基于三維建模的“機械制圖”課程改革實踐研究*

張約美

（常州鐵道高等職業技術學校，江蘇 常州 213011）

“機械制圖”課程要求學生具備一定的空間想象能力以及空間思維能力。 對于目前的“機械制圖”課程而言，在教學實踐中，高職學生自我學習能力普遍不高，傳統的教學使用模型和掛圖，而且模型數量和品種也很有限，嚴重束縛著教學內容的安排，學生的思維比較單一，不能做到將所學的內容靈活應用，導致學生的空間想象能力較弱，會使學生產生一定的畏難情緒，對于課程學習感到枯燥，缺乏興趣，進而影響學生學習的積極性。 如何更好地讓學生能夠獨立地去思考， 如何更好地建立起知識與能力之間的對應關系，隨著計算機技術的發展，利用三維軟件建模能夠向學生展示各種零件結構， 可以增強學生的空間想象能力，同時教師利用二維軟件展示零件的圖形，有效縮短教師在課堂上的繪圖時間， 保證在相同時間內有更多的輸出信息量，具有較強的實用性，在教師教學過程中也不僅要關注對零件的表達， 還要提高學生對這門課程的興趣，以此提高學習效果。

1 基于三維建模的“機械制圖”課程教學方法改革

1.1 指導思想

本著強化“以就業為導向，以服務為宗旨，以職業能力為本位，以職業實踐為主線”的職教理念，改革傳統的課程模式，開發探索以多媒體教學為主的課程模式，增強課程的實用性、靈活性和適應性，實現培養目標與社會對人才需求的對接。 以培養高等技術應用型人才為根本任務，以適應社會需求為目標，以培養技術應用能力為主線設計學生的知識、能力、素質結構和培養方案；畢業生具有基礎理論知識適度、技術應用能力強、知識面較寬、素質高等特點，課題組從“機械制圖”課程教學改革的實踐與應用的角度，改革教學方法，創新空間想象能力培養方式，完善實踐環節，改變傳統模式，運用多媒體和軟件新技術手段建立了針對職業教育特點的教學模式。

1.2 研究目標

1）本研究針對五年制高職“機械制圖”課程教學問題，依據五年制高職機械專業的培養目標，體現“職業性、技術的應用性和示范性”， 探索適合當前學生特點的教學方法和教學手段，為進一步深化課程改革、提升專業建設的水平服務。

2）強化“以就業為導向，以服務為宗旨，以職業能力為本位”理念，以職業實踐為主線”的職教理念，改革傳統的課程模式，開發多媒體和繪圖軟件教學模式，增強課程的實用性、靈活性和適應性，實現培養目標與社會對人才需求的對接。

3）教學利用二維軟件與三維軟件相結合模式，為了增強學生的空間想象能力，提高學生繪圖和讀圖能力，提高學生的職業實踐能力。

1.3 研究思路

課程學習中采用理論與實踐相結合的方法，使學生掌握基本的工程圖樣繪制能力和識讀能力。 整個課程教學中注重學生應用能力的培養，激發學生興趣，體現以學生為主體的方法和思路。 采用多媒體教學和繪圖軟件相結合的方式，可有效提高學生讀圖的應用技能，從而為后續課程奠定了良好的基礎，也提升學生的職業實踐能力。 實踐證明，這是行之有效的方法[1-2]。

1.4 研究方法

1） 組織比較實驗教學。在高職機械類專業中，分別組建實驗班（A 類）和參照班（B 類），并配置以相同的學生人數、教學場地、任課教師；A 類班采用多媒體模型教學法組織教學，B 類班采用傳統教學法組織教學， 全程教學時間均核定為兩個學期。 在前面的實踐探索基礎上，2013 級高職機械類數控專業全部采用多媒體模型教學法，并配置相同的教學場地、任課教師。

2） 對比性教學效果評價。 對比性教學效果評價是A類班和B 類班教學質量優劣的評價， 原則上實行考教分離， 即A 類班和B 類班由專業科依據同一課程標準組織教學，最后統一主持期末考試，評定教學效果。

3） 以典型理論知識與實踐知識以及計算機繪圖的有關內容為基礎，設計學習性工作任務。

4）利用三維軟件建立三維圖庫，同時生成二維圖庫，從而豐富“機械制圖”教學資源。

2 基于三維建模的“機械制圖”課程教學方法改革實踐研究

在傳統教學的基礎上，進行“機械制圖”教學方法改革實踐研究，就是要充分將理論與實踐相結合。 為了加強學生空間想象能力和讀圖能力， 課上充分利用多媒體教學手段， 充分利用三維軟件對典型例題以及各種習題進行建模。 在課程進行中要利用大量效果清晰、重點突出、講解連貫的圖片加以輔助說明。 利用二維、三維動畫軟件演示零件結構、繪圖過程、零件加工裝配過程。 三維建模軟件教學內容包括設計環境設置、特征和零件設計、工程圖設計和裝配體設計等幾部分內容， 利用三維軟件繪制的模型繪制步驟可以通過分解的命令展示給學生， 同時利用學校的多媒體教室， 通過錄制的模型制作和生成過程的錄像，能夠較好地訓練學生的形體制作想象能力。 比如講解“組合體的識讀與繪制”疊加和切割形式，分步進行讓學生觀看零件的疊加或切割過程以及三視圖的變化，講解“剖視圖”可以將剖開的零件展示給學生看，講解“零件圖”時對照二維和三維圖形展示，充分讓學生理解零件的結構形狀、尺寸標注、技術要求等。 然后，再利用三維軟件生成二維圖形，軟件界面有：各種繪圖命令和編輯命令的應用、 圖形的屬性設計和修改繪圖環境設計，“機械制圖”中的用投影規律“長對正，高平齊，寬相等”。 可以用CAD 軟件中的“極軸”或“正交”命令來實現，對于不同線型，軟件中可以對不同的線型進行加載設置，并采用不同的顏色進行區別，圖形清晰明了。 學生將傳統課程教學與現有的課程教學進行對比學習， 能更快地建立二維到三維的思維轉換模式。 通過課堂上計算機軟件的展示，為今后二維和三維軟件學習打下良好基礎[3-4]。

2.1 實施方案

將機械制圖分為重點模塊、 三視圖模塊、 組合體模塊、圖樣表示法模塊、零件圖模塊和裝配圖模塊，對各個模塊進行實踐研究教學。 以組合體模塊為例進行說明。

1）三維軟件展示空心圓柱體的立體模型（見圖1），二維軟件講解其三視圖的畫法（見圖2）。

圖1 空心圓柱立體

圖2 空心圓柱三視圖

2）三維軟件展示第一次疊加后的組合體（見圖3），二維軟件講解其三視圖的畫法（見圖4）。

3） 三維軟件展示第二次疊加后的組合體 （見圖5），二維軟件講解其三視圖的畫法（見圖6）。

圖3 第一次疊加后的組合體

圖4 第一次疊加后的三視圖

圖5 第二次疊加后的組合體

圖6 第二次疊加后的三視圖

在教學過程中，采用三維模型展示立體模型，二維軟件輔助繪制三視圖， 并采用圖層顏色區分不同的結構，繪圖步驟清晰，便于理解，學生的學習積極性得到了很大提高，同時教師也節省了時間，提高了課堂效率。

2.2 實施效果

1） 在2019 年的高職數控類班級中，A 類班采用三維建模的課程改革教學法組織教學，B 類班采用傳統教學法組織教學，配置以相同的教學場地、任課教師和相同的評價方法，通過兩個班的實驗結果進行比較，統計發現學生的考試成績有顯著提高，其中不及格率大幅降低，及格率和優秀率均有明顯的提高。 圖7 與圖8 分別為是2019 屆第一學期和第二學期實驗班與參照班期末成績對比圖。

圖7 第一學期參照班與實驗班的成績對比圖

圖8 第二學期參照班與實驗班的成績對比圖

2） 通過課題的開發研究實施， 教師將自己的教學活動和課堂情境作為研究的對象,對教學行為和教學過程進行反思和總結,通過探索和嘗試，不斷完善教學方法和使用方法，并將其發揮至極致，教學效果會穩步上升。

3 結束語

通過合理的教學內容安排、科學的教學方法和實用的教學手段，可以培養具有扎實機械制圖繪制和識讀能力的高素質技術人才。 在教學內容上強調基礎性與實用性的和諧統一， 在教學方法上以調動學生學習積極性和參與性為目的， 充分強調理論教學與實踐教學并重， 重視在實踐教學中培養學生的實踐能力和創新能力，團隊合作能力及分析問題、解決問題的能力， 力求具有鮮明的教學特點和顯著的教學效果。 文章根據基于三維建模的“機械制圖”課程教學方法，將其應用于教師的實際教學當中，通過實踐可以證明，將“機械制圖”課程教學與三維建模充分的結合可以有效實現教學方法的一體化， 將二者相結合的教學方是一種十分有效的教學方法。