Solidworks軟件與機械制圖學(xué)習(xí)創(chuàng)新融合研究

0 引言

Solidworks軟件是一款基于Windows 操作系統(tǒng)開發(fā)的三維設(shè)計軟件，因具有較高的易學(xué)性、操作性和創(chuàng)新性等優(yōu)秀性能，所以被廣泛應(yīng)用到各行業(yè)的生產(chǎn)與教學(xué)當(dāng)中。國內(nèi)外已經(jīng)有多所院校將Solidworks列為制造專業(yè)的必修課程，同時也有很多學(xué)校將Solidworks軟件作為輔助教學(xué)材料融合在特殊知識點的教學(xué)課程當(dāng)中。在該背景下，本文將立足于Solidworks助力機械制圖教學(xué)的角度對二者間融合情況進行分析，明確Solidworks與機械制圖教學(xué)融合對機械制圖課程產(chǎn)生的影響，以期為教師或院校提供參考幫助。

1 Solidworks軟件在機械制圖教學(xué)任務(wù)設(shè)計中的應(yīng)用效果

1.1 Solidworks與機械制圖融合的路徑

Solidworks隸屬于達索公司旗下CAD領(lǐng)域的頂尖產(chǎn)品，因該軟件具有強大的功能，所以現(xiàn)以成為全球應(yīng)用最廣泛的設(shè)計軟件

。從Solidworks與教學(xué)融合的角度來看，對于學(xué)生而言利用Solidworks進行機械制圖等學(xué)習(xí)雖然可以快速理解復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計的本質(zhì)，但是熟練運用Solidworks軟件實現(xiàn)對機械制圖教學(xué)課程的理解與應(yīng)用，需要在教師的幫助下進行長期的磨合，以此達到熟練利用Solidworks分解剖析機械制圖中的重點與難點。在使用Solidworks軟件進行機械制圖教學(xué)之前，教師可利用任務(wù)驅(qū)動法幫助學(xué)生從一無所知過渡到熟練掌握階段，通過制定明確的階段性學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生朝著具體目標(biāo)和方向?qū)W習(xí)，進而為后續(xù)的教學(xué)奠定基礎(chǔ)

。從融合方式角度來看，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)不僅是激發(fā)學(xué)生對枯澀難懂知識學(xué)習(xí)的動力，更是培養(yǎng)學(xué)生主觀意識與學(xué)習(xí)實踐能力的重要方式，將Solidworks軟件融入到高校機械制圖教學(xué)中是體現(xiàn)國家培養(yǎng)職業(yè)技術(shù)人才的初衷和意愿一種體現(xiàn)

。

嶺南建筑在色彩選擇上往往喜愛用比較明朗的淺色淡色，同時又喜用青、藍、綠等純色作為色彩基調(diào)，這些都能使建筑物減少重量感，從而造成建筑外貌的輕巧。同時從嶺南傳統(tǒng)建筑的裝飾、裝修、紋樣、圖案中，提取符號，再將其抽象化，運用到建筑設(shè)計中。

1.2 任務(wù)設(shè)計環(huán)節(jié)

在技工院校使用Solidworks軟件進行教學(xué)過程中，其教學(xué)質(zhì)量控制的關(guān)鍵點在于利用軟件進行的教學(xué)任務(wù)設(shè)計，在整個教學(xué)過程中教學(xué)任務(wù)可以視為穿插各知識點的鎖鏈，是作為承上啟下開啟新知識點教學(xué)的方法。在機械制圖教學(xué)課程中，教師既要考慮教學(xué)過程中知識點的傳輸與接收情況，又要保障學(xué)生在課下能夠?qū)φn上教學(xué)任務(wù)的消化，為此在教學(xué)任務(wù)的設(shè)計環(huán)節(jié)教師需要充分考慮到任務(wù)的難度，既不能使任務(wù)過于簡單，防止任務(wù)失去存在的意義，也不能過于困難，防止打壓學(xué)生對機械制圖的學(xué)習(xí)興趣

。因此，面向?qū)W生的任務(wù)設(shè)計需要任課教師著重思考，任務(wù)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)結(jié)合近一段時間的教學(xué)成果，同時也需要融合新的知識，任課教師在設(shè)計任務(wù)時應(yīng)當(dāng)站在Solidworks軟件和教學(xué)內(nèi)容的角度，做到全面考慮設(shè)計縝密，將Solidworks軟件在機械制圖教學(xué)中的促進作用發(fā)揮出來，實現(xiàn)利用Solidworks的梯度任務(wù)設(shè)計提高機械制圖教學(xué)質(zhì)量的目的

。

1.3 任務(wù)布置

在機械制圖學(xué)習(xí)過程中，教師應(yīng)當(dāng)明確學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，而教師只起到輔助與引導(dǎo)的作用。同時，任課教師不僅需要對學(xué)生知識層面的收獲情況進行考慮，而且還需要對學(xué)生在執(zhí)行任務(wù)時可以從中收獲什么意義與內(nèi)涵進行考慮。例如在發(fā)現(xiàn)遇到較難的任務(wù)反饋時，教師可通過自主演示的方式解決任務(wù)中的難點，均衡學(xué)生對待任務(wù)的信心。在布置任務(wù)時教師需要做到因材施教，即通過自己對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的了解而分配任務(wù)，任務(wù)參與人員可以是個人形式也可以是小組形式，以此方式讓每個學(xué)生都能夠在Solidworks任務(wù)設(shè)計中提升自身能力。通過此方式可以讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，是傳統(tǒng)機械制圖教學(xué)方法的一種創(chuàng)新體現(xiàn)

。例如，利用Solidworks軟件的功能快捷鍵解決機械制圖中復(fù)雜重復(fù)操作占用的時間問題。

1.4 任務(wù)完成情況總結(jié)

教學(xué)一直都是以學(xué)生為主題，知識、方法和教師屬于輔助學(xué)生學(xué)習(xí)的因素。因此，教師在使用Solidworks軟件進行教學(xué)計劃設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)針對Solidworks軟件與機械制圖的融合難點與重點建立統(tǒng)一的模型庫，例如在進行某復(fù)雜器件的設(shè)計制圖教學(xué)中，課堂上教師便可依據(jù)Solidworks軟件中提前建立的模型庫對其進行講解，通過逐級拆分并組裝的方式使學(xué)生明確模型的構(gòu)造，以此方式提高教師對知識點講解的效率，打開學(xué)生的設(shè)計思維

。為此本文總結(jié)Solidworks軟件與機械制圖教學(xué)中應(yīng)用的幾方面表達：

利用Solidworks的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計功能可實現(xiàn)繪制草圖、零件建模以及虛擬裝配等工作。在機械制圖的分組式教學(xué)中，學(xué)生可利用Solidworks軟件對已經(jīng)設(shè)計完成的個體零件進行核對，最終將參與設(shè)計同學(xué)的作品組裝成一個功能結(jié)構(gòu)，如圖3便是上述同學(xué)丙、乙和小組其他同學(xué)共同制作完成的球閥。

2 Solidworks軟件在機械制圖課程教學(xué)中的融合

2.1 Solidworks軟件在機械制圖教學(xué)中的應(yīng)用表達

從學(xué)生的角度看，基于Solidworks軟件設(shè)計的機械制圖任務(wù)完成后并不可以馬上結(jié)束，需要對任務(wù)的完成度與重點和難點進行總結(jié)與歸納

。該環(huán)境是整個任務(wù)的一種升華表現(xiàn)，既是學(xué)生自省過程，同時也是學(xué)生自主提高學(xué)習(xí)能力的過程，如果任務(wù)中出現(xiàn)的問題沒有得到及時糾正、總結(jié)，那么便可以視為任務(wù)并沒有實現(xiàn)自身的價值，這個問題還會在下一次的任務(wù)中成為阻礙學(xué)生成長的絆腳石，甚至?xí)速M學(xué)生對其它知識的學(xué)習(xí)時間。從任務(wù)的核實檢測角度來看，可以讓學(xué)生進行任務(wù)總結(jié)與匯報實現(xiàn)對任務(wù)完成情況的檢查，即當(dāng)任務(wù)周期處于尾聲時需要學(xué)生在講臺上對此次任務(wù)的完成過程進行匯報，重點體現(xiàn)出如何完成、遇到問題、解決方法、意見以及自我總結(jié)等因素，并在匯報完成之后由其它學(xué)生對匯報進行討論，吸收匯報優(yōu)勢解決匯報提出問題

。此方式不僅可以進一步加強Solidworks軟件在機械制圖教學(xué)中的融合進度，而且還會增加學(xué)生利用Solidworks軟件進行機械制圖學(xué)習(xí)的興趣，在匯報中加深對知識點的認識，明確自身學(xué)習(xí)的不足。最后，需要由教師對各組同學(xué)的匯報工作進行點評，對學(xué)生任務(wù)完成情況給予獨特評價，肯定學(xué)生對待任務(wù)的優(yōu)點意識和獨特見解，并完善學(xué)生完成任務(wù)時出現(xiàn)的知識點遺漏，加深學(xué)生對機械制圖學(xué)習(xí)的認識。

2.1.1 基本幾何元素的表達

基本體的表達，即針對基本立體視圖和模型重點相貫線與截交線的表達。通過Solidworks軟件數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)模型便可直觀看出實體圖形中的截交線與相貫線具體形式，以此方式可以解決教師對過于抽象化事物的講解，并方便向?qū)W生展示在不同參數(shù)條件下模型相貫線和截交線的特征變化。在組合體表達過程中，能夠在基本體的概念基礎(chǔ)上實現(xiàn)建模，即通過對基本體的單獨分解講述不斷拼接而成一個完整的組合體，便于學(xué)生從組合體的設(shè)計理念、構(gòu)成以及組裝方式等角度認識組合體的制圖知識點。

從現(xiàn)階段機械制圖課程改革的視角上看，若因課程學(xué)時限制而無法通過分散式過程化方式進行教學(xué)時，可利用Solidworks軟件實現(xiàn)機械制圖的分組式教學(xué)。雖然在傳統(tǒng)的機械制圖教學(xué)中也可實現(xiàn)分組，但教學(xué)內(nèi)容大致相同且學(xué)生都忙于對自己模型的畫圖制作，沒有形成團隊合作學(xué)習(xí)的意識。從傳統(tǒng)分組式教學(xué)的現(xiàn)狀中可看出，造成該現(xiàn)象的主要原因在于缺失能夠高效交互的介質(zhì)，而將Solidworks軟件融入機械制圖教學(xué)中可在一定程度上增強學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性與選擇性，并可以在一定程度上提高學(xué)生團隊意識的形成。使用基于Solidworks軟件的分組式教學(xué)可以增加學(xué)生自主地的方向，例如喜歡團隊協(xié)作的學(xué)生可以通過Solidworks軟件協(xié)作完成復(fù)雜度較高的任務(wù)，而喜歡獨立學(xué)習(xí)的學(xué)生或者針對特殊知識學(xué)習(xí)學(xué)生可通過Solidworks軟件選擇難度較低或?qū)ｍ棇W(xué)習(xí)的任務(wù)。如圖1和圖2所示，該圖為某學(xué)校丙同學(xué)利用Solidworks軟件繪制的閥體接頭結(jié)構(gòu)，圖2為某組乙學(xué)生利用Solidworks軟件繪制的閥體結(jié)構(gòu)，丙、乙兩同學(xué)共同完成球閥不同零件的三維立體圖的制作任務(wù)。

因?qū)W生在接觸機械制圖前并為參與生產(chǎn)實踐，所以學(xué)生接觸實物的機會相對較少，進而會出現(xiàn)利用Solidworks軟件繪制圖形時出現(xiàn)缺乏空間想象、分析能力以及機動原理等學(xué)習(xí)問題。在機械制圖課堂教學(xué)中，教師應(yīng)以提升學(xué)生直觀性制圖教學(xué)為主要發(fā)展方針，注重運用實物、模型以及圖像等輔助因素幫助學(xué)生理解復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容，化思維抽象為投影模型關(guān)系，將本應(yīng)該浮現(xiàn)在學(xué)生腦海中的視覺構(gòu)圖顯示在Solidworks軟件中，利用軟件的可撤回特性逐步分解模型的設(shè)計，降低教學(xué)難度。例如，傳統(tǒng)教學(xué)使用形體分析法對目標(biāo)組合體的視圖進行分析，雖然此方法可以將模型的特征數(shù)據(jù)展示出來，但是不能夠?qū)⒚恳浑A段的形體都的組成與細節(jié)畫出來，導(dǎo)致在組合體組裝形成過程中只有模型的主體，沒有對每一階段的組合分析，實際教學(xué)反響效果較差。而利用SolidWorks軟件的回溯功能不僅可以細化教學(xué)的每一步教學(xué)步驟，而且還可以實現(xiàn)教學(xué)與模型演變之間的相互貼合，這種可反復(fù)操作的教學(xué)方法不僅可以有效解決學(xué)生的問題，而且還可以提高教學(xué)知識在學(xué)生心中的牢固程度。

在機械制圖中基本幾何元素的表達是機械制圖教學(xué)的基礎(chǔ)課程，主要包括學(xué)生對物體三視圖的形成以及投影規(guī)律的認識，對物體點、線、面與個方向投影認知的思維培養(yǎng)。在Solidworks軟件與機械制圖融合初期，教師可通過構(gòu)建簡單實體模型庫的方式利用軟件自動生成模型的工程視圖功能，鍛煉學(xué)生對不同形態(tài)物體變化的思維認識，或者通過教師對模型的講解幫助學(xué)生從專業(yè)角度分析模型的構(gòu)造理念，養(yǎng)成學(xué)生通過片面觀察獲取模型三視圖及其投影規(guī)律的思維意識。

2.2 在分組式教學(xué)中的應(yīng)用

《故鄉(xiāng)》是魯迅以農(nóng)村生活為題材創(chuàng)作的名篇之一。發(fā)表于1921年5月1日《新青年》第9卷第1號，后來被收入《吶喊》。小說通過描寫“我”回故鄉(xiāng)后的所見所聞，揭露了舊社會人們精神世界的可悲變化。

2.3 虛擬裝配的應(yīng)用

1.2.3 供試品溶液的制備 精密稱取NOR、OFL、TC、OTC、SDZ、SMZ對照品適量，用自然水(已用5 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至3.0左右)分別稀釋制成1.0、2.0、2.0、3.0、1.0、1.0 mg/mL的樣品貯備液。分別精密量取上述樣品貯備液各1 mL于50 mL容量瓶中，加自然水30 mL，用測試用緩沖溶液定容至刻線，搖勻，用0.22 μm微孔濾膜過濾即得。臨用前配制，超聲處理10 min。

應(yīng)用Solidworks軟件進行機械制圖教學(xué)，學(xué)生可不將設(shè)計制成實物進行功能驗證便可獲得設(shè)計參數(shù)，即可以利用Solidworks軟件的檢測功能對結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝進行干涉檢查，驗證各結(jié)構(gòu)單體構(gòu)件組合在一起后能否發(fā)揮結(jié)構(gòu)整體的功能效益。同時，在Solidworks軟件不斷升級優(yōu)化之后，教師可針對不同同學(xué)的不同任務(wù)設(shè)計作品開展個性化教學(xué)講解，例如對上述球閥教學(xué)內(nèi)容的延伸，讓同學(xué)通過Solidworks軟件的功能單元對作品進行渲染，針對一些復(fù)雜受力結(jié)構(gòu)進行力場分析，對于大型機械制圖任務(wù)可將最后的作品渲染成演示動畫，進而更加真實全面的展示出學(xué)生任務(wù)的完成情況。

2.4 運用回溯功能，使加工過程直觀化

2.1.2 基本體與組合體的表達

小說作者和南京大學(xué)教授張光芒就《蘇北女人》進行過一場文學(xué)對話，張光芒認為《天工開物》對這篇小說的謀篇布局有一定的影響。李潔冰對此回應(yīng)說：“這是一部以農(nóng)耕文明為敘事底色的長篇小說。最初結(jié)構(gòu)和謀篇布局的時候，曾受過《天工開物》的啟發(fā)，但它對于我的創(chuàng)作，更多還是氣場和意念上的引領(lǐng)。”[4]沿著作者提示的線索細心研讀作品，我們的確可以發(fā)現(xiàn)《蘇北女人》和《天工開物》兩個文本之間隱約存在著某種內(nèi)在的關(guān)聯(lián)。這關(guān)聯(lián)或許就是作者所說的“氣場和意念”，正是它們“引領(lǐng)”出小說獨特的敘事指向。

經(jīng)過對檢測段周圍水文地質(zhì)情況的勘察，發(fā)現(xiàn)其進口處的圍巖主要是灰色凝灰?guī)r，但是其中夾雜一些夾凝灰質(zhì)砂頁巖，這種巖石的塊狀結(jié)構(gòu)比較大，且比較完整，但是其抗風(fēng)化的能力比較弱。而周圍的地下水來源主要是地表水和雨水的滲透，因此，受到季節(jié)的影響比較大。進行施工時，缺陷段的圍巖沒有出現(xiàn)滲漏水的現(xiàn)象[1]。而在斜井周圍，2個方向的水文地質(zhì)情況也不相同，雖然周圍的巖石都是凝灰?guī)r，但是小里程方向段的圍巖質(zhì)量明顯比大里程方向段的好。二者的地下水情況基本相似，都是靠雨水和地表水作為補給源，受季節(jié)的影響變化較大。同時，在施工過程中也沒有出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

2.5 合理使用配置，豐富表達形式

在SolidWorks軟件中，當(dāng)學(xué)生創(chuàng)建一個三維模型后便可通過軟件自身的功能將同一件設(shè)計進行不同層次的拆分，例如全剖、半剖、局部剖以及局部放大等功能。同時，通過Solidworks軟件還可以實現(xiàn)在工程圖狀態(tài)下，將創(chuàng)建的零件以文件或裝配文件的形態(tài)進行轉(zhuǎn)移，即通過文件傳輸?shù)姆绞綄⑽募D(zhuǎn)移到另一個計算機當(dāng)中，并恢復(fù)文件本文的二維或三維圖形，命令與操作如表1所示。

由表1可知，SolidWorks軟件的工程圖界面已經(jīng)為操作者提供便捷的功能入口，在教學(xué)中學(xué)生只需要點擊或通過快捷鍵的方式便可以指揮軟件進行對應(yīng)的反應(yīng)。由軟件節(jié)省的時間可豐富學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間，以學(xué)習(xí)更多的機械制圖知識。此方式的教學(xué)既可以突出學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，又能夠體現(xiàn)出教師在課堂中的主導(dǎo)作用，且對教學(xué)的分析一目了然，能夠直觀突出Solidworks軟件在機械制圖教學(xué)中的直觀性、可控性、精確性以及連貫性等特點。

3 結(jié)語

綜上所述，Solidworks軟件與機械制圖教學(xué)的融合是機械專業(yè)教學(xué)改革創(chuàng)新的重要體現(xiàn)。Solidworks軟件與機械制圖教學(xué)的不斷融合可逐漸提高機械制圖教學(xué)的質(zhì)量，增加學(xué)校向社會提供高技術(shù)能力人才的數(shù)量。從Solidworks軟件與機械制圖融合的影響角度來看，此融合代表機械制圖教學(xué)的一個改革優(yōu)化創(chuàng)新點，通過現(xiàn)代技術(shù)解決機械教學(xué)中的復(fù)雜問題，提高課堂的教學(xué)質(zhì)量，豐富學(xué)生的創(chuàng)新思維和想象空間，讓枯燥復(fù)雜的機械制圖課程變得更加生動有趣。

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