讓CAXA走進(jìn)裝配課堂

摘 要：針對(duì)學(xué)生在完成“爬行機(jī)器人”中所出現(xiàn)的一些問(wèn)題，嘗試?yán)肅AXA——一款三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件來(lái)輔助教學(xué)以尋找到問(wèn)題的突破口。通過(guò)一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生制作完成的“機(jī)器人”無(wú)論在傳動(dòng)、造型、行進(jìn)距離等方面都有明顯的突破。

關(guān)鍵詞：CAXA；裝配；教學(xué)改進(jìn)

爬行機(jī)器人的制作是高一勞技教材（上海教育出版社）中一個(gè)重要的實(shí)踐項(xiàng)目，旨在讓學(xué)生了解裝配和調(diào)試的概念，并在基礎(chǔ)型機(jī)器人（M字機(jī)器人）的基礎(chǔ)之上，激發(fā)創(chuàng)新思維，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。常用的教學(xué)思路是先給學(xué)生介紹一些機(jī)械傳動(dòng)原理，然后讓學(xué)生根據(jù)配套的學(xué)具，按照書(shū)本與參考圖片進(jìn)行裝配、調(diào)試、改造。

一、傳統(tǒng)教學(xué)，問(wèn)題重重

經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，我校幾位勞技教師在教學(xué)內(nèi)容實(shí)施的過(guò)程中遇到一些具有共性的問(wèn)題：

1.清單與實(shí)物難以對(duì)應(yīng)

供應(yīng)商提供的配套材料里面只有一張非常簡(jiǎn)單的材料清單，里面涉及林林總總一共有20多種零件，每個(gè)零件只有一個(gè)簡(jiǎn)單的名稱和數(shù)量介紹。對(duì)于不熟悉這些裝配材料的學(xué)生來(lái)講，必須要花上大半節(jié)課的時(shí)間才能將明細(xì)表中的材料名稱與實(shí)物對(duì)應(yīng)起來(lái)。雖然讀識(shí)零件單也算是對(duì)學(xué)生裝配能力的一種考驗(yàn)，但勞技課課時(shí)較少，幾位教師一致認(rèn)為應(yīng)該改善這張明細(xì)表，縮短學(xué)生的識(shí)讀時(shí)間，便于學(xué)生記憶。

2.模仿為主，缺乏創(chuàng)意

學(xué)生在進(jìn)行裝配時(shí)，大部分都完全按照課本依樣畫(huà)葫蘆似的裝配，這可以細(xì)分問(wèn)兩個(gè)小問(wèn)題，一是學(xué)生不獨(dú)立思考裝配順序；二是學(xué)生的作品多以書(shū)本上的基礎(chǔ)型爬行機(jī)器人為主，創(chuàng)新作品無(wú)論從數(shù)量上還是質(zhì)量上都不理想，因此有必要鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新。

3.運(yùn)行調(diào)試，難以改進(jìn)

學(xué)生在裝配完成之后，尤其是針對(duì)一些改進(jìn)型機(jī)器人的運(yùn)行調(diào)試，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，難以找到問(wèn)題所在，進(jìn)行修正，這想必是自己在裝配的過(guò)程中沒(méi)有想過(guò)該款機(jī)器人如何運(yùn)行，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間如何互相牽制，導(dǎo)致出現(xiàn)運(yùn)行困難的現(xiàn)象，因此，有必要讓學(xué)生了解傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間互相牽制的關(guān)鍵點(diǎn)。

二、群策群力，積極實(shí)踐

CAXA是高一上學(xué)期重點(diǎn)教授的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，利用這款軟件，學(xué)生可以在三維環(huán)境下將各個(gè)單獨(dú)的零件準(zhǔn)確地裝配到位。結(jié)合在爬行機(jī)器人實(shí)際裝配過(guò)程中遇到的種種問(wèn)題，我們便開(kāi)始考慮，是否能利用CAXA進(jìn)行機(jī)器人的模擬裝配，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)，希望借此盡可能地解決以上問(wèn)題。

1.散件制作，創(chuàng)意組裝

實(shí)際套件中，一款爬行機(jī)器人所需要用到的散件非常多，我們?cè)贑AXA中重點(diǎn)制作了與機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的部件，而忽略了一些緊固件，主要是考慮到學(xué)生對(duì)軟件的實(shí)際掌握能力以及課時(shí)的約束。尺寸、樣式盡量達(dá)到仿真的效果，并在設(shè)計(jì)樹(shù)中詳細(xì)為每個(gè)零部件命名，學(xué)生可以據(jù)此了解每一零件的外形。同時(shí)，教師也根據(jù)書(shū)本的基礎(chǔ)爬行機(jī)器人以及往屆學(xué)生的創(chuàng)意機(jī)器人嘗試組裝，以起到示范引領(lǐng)、啟發(fā)思維的作用。

2.課堂落實(shí)，逐步推進(jìn)

一切準(zhǔn)備就緒，我們便開(kāi)始在課堂中進(jìn)行這部分內(nèi)容的講授。一段時(shí)間下來(lái)，我們確實(shí)能夠感受到這一教學(xué)改進(jìn)的優(yōu)勢(shì)。首先，針對(duì)配套材料中明細(xì)表不清晰的問(wèn)題，配合CAXA軟件中有“設(shè)計(jì)樹(shù)”這一命令，教師在制作各類零件時(shí)，將其名稱加以標(biāo)示，學(xué)生就能通過(guò)點(diǎn)擊設(shè)計(jì)書(shū)中各類零件名稱，快速認(rèn)識(shí)它們。然后針對(duì)學(xué)生盲目制作的問(wèn)題，這種模擬裝配也能給學(xué)生一些警示。因?yàn)閷W(xué)生很快會(huì)意識(shí)到，之前毫無(wú)章法地裝配會(huì)導(dǎo)致之后的困局。例如，長(zhǎng)條和短條的孔位對(duì)應(yīng)不起來(lái)，墊圈的長(zhǎng)度影響了短條的內(nèi)外順序，導(dǎo)向架的位置牽制了連桿和搖桿的運(yùn)行等等。因此，先前已經(jīng)裝配到位的零件需要不斷再調(diào)整才能與之后裝配的零件協(xié)調(diào)起來(lái)，這種再調(diào)整越是艱難越容易在學(xué)生的頭腦中留下深刻的印象，將來(lái)在實(shí)際裝配過(guò)程中，如果出現(xiàn)問(wèn)題，學(xué)生就會(huì)聯(lián)想到自己先前在進(jìn)行電腦裝配時(shí)的問(wèn)題癥結(jié)在何處，該如何調(diào)整。而這種效果正是教師所期望的。最后，我們挑選了部分具有代表性的作品進(jìn)行三視圖打印，學(xué)生可以根據(jù)圖紙對(duì)照實(shí)物完成裝配，在這一過(guò)程中學(xué)生便開(kāi)始從注重外形結(jié)構(gòu)的創(chuàng)意到思考傳動(dòng)裝置的改進(jìn)，從而完成一款既新穎又實(shí)用的機(jī)器人。

三、成效顯著，積累反思

事實(shí)證明，經(jīng)過(guò)CAXA裝配的學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行操作實(shí)踐時(shí)，作品無(wú)論從完成的速度還是質(zhì)量都明顯優(yōu)于直接進(jìn)行裝配的學(xué)生，這一教學(xué)改進(jìn)的效果，讓我們倍感驚喜。雖然，這意味著教師必須花更多的時(shí)間講解CAXA相關(guān)的裝配命令，學(xué)生必須花更多的時(shí)間掌握這些命令，并運(yùn)用于實(shí)際案例中，但最后一個(gè)個(gè)各式各樣、運(yùn)行良好的機(jī)器人足以說(shuō)明這一教學(xué)研究的成果。當(dāng)然，我們也遇到一些問(wèn)題，也還在考慮解決的方法，其中最主要的是，學(xué)生在利用軟件中“三維球”命令進(jìn)行裝配時(shí)，其操作的隨意性比實(shí)際裝配更大，因?yàn)檫@些零件之間可以互相穿透，互相干涉，而實(shí)物裝配是不可能發(fā)生類似情況的。其次，學(xué)生對(duì)CAXA軟件的掌握直接制約著模擬裝配的效果。此外，教師對(duì)各個(gè)零件的仿真制作也需要繼續(xù)調(diào)整和完善。模擬制作和實(shí)際裝配間的差異性需要依靠教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)填補(bǔ)，當(dāng)學(xué)生制作出新款機(jī)器人時(shí)，教師需要及時(shí)做好保存和展示，當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，教師也需要記住并及時(shí)修正?？紤]到時(shí)間和成本的關(guān)系，目前我們只是挑選了部分作品打印成稿，有些學(xué)生非常認(rèn)真，在實(shí)際操作中會(huì)再次對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，如果能夠提供一些時(shí)間，讓他們對(duì)自己的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修正，如此一來(lái)，這一從設(shè)計(jì)造型到完成裝配的機(jī)器人項(xiàng)目才能算真正的功成圓滿。

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（作者單位 上海市青浦高級(jí)中學(xué)）