“Top—Down—Top”機械制圖Ⅱ教學改革研究

杜勇 解繼紅

摘要：基于“整體—部分—整體”的認識論，按照“Top-Down-Top”組織架構將機械制圖、機械測繪、三維建模進行知識融合對機械制圖Ⅱ進行教學改革，形成“項目式”課程。根據新的教學內容組織進行了教學大綱與教學計劃的修訂，借助一體化的教學環境與教學資源，采用多樣化教學手段進行教學實施，提高了學生的學習興趣，促進了理論知識的掌握，提高了學生的繪圖技能，培養了學生的創新實踐意識。

關鍵詞：機械制圖Ⅱ；機械測繪；三維建模

中圖分類號：G424 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）09-0132-03

整體是構成事物的諸要素的有機統一，部分是整體中的某個或某些要素。整體與部分是標志客觀事物的可分性和統一性的一對哲學范疇。整體和部分的范疇有重要的認識論意義。整體與部分在認識過程中，人們總是先對整體有大致的了解，繼而分析研究其部分，并在這個基礎上綜合地、具體地認識整體。揭示事物的各要素是了解整體的基礎，而有了整體性的知識又可以進一步認識其部分。在機械制圖教學中，裝配體即整體，零件即部分，根據認識論，先要對裝配體有大致的了解，在此基礎上研究分析零件，最后再綜合地、具體地認識裝配體，這樣從裝配體到零件再到裝配體的學習過程即“Top-Down-Top”。

目前，機械制圖的教學內容一般由畫法幾何和機械制圖兩部分組成，后續有制圖測繪、計算機二維繪圖、三維建模等課程。筆者所在高校機械類專業機械制圖按照教學計劃分在三學期進行，第一學期機械制圖Ⅰ主要是畫法幾何部分，內容包括制圖基本知識，點、線、面的投影，基本體的投影和組合體投影；第二學期機械制圖Ⅱ主要是機械制圖部分，內容包括機件的圖樣畫法，零件圖，標準件和常用件，裝配圖；第三學期是制圖測繪。本文僅探討對機械制圖Ⅱ進行“Top-Down-Top”教學改革。

一、“Top-Down-Top”機械制圖Ⅱ教學改革理念

機械制圖是機械類專業的專業基礎課程，是后續的專業核心課程機械原理、機械設計、機械制造、互換性與測量技術等課程的先修課程，該課程的教學效果直接影響后續課程的進行。目前，機械制圖Ⅱ的教學計劃中機件的圖樣畫法、零件圖、標準件和常用件都屬于零件也就是部分，最后是裝配圖也就是整體，即“Down-Top”的內容組織方式，這樣先部分再整體的教學過程是符合人的認識過程的。

1.“Top-Down-Top”教學內容的組織架構。“Top-Down-Top”組織架構即按照“裝配體—零件—裝配體”進行內容組織，如圖1所示。首先通過對裝配體進行拆裝進行工作原理分析，并按照普通零件、常用件、標準件進行零件的分類，通過該部分的學習對裝配體和零件都形成了一個總體的認識，特別是對各類零件的用途為后續內容的學習奠定了基礎。第二部分主要是對普通零件、標準件和常用件進行內容組織，將普通零件、常用件和機件的圖樣畫法進行結合。第三部分在裝配體拆裝和零件圖的基礎上進行裝配圖的講解。

2.機械制圖、測繪課程與三維構形融合構建“項目”式課程。根據教學內容“Top-Down-Top”的組織，將機械制圖與測繪課程內容進行整合。“Top”層由齒輪油泵、千斤頂、一級減速器、球閥等一般測繪裝配體組成，每個裝配體為一個總體項目。“Down”層對裝配體進行項目分解，零件分為普通零件、常用件、標準件，對普通零件按照軸套類零件、輪盤類零件、叉架類零件、箱體類零件進行分類，歸類分析其三維構形特點，在此基礎上進行零件圖樣畫法及尺寸標注等內容的講解，將三維構形與表達方案融合，可以把握“三維—二維”轉換的本質。在“Down”的基礎上對裝配體重新回裝，完成“Top”層項目的相應裝配圖。

表1以一級減速器為例進行項目式課程設計。其余千斤頂、齒輪油泵、球閥項目以此為例，拓展教學內容。例如可以將齒輪油泵、一級減速器中的齒輪軸歸為一個類型，總結其功用及結構特點，包括設計結構和工藝結構，然后進行相應知識點的講解及相應任務的完成。

二、“Top-Down-Top”教學改革實施

1.教學大綱與教學計劃的制定。在現有的教材中，機械制圖、制圖測繪、三維建模是獨立的三個內容，也有機械制圖與CAD結合，或機械制圖與機械測繪結合的教材，但是CAD與機械測繪在教材中仍是獨立于制圖內容的，沒有真正實現內容的融合。因此，首先要將三部分內容的知識點進行提煉融合，編寫新的教材，制定全新的教學大綱和教學計劃。

2.教學環境與資源一體化。“Top-Down-Top”教學改革要求將課堂教學、制圖測繪室、CAD/CAM實驗室多元化教學環境一體化，按照實際教學內容合理安排教學環境。在教學資源上，突破傳統的單純機械制圖課本、習題冊資源，將測繪實物模型、三維模型納入，實現實物模型—數字化模型—工程圖資源一體化，并借助現代媒體技術開發豐富的教學視頻及在線資源。

3.師資水平的提高。“Top-Down-Top”項目式課程的構建對教師提出了更高的要求，要進行傳統機械制圖知識點、制圖測繪和三維構形進行融合，教師就要對知識點進行提煉融合，這就要求教師具有寬厚的知識基礎，不僅具有制圖理論，而且具有零件設計及工藝制造知識。另外，教師要具有較強的實踐操作技能，能在課堂內隨時采用草圖繪制、計算機建模等多種技能進行教學。

4.教學手段的多樣化。教學過程以學生為主體，課內融合項目進行知識傳授，借助實物拆裝進行功能展示，視頻進行加工演示，結合CAD軟件進行構形分析和建模，采用討論法與演示法結合進行課堂教學。課外以項目進行分組分工合作，按照項目的進行完成特定任務，課外任務的完成強化了課堂教學內容，同時提高了學生的實踐能力。

5.考核體系綜合化。項目式課程設計將項目分解成小項目，并對應一定的任務，這就要求考核體系不能僅局限于最終的考試成績，而是將過程考核與最終考核進行綜合。過程考核主要是對任務完成的考核，包括裝配體示意圖、零件模型、零件工程圖、裝配體模型和裝配體工程圖。綜合化考核體系中該部分任務性考核占40%，平時成績占20%，考試成績占40%。

三、教學實踐效果

該教學改革僅在自動化專業進行了試點班的教學嘗試，并取得了比較明顯的教學成果。（1）“Top-Do-

wn-Top”教學內容的組織符合學生的認識思維，使得理論知識不再枯燥。例如在學習了一級減速器拆裝后，在學習軸類零件時，學生明白軸類零件的主要功用是承載傳動件——齒輪，為了進行裝配，會加工有鍵槽，這樣的學習過程理論聯系實際，達到學有所用的效果，這使得學生理論知識的學習更為扎實。（2）機械制圖、測繪課程與三維建模的融合促進了知識的理解。例如齒輪參數的學習可以指導齒輪三維模型的生成，反之三維模型的生成驗證了參數的計算。這種融合同時也提高了學生的尺規作圖和計算機繪圖技能。（3）多樣化的教學手段活躍了課堂氣氛。學生在課堂中討論解決問題，參與度的提高激發了學生的積極性。（4）考核體系的綜合化。讓學生更注重過程任務的完成，減少了制圖測繪突擊完成的現象，更多地增加了思考實踐，提高了學生的創新實踐意識。

四、結論

“Top-Down-Top”機械制圖Ⅱ教學改革符合人們的認識過程，將機械制圖、機械測繪、三維建模相融合，提高了學生的學習興趣，培養了學生的實踐能力。下一步我們將繼續推行教學實踐，形成完善的“Top-Down-Top”機械制圖Ⅱ教學新體系。

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