機(jī)械制圖教學(xué)中信息化技術(shù)手段的運用研究

謝幫靈　彭定文　王莉莉

【摘 要】本文提出機(jī)械制圖教學(xué)中運用信息化技術(shù)手段可從三個方面展開：利用3D技術(shù)輔助教學(xué)，對學(xué)生的空間思維能力進(jìn)行訓(xùn)練；利用動畫、微課視頻等技術(shù)手段輔助教學(xué)，對學(xué)生的方法能力進(jìn)行訓(xùn)練；采用光柵參照作圖法，大幅提高教師教學(xué)效率。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制圖 信息化技術(shù) 運用

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）10C-0191-02

機(jī)械制圖是一門用圖樣確切表示機(jī)械的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理和技術(shù)要求的學(xué)科。圖樣由圖形、符號、文字和數(shù)字等組成，是表達(dá)設(shè)計意圖和制造要求以及交流經(jīng)驗的技術(shù)文件，常被稱為工程界的語言。傳統(tǒng)教學(xué)中，教師在課堂教學(xué)中以講授為主，借助于掛圖、教模、多媒體PPT等輔助工具，以尺規(guī)手繪形式進(jìn)行演示性教學(xué)，學(xué)生借助尺規(guī)、鉛筆等進(jìn)行手工繪圖練習(xí)，以建立空間概念，培養(yǎng)繪圖能力和讀圖能力。在多年的教學(xué)工作中，筆者發(fā)現(xiàn)，有三個關(guān)鍵性問題必須引起重視，一是思維能力培養(yǎng)，二是方法能力培養(yǎng)，三是教學(xué)效率?？臻g思維能力若得不到系統(tǒng)、全面的訓(xùn)練，會造成學(xué)生思維能力低下，做題時錯漏百出；方法能力培養(yǎng)若得不到系統(tǒng)的培養(yǎng)，會造成學(xué)生思路不清，步驟不明確，工作效率低；教學(xué)效率不高，會浪費教師的時間與精力，學(xué)生等待的時間過長，不能做到有的放矢，時效性差。為此，可引入三種具有創(chuàng)新性的信息化技術(shù)手段，從而突破困境，取得良好的教育成效。

一、利用3D技術(shù)輔助教學(xué)，對學(xué)生的空間思維能力進(jìn)行訓(xùn)練

機(jī)械設(shè)計類軟件具有強(qiáng)大的三維實體造型功能、 曲面造型、 虛擬裝配及創(chuàng)建工程圖等功能。在各大功能模塊中，可以充分利用3D建模及2D制圖模塊來輔助機(jī)械制圖的課堂教學(xué)。在建模環(huán)境中，教師可以根據(jù)教學(xué)的需要快速設(shè)計各種形狀結(jié)構(gòu)3D零件模型。而在制圖模環(huán)境中，可以快速把設(shè)計好的3D零件模型直接轉(zhuǎn)換為2D工程圖。當(dāng)3D零件模型改變時，2D工程圖可以實現(xiàn)實時更新。這兩個功能在協(xié)助講解零件視圖內(nèi)容時，教師可以根據(jù)授課的需要馬上修改零件的形狀結(jié)構(gòu)，學(xué)生能360度方位查看零件的內(nèi)外形狀結(jié)構(gòu)，在視覺上與零件模型達(dá)到零距離接觸，從而提高學(xué)生分析視圖能力，及時糾正學(xué)生出現(xiàn)的錯誤，全面提高課堂授課質(zhì)量和效率。

筆者通過以下兩個典型案例，分析如何利用信息化技術(shù)手段開展課堂教學(xué)。

案例1：已知兩個視圖，想象物體的結(jié)構(gòu)（如圖1）。由于沒有唯一性，可以進(jìn)行發(fā)散性思維，一般情況下，大家很快可以構(gòu)思出第一種“球”形體結(jié)構(gòu)，但是再進(jìn)行第二種形體結(jié)構(gòu)的時候，思維出現(xiàn)阻礙，這個時候我們可以運用媒體技術(shù)展示“牟合方蓋”形體結(jié)構(gòu)（如圖1）。這個階段學(xué)生思維還是不夠清晰，此時可以利用3D技術(shù)演示“牟合方蓋”的成型過程，由兩個正交的圓柱體，求交后的結(jié)果，從而學(xué)生的思維更加清晰（如圖2）。還可以介紹“牟合方蓋”的歷史，它我國古代數(shù)學(xué)家劉徽在研究球的體積的過程中構(gòu)造的一個和諧優(yōu)美的幾何體，寓意著空間思維能力的重要性。

案例2：給出兩個視圖，沒有唯一性，要求進(jìn)行思考，構(gòu)思不同的形體結(jié)構(gòu)（如圖3）。訓(xùn)練學(xué)生的空間思維能力，3D技術(shù)輔助驗證結(jié)果，拓寬思路，這是一種非常有效的技術(shù)手段，更好地培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力及創(chuàng)新意識。

二、利用動畫、微課視頻等技術(shù)手段輔助教學(xué)，對學(xué)生的方法能力進(jìn)行訓(xùn)練

在進(jìn)行組合體三視圖的繪制過程中，初學(xué)機(jī)械制圖的學(xué)生，由于沒有經(jīng)過專門的訓(xùn)練，對作圖的方法和步驟十分不明晰，如果不采取有效的教學(xué)方法和手段進(jìn)行指導(dǎo)，作圖過程中將出現(xiàn)諸多問題，而且繪圖效率很低，不能在規(guī)定課時內(nèi)完成任務(wù)，完成質(zhì)量不高，造成學(xué)習(xí)興趣不濃，關(guān)鍵的方法能力得不到很好的培養(yǎng)。

針對上述存在的問題，可以采取以下兩種教學(xué)對策。一是采用動畫技術(shù)，應(yīng)用動畫技術(shù)演示組合體的形體分析全過程，直觀性強(qiáng)，易于理解，學(xué)生可以快速的領(lǐng)會方法要點。繪制三視圖按步驟進(jìn)行，思路清晰，簡明扼要，可操作性強(qiáng)，利于學(xué)生參考學(xué)習(xí)。二是采用微課視頻，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生會遇到一些難點，需要花很長時間和精力才能解決，甚至不能突破困境，如果教師能采取一些特別的教學(xué)手段，往往能收到事半功倍的效果。以補(bǔ)畫第三視圖這個典型教學(xué)案例進(jìn)行說明，學(xué)生在做這類題目的時候，出現(xiàn)錯漏的情況比較多，究其原因主要是讀圖能力欠缺，對作圖方法沒有理解深透。如果教師根據(jù)學(xué)生存在的問題點進(jìn)行微課視頻制作，學(xué)生可以觀看視頻，聆聽語音講解，對學(xué)生的指導(dǎo)針對性更強(qiáng)、信息量更大、作圖更規(guī)范。

三、采用光柵參照作圖法，大幅提高教師教學(xué)效率

AutoCAD中光柵圖像由一些稱為像素的小方塊或點的矩形柵格組成，光柵圖像參照了特有的柵格上的像素。插入光柵圖片作底圖的操作方法非常簡單，首先是把圖紙用“掃描儀”給掃描成光柵圖，若沒“掃描儀”也可用數(shù)碼相機(jī)給拍攝成圖片，然后在AutoCAD中依葫蘆畫瓢描畫出來。

根據(jù)機(jī)械制圖課程的特點，習(xí)題量很大，講解必然耗費相當(dāng)大的時間及精力。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程中，例如補(bǔ)畫視圖的作業(yè)題，第一步是要抄畫原有主、俯、左視圖，第二步是補(bǔ)畫其他視圖，這些圖形的每一條線都是靠教師黑板板書來呈現(xiàn)，導(dǎo)致繪圖的精準(zhǔn)度不高，教學(xué)效率低下。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，如果利用AutoCAD軟件的優(yōu)勢， AutoCAD里的工具使用方便，教師可以根據(jù)教學(xué)需要靈活選擇，如抄畫原有視圖的工作，可以利用AutoCAD光柵參照的功能，直接導(dǎo)入事先拍攝的圖片作為參照底圖，依葫蘆畫瓢快速把主、俯、左視圖描畫出來。在補(bǔ)畫視圖時，可以利用AutoCAD編輯工具中的復(fù)制、鏡像、移動等命令，快速把圖形呈現(xiàn)出來。本案例中，補(bǔ)畫仰視圖只需執(zhí)行鏡像命令就可以完成。創(chuàng)新的教學(xué)手段，可以快速完成教師的板書工作，減少學(xué)生等待的時間，教師可以把更多時間及精力放在教學(xué)的重點和難點上，真正做到有的放矢，課堂教學(xué)效率倍增，提升課堂教學(xué)時效性，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

四、教學(xué)效果反思

機(jī)械制圖教學(xué)的關(guān)鍵任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生完成由3D零件模型到2D工程圖，再由2D工程圖想象3D零件模型的復(fù)雜過程。教師通過創(chuàng)設(shè)典型案例，讓學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，通過一定量的虛擬模型，實物模型學(xué)生獲得了2D工程圖的感性認(rèn)識，通過觀察思考、動手實踐、操作練習(xí)，從感性認(rèn)識上升為理性認(rèn)識.培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，幾何直觀感知能力。學(xué)生不再被動地接受知識，而是進(jìn)行積極的探索，在觀察和思考中，潛移默化形成自己的獨特能力。由2D工程圖到3D零件模型是本課題的難點，需要學(xué)生根據(jù)2D工程圖進(jìn)行想象，在大腦中構(gòu)建一個3D模型形象。利用信息化技術(shù)手段呈現(xiàn)思維過程，可以引導(dǎo)學(xué)生形成正確的思維習(xí)慣，及時糾正學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題，有效培養(yǎng)學(xué)生的方法能力。

筆者在教學(xué)中不斷嘗試把各種信息化技術(shù)手段融入課堂，對3D 技術(shù)、動畫技術(shù)、微課視頻、光柵參照作圖法等信息化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并應(yīng)用于實踐。其中，信息化技術(shù)手段發(fā)揮了極其重要的作用，它可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教師課堂教學(xué)的效率，有效培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和作圖技能，提高學(xué)生的專業(yè)技能，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。在柳州城市職業(yè)學(xué)院印尼留學(xué)生班的機(jī)械制圖教學(xué)中，由于師生之間存在語言交流的障礙，教師運用語言進(jìn)行描述的作用已經(jīng)不大，采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段將無法正常開展教學(xué)，因此，教學(xué)手段的更新勢在必行。如果采用信息化技術(shù)手段，利用3D技術(shù)、動畫視頻等技術(shù)進(jìn)行演示，邏輯性強(qiáng)、直觀性好、步驟清晰，學(xué)生能快速領(lǐng)悟要點，從而很好地突破因語言不通造成的障礙。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和課程改革的不斷深入，兩者之間的融合會越來越緊密，信息化技術(shù)對機(jī)械制圖課程教學(xué)的促進(jìn)作用也會越來越明顯。

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[1]彭婧.“繪制組合體三視圖” 說微課設(shè)計探討[J].武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014（2）

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[3]黃向裕.組合體三視圖的課堂教學(xué)設(shè)計[J].長治學(xué)院學(xué)報，2007（2）

【作者簡介】謝幫靈（1978— ），廣西昭平人，柳州城市職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：模具設(shè)計與制造；彭定文（1978— ），廣西合浦人，柳州城市職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：機(jī)械類課程教學(xué)管理及課程開發(fā)；王莉莉（1987— ），廣西玉林人，柳州城市職業(yè)學(xué)院助理講師，研究方向：模具設(shè)計與制造。

（責(zé)編 何田田）