展示該機構的三維圖形或者爆炸視圖，讓學生能更形象地觀察到機構的結構形狀，不至于讓機械制圖顯得那么抽象。同時可以利用多媒體將產品加工的方法展示出來，例如在畫退刀槽時利用多媒體向學生展示車床加工軸的操作方法，讓學生理解畫退刀槽的實際意義，而不是單純的記憶退刀槽的概念。

多媒體教學可以深化學生對機械制圖教學內容的理解，可以通過多媒體形象地將機械構件的形狀結構、加工流程展現(xiàn)給學生。特別是對于大型的教學模具而言，在無法全面地展示給學生觀看設計時，通過多媒體教學模式，可以對模型進行有效的拆分展示，清晰地展示構件的三維立體圖，增強學生的記憶效果和對該課程內容的理解。可見，利用多媒體教學的方式，展現(xiàn)機構的三維立體圖，以更加真實的空間立體學習方式增強教學真實感，能夠讓學生構建更加合理的機械模型映像。

（二）結合VR技術的教學模式

VR技術是 Virtual Reality的簡稱，其通過細微的傳感器與計算機技術的融合創(chuàng)作出一種讓人們沉浸在感官世界的新型人機交互方法。其可以通過計算機仿真成像技術，讓人們更立體地觀察到事物的整體內部結構，以此激發(fā)人們的創(chuàng)造力。此技術設計主要從三個因素著手：可用性、敘述因素以及信息呈現(xiàn)。目前在VR技術的應用中，網絡技術、計算機圖像、分布計算技術虛擬現(xiàn)實技術應用較為廣泛。VR技術成本低、體驗效果好、傳輸速度極快，這一系列優(yōu)點決定了VR技術有很大的發(fā)展前景，將會被應用于越來越多的領域。

在VR技術發(fā)展如此迅速的今天，我們可以通過 VR技術虛擬呈現(xiàn)機械制圖的整個過程，并通過傳感器裝置讓學生感受機械工藝的整個流程，讓學生更加直觀立體的觀察到整個構件的工藝加工流程，從而使其更加深刻的理解機械制圖各種畫法的實際意義。借助VR技術輔助機械制圖教學可以讓每一個學生能親身感受機械構件加工成形的每一個過程，這能有效激發(fā)學生的想象力，增強學生機械制圖的能力。借助三維立體空間虛擬現(xiàn)實環(huán)境進行機械制圖的教學，能讓每一個學生都感知到機械制圖的要領，這能增強學生真實制圖的體驗，不斷完善機械制圖的教學模式。另外，應用VR技術虛擬制圖過程，能明確教師對機械制圖教學改革方向的把握。因此將VR技術融入機械制圖的教學過程，不僅有助于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)以及學習興趣的提升，還能為機械制圖教學模式的改革提供切實可行的方案和寶貴的經驗。VR技術作為最近興起的一項熱門技術，有巨大的應用潛力，我們要抓住這個大好機遇，合理地將其融入機械制圖的教學課程中去，讓VR技術惠及更多的學生和教師。

（三）融合AutoCAD軟件與機械制圖的教學模式

AutoCAD軟件隨著計算機技術的普及已經成為機械類學生的必備技能，AutoCAD軟件教學也成為了機械類學生的入門必學軟件。機械制圖教學和 AutoCAD制圖軟件教學在內容上有很大的相關性，但在以前的教學模式中二者是彼此孤立的，這使得教學內容無法有機融合，教師的教學效率和學生理解程度都大打折扣。因此，如何將這兩門課程有機融合是個值得思考的問題。在此筆者提出一個融合方案：建議以機械制圖基礎知識講授為主，AutoCAD軟件教學為輔貫穿整個課程講授的主線，課時按照1∶3的比例來分配。機械制圖作為主體內容講解，AutoCAD上機教程作為穿插及課后作業(yè)，在AutoCAD的授課中時復習機械制圖的各種畫法、公差基準等，做到AutoCAD與機械制圖教學的有機融合。

例如學生在AutoCAD課堂教學中使用“圓弧連接”命令時，教師必須讓學生理解，無論是直接用“圓角”命令，還是做圓再去“修剪”，其理論基礎還是來源于機械制圖，只不過用計算機來做簡單快捷罷了。同時學生需要分清哪種情況是“內接”、哪種情況是“外接”，什么時候是（r1+ r2），什么時候又是（r1- r2）。理論基礎對于機械專業(yè)學生的學習是十分重要的，將AutoCAD與機械制圖課程融合教學，需要保證兩門課程在教授內容上的同步性，使兩門課程的知識相互貫通，進而讓學生通過AutoCAD軟件將機械制圖的知識有效表達。

在將AutoCAD軟件教學融入機械制圖課程時我們要合理安排教學任務，合理布置課后練習。根據多年的課堂教學經驗和學生實際反饋，分開講授這兩門課程時，在課堂上大多數學生都能理解教師所講的內容，但在期末測試和課程設計時學生的圖紙卻表達得很糟糕，這樣將二者結合起來教學就具有挑戰(zhàn)性了。分析其原因，還是學生沒有學會獨立思考，沒有在課后勤加練習。制圖課程是一門注重動手操作的課程，需要我們通過自己動手繪制才能有效理解機械制圖當中基本概念的具體含義。因此，融合AutoCAD制圖與機械制圖的教學模式，需要我們加大對學生作業(yè)輔導的課時比例，通過大量的練習讓學生掌握制圖的基本概念。我們應該充分認識到 “教有法，教無定法”，隨著新多媒體技術的飛速發(fā)展，機械制圖教學模式也需要不斷改革創(chuàng)新。與時俱進，這才是亙古不變的真理。

三、新多媒體融合教學模式下的教學效果

在實際中運用這幾種機械制圖教學模式后筆者發(fā)現(xiàn)，其對學生的學習興趣和課堂效率提升效果十分顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。1.課堂多媒體播放讓學生深入了解機械工藝的各項流程，讓學生更直觀地了解到各項機構的形狀結構，同時大大激發(fā)了學生的學習興趣，提升了學生的想象力。2.學生的積極性得到提高，通過VR教學模式不僅很好地激發(fā)了學生自主學習的興趣，而且很大程度上啟發(fā)了學生的思維發(fā)散能力。新的機械制圖教學模式被應用于本學校機械類專業(yè)40余個班級的教學實踐中，已使近千名學生直接受益，研究成果被周邊高校借鑒并且反映良好。3.通過融合AutoCAD與機械制圖的教學模式，讓學生更好地接受這兩門課程，大大提高了課堂效率。兩門課程互補互足，在減輕教師教學負擔的同時，也讓學生更好地理解所學的兩門課程知識。通過融合兩門課程的教學模式使得學生的專業(yè)技能得到很好的提升，畢業(yè)生一次就業(yè)率得到較明顯的提升。4.通過融合新多媒體教學培養(yǎng)模式使得學生的制圖能力得到很大提升，學生在全國大學生產品建模與機械創(chuàng)新大賽上取得了比較優(yōu)異的成績，本科生獲得省級以上專業(yè)競賽獎勵80余項，發(fā)表科研論文20余篇，申請專利40余項。這種多媒體融合的教學模式的優(yōu)點得到了廣大學生和教師的認可。

四、結語

隨著當今數字化多媒體信息的飛速發(fā)展，越來越多的多媒體技術被應用到我們的日常生活中，多媒體技術也在很大程度上提高了我們的生活質量。將多媒體技術、VR技術以及AutoCAD與機械制圖的教學相融合的教學模式，能在很大程度上解決學生想象力缺乏、動手能力差的問題，同時還能極大地提升學生的學習興趣，提高課堂學習和教學的效率。

在信息技術快速發(fā)展的時代背景下，如何將多媒體技術、VR技術以及多媒體軟件教學和機械制圖這門課程有機的融合是我們需要仔細思考的問題。筆者以新多媒體技術飛速發(fā)展為背景，提出基于多媒體、VR技術、以及AutoCAD融合機械制圖的教學模式。實踐證明，這種機械制圖教學模式效果顯著，得到了廣大學生和教師的認可。通過推廣這種教學模式，能在促進新多媒體技術發(fā)展的同時提高機械制圖的教學質量，培養(yǎng)出更多高質量的機械人才。

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[責任編輯：陳 明]