“機械制圖零件測繪”虛實結合的實踐教學方式改革

孫志瑩 吳巨龍

江蘇科技大學機械工程學院 江蘇鎮江 212100

“機械制圖零件測繪”是在“機械制圖”理論課程延續的實踐教學，是綜合檢驗學生對“工程語言”學習成效的實踐環節[1]。近年來，教學學時在壓縮，實踐課程的開展受到限制，對教學方式提出了多樣化的需求。為此，針對“機械制圖零件測繪”的實踐環節，各大院校提出了一系列虛擬教學建設方法，豐富教學資源庫，提供便捷的學習方式，如以三維虛擬展廳的形式、BB網絡教學平臺等[2]，實現教學實踐環節的翻轉課堂，以完善實踐教學的順利開展，提高教學質量。

1 “機械制圖零件測繪”教學方式改革的意義

“機械制圖零件測繪”是“機械制圖”課程的綜合實踐環節，與工程問題緊密相關。學生將在圖示能力、繪圖能力、測繪能力和查閱技術文獻等職業素質方面得到一次綜合的訓練[3]。目前，國內工科院校零件測繪教學方式主要采用實物模型教學法，即教師利用實物講解、演示，再由學生拆裝實物部件、繪制零件草圖、測量尺寸等，最終尺規畫出工程圖樣。而面對“機械制圖”理論課程中課時縮減、學生對理論知識點掌握不夠全面等問題，以及對二、三維繪圖軟件掌握的需求，現測繪實踐課程的教學方法存在以下問題：

(1)隨著科技的發展，學校逐漸開展了線上教學活動，因此需要重新規劃調整時間，造成整體的教學環節被打亂，影響學生專業培養體系。(2)測繪要求同學一周時間完成草繪、尺規繪圖、計算機繪圖，而學生第一次接觸工程實物，教師集中講授時間有限，一組學生需獨立完成測繪部件，學生對部件工作原理、工具使用方法、測繪歩驟的認識十分有限，學生感到十分茫然[4]。學生對測繪過程缺乏引導性，對測繪的先后順序比較模糊。(3)測繪的實物零部件種類少，學生局限于一種部件(如減速器)，涉及的機械制圖理論知識點十分有限，同時分組測繪的學生只會關注到分配的測繪部分，對其他常見測繪零部件掌握較少，造成大部分學生對部件測繪知識的了解及應用缺乏全面性。(4)由于教學的實物模型加工精度不高，存在壁厚不均勻、過渡圓角不清晰、對稱結構尺寸不相等等問題，造成學生對結構理解有偏差。更嚴重的是由于模型多年使用，一些小零件丟失，造成學生對部件裝配關系缺乏完整性認識[5-6]。

針對以上存在影響實踐教學的問題，提出自主開發虛擬“機械制圖零件測繪”虛擬平臺，學生既可熟悉繪圖軟件，又可以充分理解測繪部件的工作原理及測繪歩驟。本虛擬平臺為學生實踐課程提供自主學習的環境，也是新型信息化教學手段、教學模式的開端。在日常教學中，以實物測繪為主，虛擬平臺做指導，高效地完成測繪實踐；在線上獨立教學時，虛擬平臺提供全流程測繪環節，可采用線上教學方式指導學生完成零件測繪教學。

2 虛擬實驗平臺的設計原則

本虛擬平臺主要應用在虛實相結合的教學中，借助虛擬仿真在教學直觀展示的優勢，并保留實物測繪的實踐環節，如拆裝零部件、測量尺寸、徒手繪制零件草圖等，有利于同學對該課程的充分理解，提高教學效果。在線上教學時，老師可借助該虛擬平臺獨立完成測繪實踐教學所有環節，不影響教學進度及教學效果。因此該虛擬零件測繪平臺的建設需堅持以下幾點原則：

(1)以學生為主體：學生作為本平臺的使用者，從學生的角度出發。在本虛擬平臺的構建中，以啟發式引導同學按測繪歩驟完成，首先根據興趣選取部件，展示部件工作原理，拆、裝部件，然后展示測量工具，數據處理，零件草圖、零件圖繪制，最后裝配圖的繪制，圖紙的歸檔。始終以學生為中心，培養學生的自主學習能力。

(2)形式多元化：為了引導學生自主開展測繪實踐，本虛擬平臺不僅有文字、圖像、語音、動畫和視頻等形式，又提供二維、三維軟件交互的端口，學生可根據需要的角度觀察測量零部件，實現自主參與學習并激發同學對專業軟件使用的濃厚興趣。

(3)教學資源豐富：本虛擬平臺不僅提供測繪的基本知識，還提供多種部件的測繪內容可選，促進因材施教教學方法的實施。以及測繪工具的使用；測繪歩驟演示；三維模型導出二維圖、附錄信息等特色資源，本虛擬平臺直觀、繪聲繪色地展示一本測繪書籍。

(4)使用范圍廣：本虛擬平臺提供單機版，學生可隨時開展測繪內容學習，有效提高測繪實踐環節的教學效果；還可作為學習“機械制圖”中零件圖、裝配圖及二、三維軟件的輔助教學工具；新教師可借助本虛擬平臺熟悉測繪內容、教學方法，作為新老師教學成長的備課平臺。

3 “機械制圖零件測繪”虛擬平臺的設計

“機械制圖零件測繪”虛擬平臺是利用Visual Basic編程語言開發的友好交互界面，用文本形式展示測繪目標、用動畫演示的形式展示測繪工具的使用、語音講解的方式介紹不同類零件的表達方法選取等，同時利用Solidworks軟件的二次開發，調用三維零件和裝配體與二維工程圖樣，并以只讀形式展示，實現測繪全流程講解與展示，也可根據需要操作Solidworks軟件的視角。

(1)虛擬實驗平臺設計功能主要包含六大模塊，包括“測繪基礎”“減速器測繪”“球閥測繪”“齒輪油泵測繪”“附錄”及“幫助”。這些模塊均可以單獨使用，每部分配有講解與演示的功能，“機械制圖零件測繪”虛擬實驗平臺總體結構如圖1所示。

圖1 虛擬測繪實驗平臺總體結構

(2)主要功能模塊：基于Visual Basic語言開發Solidworks，建立互動界面，學生可以明確本實踐環節的目的，結合視頻演示測繪工具使用方法，開發多種測繪內容庫，并配有語音講解方式介紹零件測繪表達方法的選取、二維工程圖的生成方法，調動學生測繪過程中的主動性，開拓創新能力，實現啟發式教學引導的目的。本虛擬平臺還提供了“附錄”及“幫助”功能，便于學生查詢相關資料與自主學習。以一級減速器中軸類零件測繪為例，虛擬操作界面如圖2所示。

圖2 一級減速器中軸類零件測繪虛擬平臺

4 《工程制圖零件測繪》虛實結合的教學方式特點

(1)在日常教學中，采用虛實結合的方式，保留尺規作圖環節用于考查動手能力。學生分組測繪典型部件，拆卸實體模型，規范使用測量工具。本虛擬平臺作為《工程制圖零件測繪》中的輔助、指導工具，輔助學生動手完成零件的測繪。

(2)補充理解測繪對象，本平臺提供1∶1比例只讀形式展示本校提供的測繪實物三維模式及部件工作原理，將測繪指導書以引導性的虛擬平臺指導，幫助同學們對部件充分地理解，并根據語音講解不同零部件的測繪方法，學生可以深刻體會測繪的意義，有效提高了零件測繪效果。

(3)拓展同學測繪能力，本虛擬平臺提供三種典型測繪典型模型，測繪內容要求一組同學任選一種部件，對于能力較強的同學，可以利用課余時間練習，接觸更多的部件，多種零件的測繪練習為同學們提供更多的工程部件模型，豐富教學資源。

結語

“機械制圖零件測繪”實踐課程是大一新生第一次接觸專業的工程部件，是考查同學在工程領域動手能力的一門實踐課程。在測繪的過程中，補充教師的“講”與“演”中教學內容，引導促進學生的“測”與“繪”，在教師和學生之間起著智慧橋梁的作用。本虛擬平臺通過三維建模軟件二次開發的形式，并配有文本、圖形、語音和視頻等多種形式引導測繪過程的順利開展，實現了優質教學資源優化配置，有效地提高“機械制圖零件測繪”實踐教學環節的效果。