機械制圖教學改革
——模型庫的建立

王叢叢 程巧軍

(山東工程職業技術大學，山東 濟南 250200)

全球制造業格局面臨重大調整，尤其是德國制定《工業4.0》戰略，大力發展數字化制造裝備、精密檢測裝備等，為高端裝備制造業發展開辟了新的領域，全球新興經濟體也在布局發展高端裝備制造業。制造業是我國國民經濟的支柱產業，黨中央和國務院高度重視發展高端裝備制造業，國務院印發的《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》和《中國制造2025》，將工業生產的數字化、智能化提上日程，出臺了一系列政策措施，堅持創新驅動、綠色發展，推動產業快速發展，讓我國由制造大國變成制造強國。在現代化的裝備制造過程中，人的角色也會發生轉變，人是服務者、操作者，以后會變為規劃者、協調者、評估者、決策者，企業需要的是能夠運用與掌握現代信息技術和數字化設備技術、獨立完成目標和任務的高層次技術技能人才。數字化制造的興起和快速發展對從事制造業的人才提出了更高層次的要求。

2019年1月28日，國務院正式發布《國家職業教育改革實施方案》(職教20條)，文件指出，要把職業教育擺在教育改革創新和經濟社會發展中更加突出的位置。牢固樹立新發展理念，服務建設現代化經濟體系和實現更高質量、更充分就業需要，對接科技發展趨勢和市場需求，完善職業教育和培訓體系，優化學校、專業布局，深化辦學體制改革和育人機制改革，以促進就業和適應產業發展需求為導向，大幅提升新時代職業教育現代化水平，為促進經濟社會發展和提高國家競爭力提供優質人才資源支撐。

以職業教育改革契機，課題組教師以職業教育辦學經驗為根基，緊跟職業教育改革方向，努力探索職業本科教育的新思路和新方法，對機械制圖進行了教學改革。

1 研究意義

《機械制圖》是我校機械設計制造及其自動、機電一體化技術和數控技術等相關專業的基礎課，其主要目的是培養學生讀圖和畫圖能力，該課程要求學生有較好的空間想象能力，繪制二維圖形時，想象力差的同學學習起來會相對困難，需要通過多學多練去掌握、強化知識點，在練習過程中要讓學生想象成三維立體圖，離開了大量的模型，教學很難實施，而且傳統的教學模型價格很高，由于體積和重量等原因，模型易破損，攜帶不便；另一方面，傳統的實物模型更新換代速度慢，并且不能夠修改，與教材不配套，學院的機械制圖教學模型是建校初期購進的，十幾年不變的教學模型已不能滿足教學和科研時代不斷進步的需要。

隨著計算機應用技術的迅猛發展，多媒體教學越來越受到推廣和普及，近幾年，我院在教學硬件設施的投入較大，配備了先進的計算機，增設了多媒體教室，傳統的教學模式已遠遠不能滿足現代制圖的教學需要。因此開發適合現代教學特點的機械制圖模型庫，以虛擬三維模型取代傳統的實物模型已成為課程改革的重要方面。

本論文主要研究運用SolidWorks軟件對機械制圖課程傳統模式進行改革，研究了典型零件的三維模型庫、二維模型庫三維到二維、二維到三維的轉換，通過模型庫，學生可以多角度觀看物體，對于想象力差一些的學生，實現由二維到三維，三維到二維的轉換，幫助學生加深對機械制圖課的理解，培養他們的空間思維能力和想象能力，提高他們的識圖和讀圖能力。

2 國內外研究現狀、水平和發展趨勢

隨著信息技術的飛速發展，多媒體技術作為教育現代化的一個重要標志，在美國、英國、日本等職業技術教育比較發達的國家運用效果尤為顯著。近年來，國內多所高校逐漸重視多媒體技術的運用，并且與教育教學相融合。針對機械制圖課程與多媒體技術融合的情況，目前，地方許多兄弟院校都已開始了這方面的開發和研究，高職院校學生初步具備專業課程的學習能力，形象思維能力一般，邏輯思維能力需進一步增強，喜歡動手不善于理論，渴望成功但缺乏耐心，自信不足易于放棄。學完該課程應具備扎實的理論知識，要具備更高的技能水平。

對于所要培養新型應用型人才的職業院校來講，開發具有高職特色、適合現代職業院校制圖教學的模型庫勢在必行。

Solidworks功能強大、易學易用和技術創新是軟件的三大特點，使得它成為領先的、主流的三維CAD解決方案。它能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。

3 研究基礎

團隊有14名教師組成，專業平均每級學生220人左右，師生比1∶15.7，其比例符合教學實施的需要，結構合理。團隊是在圍繞培養具有創新創業能力、突出技能人才培養的教學過程中形成的。為了體現職業教育教學理念，工學結合，特聘請行業企業專家5名，占教學隊伍的35.7%；專任教師9名，占全部教學隊伍的64.3%；專任教師負責課程教學和實訓教學，兼職教師長期任學生校內、校外實訓指導和頂崗實習指導教師，定期邀請他們參與課程建設，并舉行三維數字化設計案例講座。

4 研究目標

通過運用三維軟件創建課程所需素材的模型庫，能夠實現專業、課程、教材之間的緊密聯系，與二維軟件課程緊密銜接，形成由手工繪圖、二維平面設計、三維模型設計等梯次內容形成的教學過程，培養學生的計算機設計應用能力、運用三維實體建模的空間構思能力、三維設計能力和創新思想能力。在整個學習過程中，建議學生使用三維設計軟件構建自己的設計項目；同時，可將Solidworks軟件作為設計工具，方便更好地完成后續課程的設計任務，融合教改項目，整合優質資源，奠定了基礎，在學院專業教學資源庫平臺建設中作出貢獻。

在教學過程中，充分將模型庫運用到課堂教學中，改變傳統單調教學模式，幫助空間想象力差的同學，轉變教學觀念，激發學習興趣，提高學習效率。

5 研究內容

本項目主要研究：運用Solidworks軟件完成所需素材的創建工作。其主要研究內容有：

(1)《機械制圖》課程性質分析：本課程是一門研究投影法繪制機械工程圖樣和求解空間幾何問題理論和方法的課程，是工程類大學生的必修專業基礎課，是機械相關專業課程的先修課程。掌握用投影法表達空間形體和圖解空間幾何問題的基本理論和方法，能正確使用繪圖工具和儀器，具備徒手畫圖和手工儀器圖的能力，所繪圖樣投影正確、字體工整、圖面整潔、符合制圖標準。掌握機件視圖的繪制和閱讀的基本理論、方法和技能。

(2)三維實體模型的構建：由于Solidworks軟件具有參數化建模特點，對模型草圖能夠進行尺寸驅動，根據不同的章節創建與本章節相符的模型。

(3)二維視圖的生成：Solidworks軟件具有三大模塊，零件模塊、裝配模塊和工程圖模塊。機械制圖重點掌握的內容是零件圖的繪制與識讀，Solidworks軟件利用工程圖模塊，可以將三維模型直接轉換成工程圖，便于學生理解零件該部分內容。

(4)動態仿真視頻的建立。

6 擬解決的關鍵問題和方法

建立與當前機械制圖課程相配套的三維實體模型；各實體模型二維視圖的生成；動態仿真視頻的建立。

本課題研究主要采取調查法、個案研究法等。具體應用如下：

調查法應用。通過對各學院制圖課程性質進行分析及教師教學經驗方法進行調研，總結歸納出所需創建的不同類型模型；個案研究法。通過對機械制圖課程中各章節所需零件進行分析，研究設計符合章節的模型。

技術路線：

分析《機械制圖》課程性質；運用三維軟件繪制所需實體模型；有三維模型生成表達形狀結構的二維圖形；運用三維軟件進行運動仿真視頻創建。

實驗方案及可行性分析：

(1)課題調研：根據項目內容，組建項目組，研究制定項目執行方案，按照項目具體內容，進行調研，收集資料，為項目的具體開展奠定基礎。

(2)方案設計：根據調研結果創建所需三維模型庫。

(3)結題鑒定：組織課題總結，撰寫項目結題報告，組織專家鑒定。

本項目屬于應用性項目，與實際相結合，完全可行。

7 項目創新點

(1)根據機械制圖課程內容創建配套的三維模型庫，方便學生學習，對于空間想象力差的學生來說，給夠提供三維圖給他們，可以幫助他們學習。

(2)改變傳統單調教學模式，轉變教學觀念，激發學生學習興趣，提高學習效率，同時激發學習三維軟件的興趣，為后續該課程的學習奠定基礎。

利用SolidWorks三維實體設計軟件可以創建虛擬動態模型庫，不僅可以克服傳統教學模型的缺點，為多媒體教學創造條件和提供支持，同時積累了大量的教學資源，教學效果也得到了明顯的提高。