教學新模式在機械制圖課程中的運用

摘 要：針對機械制圖課程教學中存在的問題，從課程結(jié)構(gòu)體系、課堂教學等方面進行教學改革與實踐，把AutoCAD和SolidWorks 兩門課程的教學融入到機械制圖課程的學習當中，充分利用VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)和AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)輔助教學，提高了學生的學習興趣及教師的教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機械制圖;教學新模式

0引言

機械制圖是一門研究空間幾何問題圖示法和圖解法的技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要目標是培養(yǎng)學生在平面上用幾何作圖的方法來解決空間幾何問題的能力，逐步培養(yǎng)學生的空間想象力和空間構(gòu)思能力，是機械類學生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。

經(jīng)過多年的課程教學我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的機械制圖課程教學存在諸多問題，現(xiàn)行的教學方式與方法已經(jīng)不適應時代發(fā)展的需要，隨著AutoCAD和SolidWorks 兩門課程的引入與開設，VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)和AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)等一系列新技術(shù)的快速發(fā)展，機械制圖課程的教學改革也勢在必行。

1機械制圖課程教學中存在的問題

1.1 教學方法單一，課堂教學過于抽象化

目前，大多數(shù)的機械制圖課程教學都以教師講解PPT或者課本內(nèi)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。例如教師提出一個過盈配合的名詞，由于學生對機械專業(yè)剛接觸，只能強行記憶了過盈配合這個概念，并沒有理解這個配合方式。這種教學模式導致學生對教師所教內(nèi)容遺忘快、難以真正理解。由于現(xiàn)在大多數(shù)學校的還停留在糾結(jié)機械教學模具的多少，這就無法使學生直觀地了解構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，更無法了解某種工藝流程在此構(gòu)件加工時的具體作用。

1.2 教學內(nèi)容枯燥，難以培養(yǎng)學生的學習興趣

我們常說興趣是最好的老師。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(chǎn)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(shù)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(chǎn)品設計當中去。[1]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[2]。等到四年本科學習結(jié)束，學生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(shù)要求、尺寸公差不知如何標注，學生制圖水平仍處于一個較低的水平。

1.3 教學手段單調(diào)，不適應現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展

隨著數(shù)字化信息技術(shù)的發(fā)展，AutoCAD 、SolidWorks已經(jīng)廣泛應用于機械設計的各行各業(yè)中。AutoCAD 、SolidWorks和機械制圖這三門課程都需要很強的動手操作能力，這些課程在內(nèi)容上有著密切的關(guān)系，但目前大多數(shù)高校都將彼此分開教學，這樣不僅使教師的教學周期拉長，教學任務加重，而且會使這些課程缺乏聯(lián)系，不利于學生對制圖知識的總體把握。而在機械制圖課程中合理地穿插講解AutoCAD、SolidWorks 軟件，既有利于學生對整體知識框架的搭建，又能有效提高這些課程的教學效率。

2機械制圖課程的教學新模式

2.1課程教學體系的重新構(gòu)建

從培養(yǎng)“卓越工程師”的目標出發(fā)，結(jié)合機械學院各個專業(yè)特點，完成了從二維平面繪圖到三維設計的制圖類課程體系的重新構(gòu)建，進行了畫法幾何與機械制圖課程的教學改革。

在新的課程體系中，由以往機械制圖教學的獨立式教學模式逐步過渡到了主線式教學模式，并實現(xiàn)機械制圖、二維CAD、三維CAD三者并重的學習一體化教學體系。我院機械類專業(yè)設置了機械制圖、計算機輔助設計和計算機輔助設計訓練課程。其中計算機輔助設計課程安排在了第一學期臨近期末并進行為期兩周的基礎(chǔ)性學習，包含二維CAD（以AutoCAD為主）及三維CAD（SolidWorks）兩類設計軟件的基礎(chǔ)性學習;計算機輔助設計訓練則安排在了第三學期機械制圖課程教學完后并進行為期兩周的上機操作學習。在新的教學體系中，突出了以CAD教學為主線的一體化教學模式，在開出的機械制圖課程中逐漸滲透以二維CAD繪圖和三維CAD設計的思想理念。面對現(xiàn)代工程實際中二維與三維設計并存的問題，通過課堂講授和加強實踐環(huán)節(jié)，實現(xiàn)機械制圖、二維繪圖與三維設計的有機結(jié)合。

2.2教學方法的改革

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，利用多媒體進行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(gòu)需要用視圖來將其表達清楚時，可利用SolidWorks建模來展示該機構(gòu)的三維圖形或者爆炸視圖，并且可進行任意的放大與縮小以及剖切，讓學生能更形象、直觀地觀察到機構(gòu)的內(nèi)外結(jié)構(gòu)形狀，不至于讓機械制圖顯得那么抽象。同時還可以利用多媒體動畫將產(chǎn)品加工的方法展示出來。教師在講解如何畫組合體的三視圖時，可以結(jié)合AutoCAD邊畫邊進行講解，使“長對正，高平齊，寬相等，前后對應”的原則更容易記憶與理解，使學生更容易進行知識的學習與掌握，既學好了機械制圖的知識，也掌握了AutoCAD的部分繪圖技巧，達到了事半功倍的效果。

通過多媒體教學模式，可以對大型模型進行有效的拆分展示，清晰地展示構(gòu)件的三維立體圖，以更加真實的空間立體學習方式增強教學真實感，增強學生的記憶效果和對該課程內(nèi)容的理解。

2.3教學手段的改革

2.3.1 VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)的應用

VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)是 Virtual Reality 的簡稱，其通過細微的傳感器與計算機技術(shù)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。

在VR 技術(shù)發(fā)展如此迅速的今天，我們可以通過 VR 技術(shù)虛擬呈現(xiàn)機械制圖的測繪的整個過程，讓學生更加直觀立體的觀察到各個零件的安裝、拆卸的過程，并可以親身參與到其中，從而使其更加深刻的理解機械制圖的測繪環(huán)節(jié)的實際意義。借助VR 技術(shù)輔助機械制圖教學可以讓每一個學生能親身感受機械構(gòu)件加工成形的每一個過程，這能有效激發(fā)學生的想象力。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(lǐng)，這能增強學生真實制圖的體驗。因此將VR 技術(shù)融入機械制圖的教學過程，有助于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)以及學習興趣的提升，為機械制圖的改革提供切實可行的方案和寶貴的經(jīng)驗。

2.3.2 AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)的應用

AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)作為最近興起的一項熱門技術(shù)，有著巨大的應用潛力。例如學生在看書或者做作業(yè)看圖時，難免出現(xiàn)或多或少的問題，利用AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)，通過手機掃描相應的平面圖形可以出現(xiàn)相關(guān)的動態(tài)的空間立體，學生可以對空間立體有一個直觀的感覺，甚至可以與空間立體互動（放大、縮小、剖切等）來實現(xiàn)對空間立體的認知與掌握，從而能完成平面圖形三視圖的繪圖。

借助AR 技術(shù)輔助機械制圖教學，合理地將其融入機械制圖的教學課程中，讓AR 技術(shù)惠及更多的學生和教師是我們努力的方向。

3機械制圖課程教學改革的成效

通過對機械制圖課程教學改革的摸索與探究，取得了一定的成績，教學效果良好。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）在實際教學中的課堂出勤率可以達到100%，增強了學生對該課程的學習興趣。極大的學習興趣歷來是促進教學，提高教學質(zhì)量的內(nèi)動力，也是檢驗教學效果的重要標志。

（2）與傳統(tǒng)教學相比，學生能夠在更短的時間里掌握機械制圖、AutoCAD 、SolidWorks等相關(guān)知識，同時也增強了學生對這些課程的學習興趣，自主學習的積極性有了很大的提高。

（3） 實現(xiàn)了以學促賽，以賽促學的良好環(huán)境。通過在機械學院舉辦一年一度的制圖手工、二維CAD及三維CAD比賽，學生的參與熱情高漲，并由此選拔了一批學生參加了全省、全國的相關(guān)比賽并多人次的取得了好的成績。

4結(jié)束語

隨著當今數(shù)字化多媒體信息的不斷發(fā)展，行業(yè)需求技能的不斷更新，還會出現(xiàn)新的問題有待我們?nèi)パ芯俊嵺`和總結(jié)，由于機械制圖課程具有基礎(chǔ)性、實踐性和應用性強的特點，我們的教學要始終堅持以行業(yè)需求為導向，從行業(yè)對人才的技能要求出發(fā)，圍繞著提高學生應用繪圖能力和設計能力的目標，優(yōu)化教學方案，改進教學方法，培養(yǎng)出適應社會經(jīng)濟發(fā)展的機械專業(yè)技術(shù)人才。

實踐表明，機械制圖教學改革不僅提高了學生的學習積極性，而且真正提高了學生的自學能力及實際操作能力。當然，教學改革是一個永無止境的過程，還需要我們不斷地更新教學理念、拓展教學思路來提高教學質(zhì)量和效果。

參考文獻：

[1] 張志禎. 虛擬現(xiàn)實教育應用：追求身心一體的教育—從北京師范大學“智慧學習與VR 教育應用學術(shù)周”說起[J]. 中國遠程教育，2016（6）：5-15，79.

[2] 劉哲雨，王志軍 . 行為投入影響深度學習的實證探究——以虛擬現(xiàn)實（VR）環(huán)境下的視頻學習為例[J]. 遠程教育雜志，2017（1）：72-81.

作者簡介：

第一作者：翟彤，1969年8月，男，漢，湖南省南山人，碩士，武漢輕工大學機械工程學院，副教授，研究方向：機械設計，