“融合式教學、以學生為中心”的機械制圖課程教學診改

童念慈

（武漢光谷職業學院，湖北 武漢430070）

1 高職機電類專業《機械制圖》課程教學目標

機械制圖課程是高職機電一體化專業的基礎課，也是工課專業學生必修的技術基礎課，教學目標在于培養學生的空間思維能力和繪圖技能，訓練學生“照物畫圖”和“依圖想物”兩大技能。筆者承擔所在學校大一《機械制圖》課程，以及制定課程標準的工作。該課程總共72節課時，從18級機電一體化專業的課程教學來看，整體教學目標達成，學生看三維畫二維，“照物畫圖”的技能基本達到，但“依圖想物”是難點，學生難學，教師難以檢測學生想象力。如何提高依圖想物能力，還需要老師在教學上去思考診斷。

2 教學案例中的難點：簡單組合體的學習

學生學習到第二個模塊：投影基礎到第三個模塊：組合體的過程，學習的對象會從基本形體：柱、錐、球過渡到簡單組合體。簡單組合體是怎樣形成的呢？疊加、切割、穿孔。學生的思維也跟著從單一立體到簡單組合立體，只看單一立體到組合體的軸測圖或者三維視圖，理解其結構的變化對學生來說沒有難度。但此處并不是教學目標。第一層教學目標應該是簡單組合體的三視圖畫法，畫出簡單組合體三視圖，再觀察不同組合體三視圖的細微區別處，目標是繼續訓練學生從三維到二維的讀圖技能。從實施教學的過程來看，學習到組合體這一章，配套的大部分練習圖都是在無對應立體圖輔助參考的情況下補畫三視圖的所缺圖線，然而學生此時還完全沒有足夠的讀組合體圖三視圖的能力以及繪圖能力，簡單組合體三視圖繪圖環節的訓練習題是非常缺乏的。組合體這一章所有的練習題對當前的學習者都是難度偏大的。筆者建議在進入組合體學習時，同步加入相應的繪圖練習和對應讀圖學習，而不是直接補畫缺漏線條。

如相鄰表面連接關系的學習中，典型的平面：共面或不共面的例子。從立體圖上看是以上兩個立體很容易區別。但從投影三視圖逆推想像立體，對當前學生來說是個讀圖的教學難點，不容易突破。而且還要找到它們對應立體的區別，這又是一個難點。

兩個物體對應三視圖中的主俯視圖如圖1左右所示：

圖1 共面組合體與不共面組合體的三視圖

3 突破讀圖教學難點的策略

怎樣判斷學生能夠從以上視圖區別這兩個簡單組合體？①直接問答，效果不佳，語言描述往往不夠直觀。而且高職學生層次在語言描述這個環節往表現不佳，所以不是好的檢測學習效果方法。②讓學生畫出他判斷的組合體形狀，這是一個可以用于檢測是否學會的方法，但是需要學生已經掌握軸測圖的畫法。而軸測圖一般是在三視圖學習完成后才開始學習，且手工繪圖占用時間比較多，不太適當用作課堂教學檢測手段。筆者建議在這一步可以考慮采用autocad軟件中三維實體建模的功能輔助學習讀圖。

輔助繪圖軟件AUTOCAD，三維繪圖軟件PRO/E以及solidworks都是在后續課程中會安排學習的單獨上機實訓課程，一般來說，人才培養方案中將這些工具繪圖軟件課程定義為學生必備技能課，按照教學學期安排，一門學完接著學習下一門，可否在機械制圖過程中進行教學？據調查，在本科教學中，已有此嘗試。例如同濟大學、上海交通大學等院校《機械制圖》編寫組何銘新等主編的《機械制圖》第7版從第二章就開始介紹Autocad基礎，之后每一章最后一節都是對應前幾節知識點由aotucad軟件繪圖的操作技能。這種方式實施教學，實際上是將《機械制圖》和《AUTOCAD實訓》這兩門課合二為一，但這種融合，仍然是一種簡單的疊加，相當于上一節手工繪圖，再上一節軟件繪圖。對于照物畫圖的教學目的，兩門課合二為一或者不合分開上，效果區別不大。

在教學中筆者認為可以更好的融合軟件繪圖工具，為達到“依圖想物”這個更高階的目標，融合穿插到前導學科，以及貫穿后續學科都是值得教師認真布局思考的。工具重在使用，以科目的名義隔離出來或者疊加在一起，都是有局限性的。教師首先要主導教學的大局和細節，哪里要用軟件，或者是只要會用就可以，還是可以用到刀刃上幫助自己達到一些項目目標，需要教師來規劃實施。

本次建議中，需要使用的是簡單的三維建模功能，簡單三維建模功能繪圖效率大大高于手工繪制軸測圖，用于檢驗教學，很適合。另外，簡單三維建模功能用以上三種軟件皆可實現。三維繪圖軟件PRO/E以及solidworks在三維建模方面更加強大，易用性更好。但這里所舉例的課程學習知識點還是比較基礎的簡單組合體，就以比較普及的AUTOCAD軟件為例來進行軟件輔助學習的說明。

一般來說，一些教學有鉆研精神的教師會用這些軟件來制作一些圖形圖片輔助機械制圖教學，但這仍然是限制在“教”這個層面。而學生自己檢測，才是以學生為中心。所以從這個層面提出，讓學生用軟件。教會簡單基本建模方法只需要2個學時，然后讓他們根據看到的三視圖，建模出他們心中想象的立體圖，用來讓學生自檢想象力。學生即能練習到一種計算機輔助軟件的功能，又能不是為了畫而畫，能使用工具反哺自己，此多重意義遠大于學一種刻板的技能。

4 AUTOCAD三維建模具體操作

使用繪制二維線框、拉伸、差集等命令得到組合體底座，繼續使用，二維多段線、拉伸、疊加、多段線、旋轉、差集命令得到圖2。

圖2 autocad軟件三維建模組合體

圖3 steeringwheel控制盤

通過自己制作二維三視圖對應的三維實體軸測圖，動態觀察，不同學生之間橫向對比繪制結果，可以將腦海中的想象力具象化，明顯看到學生想象力大不同，在共面這個問題上掌握的情況也不同。體現出不同學習效果和差異性。教師則可以有針對性的進行差異化訓練。軟件使用是工具，命令熟練使用則效率會提高，初次使用軟件有個學習熟悉的過程，可能會花費時間較久，但是之后的案例再次使用工具，就會越來越快。使用軟件界面上的steeringwheel控制盤可以按住鼠標動態360度觀察立體圖形，從任何有利位置觀察模型，如圖3所示。如果使用PRO/E軟件表現三維實體會更加方便實用，但本文僅舉例說明，在教學改革的實施上對工具軟件可以選擇。只要方便使用就行。

5 結語

照物畫圖是基本，依圖想物是高級技能。提高學生依圖想物的能力首先應該堅持讀三視圖，然后將二維重現為三維的訓練。讀三視圖能力的訓練要從易到難，循序漸進。從第二章投影基礎開始，就要不間斷貫穿始終。考核學生腦海中空間想象力，應該借助有利工具，充分利用現有工具。

此外課時不夠的問題應該引起注意。因為機械制圖這門課普遍定位為專業基礎課，機械制圖越來越被當作傳統課程對待，教學策略制定者有時核心課不斷加大設備投入，另一方面卻逐漸輕視基礎課。在教學定位上輕視了基礎課的角色卻不應該。基礎的重要性并不比核心差。基礎是基本功，更要練好。“三板斧練好”才能往高級發展。筆者與多位企業負責人交流經常聽到這樣的聲音，對大學這幾年學生的制圖能力感覺水平在下降，遠遠沒有達到企業要求。作為教育工作者，應重視制圖教學質量下滑的問題。高職整體學習時間少于本科四年，也導致課程課時難以達到教學目標要求。這是需要從人才培養方案到教學實施都需要重點改革討論的問題。

另外工作中用到圖的和教學中訓練圖不一樣，教學更多的是畫法和投影關系，工作要用的圖強調準確表達每個特征的形位尺寸。在學校難以接觸到企業真實圖紙，企業圖紙往往要求保密，所以校企合作是一個解決問題的途徑。