在中職《機械制圖》教學(xué)中運用Solidworks三維造型軟件的改革實踐

廣東 陳文昀

在中職《機械制圖》教學(xué)中運用Solidworks三維造型軟件的改革實踐

廣東 陳文昀

通過本校《機械制圖》教學(xué)改革的實踐，闡述三維造型軟件Solidworks的優(yōu)點極其在教學(xué)中的輔助作用。

繪圖效率；模型輔助教學(xué)；空間思維能力；三維模型庫；二維工程圖庫；成績對比分析

《機械制圖》是中職機械專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。許多學(xué)生都反映這門課難學(xué)，其中相貫線、組合體以及表達方法等部分反映的問題較多。一直以來傳統(tǒng)制圖課的教學(xué)手段是粉筆、黑板、模型加掛圖，直觀性較差，容易造成抽象、難懂的情況。而近年也采用了一些較先進的多媒體教學(xué)手段，通過Powerpoint或CAD軟件的多方位演示增強直觀性，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，提高學(xué)習(xí)興趣。但由于中職的學(xué)生年齡小，觀察力有限，空間想象力不夠，特別是對從沒有接觸過的機械零件缺少感性認識，所以在制圖課學(xué)習(xí)中對圖形的理解十分被動，無法有效提高學(xué)習(xí)效率。近年來，很多教師為了提高教學(xué)質(zhì)量，在《機械制圖》教學(xué)中運用Auto CAD繪圖配合教學(xué)，以使教學(xué)過程生動活潑，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，并且取得了一定的效果。但是由于AutoCAD功能強大，操作起來不方便，特別是三維繪圖部分學(xué)習(xí)難度比較大，所以在CAD輔助教學(xué)中主要運用的是二維繪圖部分，對學(xué)生的空間想象能力仍然未能充分開發(fā)。

為了進一步提高《機械制圖》教學(xué)質(zhì)量，我校在兩個機械專業(yè)中職班中進行了教學(xué)試點改革，在《機械制圖》教學(xué)中融入Solidworks三維造型軟件，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，最大限度的開發(fā)學(xué)生的空間想象能力和動手能力，提高整體素質(zhì)。

一、Solidworks三維造型軟件的優(yōu)點

Solidworks三維造型軟件在易學(xué)、易懂、實用、繪圖效率等方面有許多優(yōu)點，具體如下：

1.創(chuàng)新的、易學(xué)易用的而且價格便宜的Solidworks是Windows原創(chuàng)的三維設(shè)計軟件，其易用和友好的界面，可以十分方便地實現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實體造型、復(fù)雜裝配及生成工程圖。圖形界面友好，易學(xué)易用，用戶上手快，因此在世界范圍得到了廣泛應(yīng)用。

2.利用 Solidworks的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣、倒角、抽殼、倒圓等基于特征的三維實體造型工具，能夠方便、快捷地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的實體。通過草圖的幾何約束和尺寸約束功能，能構(gòu)造出尺寸十分精確的三維模型。Solidworks的三維模型可以自動生成精確的二維工程圖紙，包括基本視圖、斜視圖、剖視圖及軸測圖等，并可以在二維視圖中顯示尺寸和技術(shù)要求。

3.Solidworks的三維模型可以自動生成精確的二維工程圖紙，包括基本視圖、斜視圖、剖視圖及軸測圖等，并可以在二維視圖中顯示尺寸和技術(shù)要求。對于數(shù)控專業(yè)、模具專業(yè)及汽修專業(yè)的學(xué)生來講，專業(yè)課中將學(xué)到Solidworks或其他的三維造型軟件，將有助于他們以后的學(xué)習(xí)。

二、本次《機械制圖》教學(xué)試點改革中Solidworks三維造型軟件的輔助作用

1.Solidworks在模型輔助教學(xué)方面的作用

《機械制圖》教學(xué)內(nèi)容大致包括制圖基本規(guī)定與幾何作圖、投影法、三視圖、軸測圖和組合體、零件圖、裝配圖部分等。其中，三視圖、軸測圖和組合體是教學(xué)中的重點難點，在培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力等方面起關(guān)鍵作用，同時也是學(xué)習(xí)零件圖和裝配圖的基礎(chǔ)。所以，如何提高這一部分的教學(xué)質(zhì)量是制圖老師需要考慮的問題。在這部分教學(xué)中，需要大量的模型，模型增加了學(xué)生感性認識的機會，減少了教師授課以及學(xué)生接受的難度。因此，要提高教學(xué)質(zhì)量，必須要有足夠多的且靈活使用的模型。一般情況下，教師都使用實物模型，但是實物模型體積大，攜帶不便，不能修改，而且數(shù)量少不能滿足師生使用要求。無現(xiàn)成模型時，教師只好自制模型，費時、費力，效果還不好。使用掛圖或者在黑板上繪制軸測圖，既不準確而且仍然屬于平面圖形。Solidworks強大的實體造型功能，幫助我們克服了實物模型教學(xué)的種種不足，讓制圖課更加形象生動、直觀高效、提高教學(xué)質(zhì)量。Solidworks從創(chuàng)建零件，組裝多個零件，到渲染零件和零件的動畫制作，都是在三維環(huán)境下進行的，而且可以旋轉(zhuǎn)、移動零件，從各個角度觀察零件。例如相貫線是教學(xué)中的難點，教師可以運用Solidworks的拖動功能很方便地造型，隨時改變尺寸，并且利用零件分割或者截面功能顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本次教改學(xué)校組織人力，結(jié)合《機械制圖》教材及習(xí)題集，用Solidworks建造模型庫。教師可以根據(jù)教學(xué)所需而選用模型，還可以自己創(chuàng)建模型。模型庫的建立與應(yīng)用，克服了實物模型教學(xué)的諸多缺點，減少了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，極大地提高了《機械制圖》教學(xué)的質(zhì)量。

2.Solidworks在培養(yǎng)空間思維能力方面的作用

為培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力，需要進行大量的二維與三維之間的雙向思維訓(xùn)練。比如由軸測圖畫出三視圖，由三視圖畫出軸測圖。這些訓(xùn)練往往需要學(xué)生在課后進行。在以往的教學(xué)中，學(xué)生做練習(xí)，只能借助橡皮泥、同學(xué)之間對答案、互相討論等低效手段來進行?？墒怯捎趯W(xué)生初學(xué)制圖，空間思維能力弱，缺乏感性認識，缺乏有效的自主學(xué)習(xí)條件。在練習(xí)過程中得不到及時的指導(dǎo)和糾正，從而產(chǎn)生畏縮情緒，失去學(xué)習(xí)興趣。俗話說“興趣是最好的老師”，學(xué)生一旦失去了興趣，教師再怎么努力，教學(xué)質(zhì)量也難以提高?？梢?，要改善教學(xué)狀況，提高教學(xué)質(zhì)量，需要大幅度增加學(xué)生感性認識，為學(xué)生提供必要的良好的自主學(xué)習(xí)條件。Solidworks能很好地實現(xiàn)二維工程圖的自動形成，且二三維雙向關(guān)聯(lián)，具備完備的智能化標注能力和二維工程圖的編輯、修改能力等。為此，在建造模型庫的同時，也利用此功能建造了相應(yīng)的二維工程圖庫。這樣，學(xué)生在自學(xué)自練過程中，就得以及時判斷自做習(xí)題的正誤及問題所在，并能及時進行糾正。有了三維模型庫和二維工程圖庫，學(xué)生增加了表象積累，啟發(fā)了思維，拓寬了他們的想象力。經(jīng)過一段時間的三維和二維之間的雙向思維訓(xùn)練，學(xué)生感性認識不斷增強，空間思維能力不斷提高，因而也不斷體驗到學(xué)習(xí)的快樂，從而產(chǎn)生了強大的學(xué)習(xí)動力，《機械制圖》的教學(xué)質(zhì)量也因此得到了極大提高。

三、在教學(xué)中對學(xué)生普及Solidworks設(shè)計軟件的操作方法

教師在使用Solidworks軟件講解制圖知識的同時，可進一步講解Solidworks軟件的使用方法，讓學(xué)生親自動手，從前期制作簡單的基本體，中期制作組合體，后期制作較復(fù)雜的剖視零件，一步一步的開發(fā)他們的創(chuàng)造力和培養(yǎng)學(xué)習(xí)的獨立性，充分發(fā)揮Solidworks設(shè)計軟件繪圖操作簡單直觀、立體形象化的特點（一般技校生學(xué)習(xí)4個課時即可畫出簡單的基本體），大大增強學(xué)生對抽象事物的理解與感受，使學(xué)生能在任意角度觀察到物體的投影變化，降低了相應(yīng)知識點的學(xué)習(xí)難度，激發(fā)學(xué)生對《機械制圖》課的學(xué)習(xí)興趣，彌補傳統(tǒng)教學(xué)方法在直觀感、立體感等方面的不足、教學(xué)效率低等缺點，取得傳統(tǒng)教學(xué)方法無法比擬的教學(xué)效果，將課堂教學(xué)引入全新的境界，教學(xué)效率得到大幅度的提高。

四、本次教學(xué)改革的效果

1.對試點班級(總共兩個教改班級和兩個普通班級)的期末考試成績作橫向?qū)Ρ群头治?，結(jié)論如下：

（A班為高職預(yù)備班，B班為普通中職班）

通過下圖分析，可以看到教改班級的考試合格率、平均分、高分率等指標均高于普通教學(xué)班級，教學(xué)效果良好。（圖一）

2.對學(xué)生的問卷調(diào)查

問卷題目一：你對機械制圖課感興趣嗎？對機械制圖課老師的教學(xué)方法滿意嗎？（圖二）

問卷題目二：你認為什么時候開始學(xué)習(xí)計算機繪圖比較合適呢？（圖三）

并且我們還對教改班同學(xué)的期末教學(xué)評議進行了分析，同學(xué)們對《機械制圖》課授課老師的的教學(xué)滿意度均為100%，證明學(xué)生是支持教學(xué)改革，對教學(xué)改革有較高的熱情，認為這項教學(xué)改革是好的、成功的、有必要的。

五、本次教學(xué)改革的結(jié)論

通過試點教學(xué)改革發(fā)現(xiàn)，教改班級學(xué)生的空間想象能力明顯比普通教學(xué)班級的學(xué)生強，在解答題目的時候反應(yīng)快了不少，較容易想象出物體的空間造型。特別是在制圖學(xué)習(xí)中比較難掌握的組合體的“二補三”、“補缺線”、剖視圖、斷面圖等部分，教改班的學(xué)生可通過主動運用Solidworks軟件的操作，將平面圖形上的抽象圖形轉(zhuǎn)化為具體的三維立體，大大提高了他們的空間想象力和創(chuàng)新設(shè)計能力。大部分學(xué)生都希望能在學(xué)習(xí)《機械制圖》的過程中同時學(xué)習(xí)相關(guān)的計算機繪圖軟件，特別是教改班的同學(xué)通過課程改革教學(xué)后，均認為應(yīng)該在學(xué)習(xí)機械制圖的同時也學(xué)習(xí)《計算機三維實體造型》內(nèi)容，課改對培養(yǎng)他們的自我解題能力、創(chuàng)新設(shè)計能力、實際動手能力、學(xué)習(xí)興趣等方面有很大的幫助。通過進行這次課程改革，打破了以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，構(gòu)建以學(xué)生為認知過程的主體。在教學(xué)目標的設(shè)置、教學(xué)設(shè)計和教學(xué)過程中著重體現(xiàn)學(xué)生主動參與雙邊活動的新型教學(xué)模式，同時也培養(yǎng)及強化了師資隊伍，提高了任課老師的綜合素質(zhì)。

[1]張燏.三維造型軟件Solidworks在機械制圖教學(xué)中的運用.本溪冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2010.(7）152-153.

[2]楊國新，王定標.基于SolidWorks的機械零部件虛擬裝配體設(shè)計技術(shù).煤礦機械，2007.(7)：75-76.

[3]張婷.中職機械制圖課課程改革結(jié)題報告.廣州市輕工高級技工教學(xué)改革小組，2010.1.

（作者單位：廣州市輕工高級技工學(xué)校汽車工程系）

（編輯 王旸）