機械工程制圖課程教法探索及教具設計

摘 要：學生對投影理論和三視圖相關知識的掌握情況，是決定學生能否正確繪制圖樣以及識讀圖樣的關鍵。為研究高職學生對投影理論和三視圖知識的掌握情況，本文首先分析了《機械工程制圖》課程的特點;其次使用抽樣調查法對汽車檢測與維修技術專業(yè)學生進行學情的問卷調查;然后對《機械工程制圖》課程的授課方式進行了探索;最后利用CREO三維建模軟件設計了一種可用于課堂教學的三視圖投影教具。

關鍵詞：教法 教具 三視圖 投影特性

Abstract：Students mastery of projection theory and three-view related knowledge is the key to determining whether students can correctly draw and read patterns. In order to study the mastery of projection theory and three-view knowledge of vocational students， this article first analyzes the characteristics of the "Mechanical Engineering Drawing" course; secondly， it uses the sampling survey method to conduct a questionnaire survey of the academic conditions of the students majoring in automobile inspection and maintenance technology; the teaching method of "Mechanical Engineering Drawing" is explored; finally， a three-view projection teaching aid that can be used in classroom teaching is designed using CREO three-dimensional modeling software.

Key words：teaching methods， teaching aids， three views， projection characteristics

1 引言

《機械工程制圖》是高職學校汽車檢測與維修技術專業(yè)的專業(yè)基礎課，是以圖樣為介質進行工程交流的技術語言，開設該課程的目的重在培養(yǎng)學生讀圖和繪圖的能力[1，2，3]。因大多數(shù)高職學生對高中以前的基礎知識掌握較差[4]，所以要如何教好《機械工程制圖》這門課是所有制圖任課教師要深思的問題。

2 《機械工程制圖》特點分析

《機械工程制圖》課程主要內容有制圖基本知識、投影理論知識、立體的投影、組合體、機件的表達方法、零件圖以及裝配圖等[5]。學生對制圖基本知識，投影理論以及立體投影的掌握情況將直接影響到組合體、相貫體、裝配圖等相關知識的學習，甚至是影響后續(xù)某些專業(yè)課的學習。

對于高職學生來說《機械工程制圖》是一門專業(yè)性較強，具有較強理論邏輯性和實踐性要求的全新的專業(yè)基礎課程。學生要學好這門課，掌握“讀圖”和“繪圖”的技能，就要求學生具備空間想象、邏輯思維以及圖形分析的能力，此外，不僅要能手繪圖樣，還要能使用AutoCAD、UG、SolidWorks等繪圖軟件。

3 學情調查分析

目前來說，高職學生的生源主要有中職升高職、分類招生、以及高中報考高職這三類學生。本文使用抽樣調查的研究方法對汽車工程學院2019級汽車檢測與維修技術專業(yè)已學過《機械工程制圖》課程的200名學生進行問卷調查，其結果如下。

從圖1可以看出，其中22%的學生為中職升高職的生源;78%的學生為高中報考或分類招生升學的生源，且高中學理科和學文科的學生人數(shù)相差不大，分別為40%和38%，即“文”和“理”相對平衡。

圖2為學生現(xiàn)在對學過的《機械工程制圖》中投影、三視圖相關知識記憶情況圖，由圖可知到現(xiàn)在為止還完全記得的僅占15%，記憶比較模糊的學生占72%，其原因是大部分學生在學習該部分知識時的掌握程度僅能應付考試，并沒深刻理解，因而遺忘較快。

圖3為不同生源學生對空間想象能力的自我評價圖，從圖可以看出高中學理科的學生空間想象力整體較高中學文科學生或“中升高”學生要高;空間想象力較好的“中升高”學生僅有2人，空間想象力較差的中升高學生達8人，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是“中升高”的學生沒有經歷高中階段的系統(tǒng)性訓練，所以他們的空間想象力，邏輯思維能力整體較差。

圖4為不同生源學生自我評價學習難度對比圖，從中可以看出，高中學理科的這部分同學大都認為《機械工程制圖》課程學習難度一般，認為學習難度較大的為“中升高”學生和高中學文科的學生，分別為16人和18人。這一現(xiàn)象和他們對空間想象力自我評價數(shù)據(jù)結果相對應。

圖5為學生在學習《機械工程制圖》課程時對投影、三視圖知識掌握情況圖，由圖可知，有26人表示當時就沒有理解和掌握，真正完全理解的也只有30人，掌握不透徹或者模模糊糊的占144人，這樣的結果并不是教師所希望的。

圖6為教師對現(xiàn)有教具使用情況以及研究新教具來輔助學習理解投影、三視圖知識知識點的必要性調查結果圖，由圖可知，有128人認為教師在上課過程中使用教具較少或教具單一。高達194人認為研究新型教具使用與教學過程中來幫助學生理解知識點很有必要。

綜上所述，學生生源“文”，“理”較為平衡，但整體對投影和三視圖知識的掌握情況并不樂觀，85%的學生沒能完全掌握投影和三視圖的相關知識，所以，教師要使用什么樣的教學方法使高職學生能掌握這門需要空間想象、邏輯思維能力的《機械工程制圖》課程是值得深思的問題。

4《機械工程制圖》教法探索

一般的課程重在傳授學生理論知識，教師的教學也重在強調學生對理論知識的記憶，忘記了高職學生與本科生不同，對于高職學生應更強調應用，更強調“技能”。所以，使用合理的教學方法，培養(yǎng)學生的抽象空間想象力以及邏輯思維能力，讓學生能讀懂圖樣并能繪制圖樣是教師教學的重點任務。鑒于《機械工程制圖》課程的特殊性，教師在教學過程中可應用教具、制圖軟件以及多媒體等工具。

教具。日常所見所用之物利用好了都可以成為教師授課時的重要教具。比如，在講解一個長方體被一平面截切，得到兩個什么樣的立體時，教師可以先讓學生思考答案并說出理由，然后拿出繪圖工具包里的橡皮擦，當著學生的面用小刀對長方體的橡皮擦進行截切。在這樣的互動教學過程中，不僅激發(fā)學生的空間思維能力，同時利用教具將一個抽象的空間物體進行了具象化，學生思考的答案立刻得到了驗證，有利于學生進行反思，從而更加深刻的掌握知識點。

制圖軟件。能繪制二維平面圖、三維立體圖的軟件有很多，如AutoCAD、PRO/E、3Ds MAX、CREO、UG、CATIA等。對于充滿好奇心的學生來說，教師在講課過程中使用新的軟件，可以激發(fā)學生的學習興趣，比如課堂現(xiàn)場建立一個三維模型，學生可以看到面是如何被拉伸成體的，使用“視圖功能”還可以讓學生看到立體被剖開后得到的剖視圖，這些都能夠幫助學生對知識點掌握。

多媒體。用PPT、動畫、視頻來演示制圖過程，從視覺和聽覺上來激發(fā)學生開放思維，在強化學生記憶的同時可培養(yǎng)學生空間想象力。

5 投影教具設計

5.1 現(xiàn)有教具對比

為提升教學質量，根據(jù)科學原理，對特定教學內容使用簡單的機構設計特定的教具應用到實際課堂教學中，將抽象的知識直觀化、具體化，形象化，從而幫助高職學生對理論知識掌握具有實際意義[6，7]。

在《機械工程制圖》課程授課過程中教師常用的教具有工具類、模型類、掛圖類以及多媒體類等[8]。對于大多數(shù)教師來說工具類教具是徒手繪圖精度的保證，是上課的必備工具，但部分教師在板書作圖過程中容易陷入完全不使用作圖工具，即徒手繪圖，或者逢圖必用作圖工具這兩個誤區(qū)。在學生學習前期，使用工具類教具有利于讓學生跟上進度，培養(yǎng)學生空間想象力。在學生學習中后期，因學生已具備一定的識圖、繪圖能力，教師可徒手繪圖來提高效率。在講解某些特殊制圖方法的時候，教師應重在技巧的傳授，這時對于所畫圖的精度則沒有很高的要求，若教師逢圖必用作圖工具，則會嚴重影響教學進度。模型類教具由于結構固定，可在學生學習前期使用，讓學生對抽象物體具象化，學習后期則不再實用。掛圖類教具可清楚展示圖樣的整體效果，適合在學生學習后期使用，重在培養(yǎng)學生讀圖的能力。多媒體類教具形式多樣化，有PPT、GIF圖、視頻和音頻等，多媒體教具的合理使用能使學生了解繪圖步驟，培養(yǎng)學生邏輯思維，但過多使用會弱化學生自我學習的思考，致使教師成為了多媒體的播放者，學生成為了欣賞者，形成學生“一看就懂，一畫不會”的尷尬局面。

每一類教具都有著各自的優(yōu)點，合理使用才能發(fā)揮出最大的用處，達到事半功倍的效果，但它們都具有“學生只能觀看，而不能參與其中”的缺點。

5.2 投影教具的設計

無論多么復雜的物體都是由點、直線和平面這三個基本幾何元素構成的，理解掌握了這些基本幾何元素的投影規(guī)律，是能否學好《機械工程制圖》課程的基礎。常用的投影法有兩種：中心投影法和平行投影法。中心投影法的投射線是由一個點發(fā)出，所得的投影圖的大小與投射中心、投影面以及投影體三者之間的距離有關，不具真實性。平行投影法的投射線是平行的，所得投影圖的大小能反映投影物真實大小，根據(jù)投射線是否垂直于投影面又分為斜投影法和正投影法[5]。機械工程圖樣的繪制主要采用正投影法，所以，對要求能繪制工程圖樣的高職學生來說，正投影法是必須掌握的內容。

利用CREO三維建模軟件設計的三視圖投影教具，如圖7所示，其結構組成包括：正投影板、水平投影板、側投影板、支撐桿、托盤、投影演示物、燈具（LED燈具和普通燈具）等。

如圖8所示，（1）當投影物選擇平面且平行與正投影板，燈具選擇普通燈具且安裝于1槽中時，在正投影板上可得到平面的主視圖。將支撐桿沿著滑槽移動，可得到不同大小的投影圖，即反映出了中心投影法得到投影圖的大小與投射中心、投影面以及投影物體三者之間的距離有關的投影特性。（2）當投影物選擇平面且平行與正投影板，燈具選擇LED燈具且安裝于1槽中時，在正投影板上可得到與平面大小相等的主視圖，即反映了正投影法的真實性。將托盤順時針或逆時針旋轉45度（1～89度均可），此時平面與正投影板傾斜相交，在正投影板上可得到一個長和平面的常相等，但寬小于平面寬的一個視圖，即反映了正投影法的類似性。將托盤順時針或逆時針旋轉90度，此時平面與正投影板垂直，在正投影板上可得到一條長和平面的寬相等的線，即反映了正投影法的集聚性。此外，把燈具安裝在槽2中或選點（或直線）作為投影演示物同樣可以演示出中心投影法和正投影法的區(qū)別以及各自的投影特性。

教師在講授投影理論知識以及點線面三視圖時，則可以使用該教具來輔助授課。首先，教師對全班學生分小組。其次，讓每小組的學生自行選擇燈具和演示投影體，并確定燈具安裝位置。在學生作業(yè)過程中，要求學生重點觀察并記錄不同情況下得到的投影圖。最后，讓每組學生對每種情況下得到的投影圖進行分析討論，總結出兩種投影法的區(qū)別以及每種投影法的投影特性。本投影教具的合理使用，能讓學生參與知識探索的過程，提高學生學習主動性，進而提高教學質量。

6 總結

投影和三視圖相關知識是《機械工程制圖》課程中的重點和難點之一，為探索教師如何較好該課程，文章首先分析了《機械工程制圖》課程的特點;其次使用抽樣調查法對200名學生進行學情問卷調查，其結果表明，空間想象力最差生源為的中職升高職的這部分學生，對理論知識掌握不透徹或者模模糊糊的高達144人，128人認為教師在上課過程中使用教具較少或教具比較單一，高達194人認為研究新型教具使用于教學過程中來幫助學生理解知識點很有必要;然后探索了3種《機械工程制圖》課程的教學方法;最后利用CREO三維建模軟件設計了一種可讓學生參與教學過程中來探索投影、三視圖相關知識的投影教具。

基金項目：1.機械制圖課程中三視圖投影教具的研究（項目編號：1-ZZYB-202009）;2.汽車專業(yè)教學儀器設備研制團隊（項目編號：遵職科合[2019]）。

參考文獻：

[1]唐建成.機械制圖基礎及CAD[M].北京：北京理工大學出版社，2017.

[2]邵紅薇. 淺談中職機械制圖中點線面的投影[J].學周刊，2017（24）：18-19.

[3]高琳. 傳統(tǒng)與多媒體教具在制圖課中的完美應用[J].中國教育技術裝備，2011（23）：65-67.

[4]韓力軍. 教具在高職課堂教學中的應用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2016（11）：107-108.

[5]王斌，王亮. 機械制圖與CAD基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2019.

[6]]賈科選. 初中物理自制教具的開發(fā)與應用[D].合肥師范學院，2021.

[7]孫相春. 信息化背景下傳統(tǒng)教具在高中地理教學中的應用研究[D].魯東大學，2019.

[8]祁燕. 對多媒體在《機械制圖》教學應用中的幾點思考[J].讀與寫（教育教學刊），2014，11（05）：242.

作者簡介

符耀民：（1993—），碩士，助教。研究方向：汽車及其零部件設計理論與方法。