高職機(jī)械制圖課程信息化教學(xué)設(shè)計(jì)

閻漢生 劉林 熊巍

【摘 要】組合體三視圖的畫法是機(jī)械制圖課程從畫法幾何部分向機(jī)械零件表達(dá)部分過(guò)渡的重要環(huán)節(jié)，也是傳統(tǒng)的教學(xué)難點(diǎn)。針對(duì)當(dāng)代高職學(xué)生的特點(diǎn)，綜合應(yīng)用云課堂、微課、AR虛擬交互、軟件實(shí)操、網(wǎng)絡(luò)課程等信息化手段，對(duì)該課程單元的教學(xué)策略、教學(xué)過(guò)程進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果得到明顯提高。另外，通過(guò)教學(xué)競(jìng)賽對(duì)該教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行推廣，也獲得了同行的認(rèn)可和肯定。

【關(guān)鍵詞】信息化教學(xué)；機(jī)械制圖；組合體

中圖分類號(hào)： G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）27-0120-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.054

【Abstract】The drawing of the three-view of the combination is an important part of the mechanical drawing course transition from the geometric part of the drawing to the expression part of the mechanical part，and it is also a traditional teaching difficulty.In view of the characteristics of contemporary higher vocational students，the application of cloud classroom，micro-class，AR virtual interaction，software practice，online courses and other informational means， innovative design and practice of the teaching strategy and teaching process of the module，stimulated students.The learning interest has been significantly improved.In addition，the teaching design was promoted through the teaching competition，and it was also recognized and affirmed by the peers.

【Key words】Informational teaching；Mechanical drawing；Combination

0 引言

我國(guó)正在加快從制造大國(guó)到制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，不但需要發(fā)展高端制造技術(shù)和裝備，也需要培養(yǎng)大量制造業(yè)高技能人才[1]。工程圖紙是設(shè)計(jì)方案的載體、加工制造的依據(jù)，工程圖紙的識(shí)圖與繪圖能力，是高職機(jī)械類學(xué)生必備的核心能力之一。教育部工程圖學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的課程基本要求指出：需培養(yǎng)學(xué)生對(duì)空間形體的形象思維能力和邏輯思維能力，能依據(jù)投影法用二維平面圖形表達(dá)三維空間形體。組合體的視圖表達(dá)正是其中關(guān)鍵，然而組合體的三視圖畫法一直是制圖教學(xué)中的主要難點(diǎn)之一，原因在于這個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的空間想象力要求較高，同時(shí)要求學(xué)生嚴(yán)格按照制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪圖，學(xué)生掌握難度較大。

2010年以來(lái)，在國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要的指導(dǎo)下，國(guó)內(nèi)各高職院校都在進(jìn)行信息化教學(xué)改革的探索，其基本思路是利用豐富的信息化技術(shù)手段，對(duì)原有教學(xué)資源、教學(xué)方法、教育模式和理念進(jìn)行全面改進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果[2]。另一方面，教育部推動(dòng)的職業(yè)院校信息化教學(xué)大賽也有效的提升了教師的信息化水平和信息化教學(xué)能力。本文研究將以機(jī)械制圖課程中的“組合體三視圖的畫法”單元為例，對(duì)其進(jìn)行信息化教學(xué)設(shè)計(jì)，探索信息化技術(shù)手段在高職課堂里的綜合應(yīng)用。

1 教學(xué)分析

1.1 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情分析

本課程單元包含2學(xué)時(shí)課堂學(xué)習(xí)和30分鐘線上慕課學(xué)習(xí)，我校已通過(guò)學(xué)堂在線建成了廣東工貿(mào)慕課平臺(tái)，引入了清華大學(xué)田淩教授主講的機(jī)械制圖國(guó)家精品課程，有大量生動(dòng)清晰的教學(xué)錄像供學(xué)生自學(xué)。教學(xué)內(nèi)容“組合體三視圖的畫法”在整個(gè)課程中起到了承上啟下的作用，既是組合體構(gòu)型方式的深入應(yīng)用，也是學(xué)生后續(xù)學(xué)好機(jī)械零件表達(dá)的基礎(chǔ)。

筆者教授的是機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)大一學(xué)生，學(xué)生畢業(yè)后大多進(jìn)入機(jī)械加工制造企業(yè)工作，工作崗位對(duì)機(jī)械圖紙的識(shí)圖繪圖能力要求較高。當(dāng)代高職學(xué)生的優(yōu)勢(shì)在于思維活躍、喜歡實(shí)際操作、對(duì)新軟件接受很快[3]。他們?cè)谥暗恼n程中已經(jīng)掌握了組合體的組成形式和基本體的三視圖畫法，但對(duì)復(fù)雜組合體的空間想象力還需提高。學(xué)生的不足主要表現(xiàn)在學(xué)習(xí)專注度較低、課外很少看書、手機(jī)依賴度較高。后續(xù)將針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)策略設(shè)計(jì)。

1.2 教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn)

教學(xué)目標(biāo)包含知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)是理解形體分析法的含義，掌握組合體三視圖繪圖方法和步驟。能力目標(biāo)是能使用形體分析法畫出支座的三視圖，提高組合體形體分析能力。素質(zhì)目標(biāo)是培養(yǎng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和積極參與的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出本次教學(xué)的重點(diǎn)是掌握組合體三視圖的繪制方法，難點(diǎn)是正確對(duì)各類組合體進(jìn)行形體分析。突破重難點(diǎn)的關(guān)鍵：采用Flash動(dòng)畫軟件進(jìn)行組合體的拆裝演示、教師采用Rhino軟件實(shí)時(shí)切割組合體幫助學(xué)生充分理解組合體的構(gòu)型方式，然后指導(dǎo)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行尺規(guī)繪圖以加深知識(shí)的應(yīng)用。

2 教學(xué)策略

在教學(xué)策略上，采用混合式學(xué)習(xí)模式下任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，通過(guò)自主學(xué)習(xí)、實(shí)操演練、講解點(diǎn)評(píng)的方式，實(shí)現(xiàn)做中學(xué)、做中教，結(jié)合多種信息化手段，最大化激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]。為了解決教學(xué)難點(diǎn)，采用了AR交互先體驗(yàn)、拆裝動(dòng)畫分形體、透明剖切解疑難三種手段。為了突破教學(xué)重點(diǎn)，采用了軟件投影找主視、平面動(dòng)畫定線條、尺規(guī)作圖加印象三種手段。信息化手段和傳統(tǒng)教學(xué)的融合應(yīng)用構(gòu)成了混合式教學(xué)的線下環(huán)節(jié)。而線上環(huán)節(jié)則通過(guò)微課視頻、云課堂、網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)等方式綜合應(yīng)用，起到了課前預(yù)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)、課中提高課堂效率、課后提升作業(yè)質(zhì)量的作用。線上線下混合式學(xué)習(xí)模式示意圖如圖1所示。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 課前預(yù)習(xí)

在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，從微信和Q群向?qū)W生推送清華大學(xué)、華中科技大學(xué)等國(guó)內(nèi)頂尖大學(xué)的慕課、微課教學(xué)視頻，學(xué)生可通過(guò)手機(jī)、電腦，利用碎片化時(shí)間了解課程基礎(chǔ)知識(shí)。針對(duì)學(xué)生空間想象力較弱的問(wèn)題，利用AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生通過(guò)手機(jī)攝像頭掃掠書本中的圖紙，便會(huì)在手機(jī)屏幕上浮現(xiàn)出該圖紙對(duì)應(yīng)的三維模型（如圖2所示），可通過(guò)觸摸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)縮放，有助于更直觀的理解該組合體的結(jié)構(gòu)形式[5]。

3.2 課中學(xué)習(xí)

課中學(xué)習(xí)階段劃分了4個(gè)環(huán)節(jié)，新課導(dǎo)入、提出任務(wù)、任務(wù)實(shí)施和總結(jié)評(píng)價(jià)。通過(guò)情境模擬，導(dǎo)入新課。為學(xué)生安排一個(gè)模擬企業(yè)任務(wù)，讓學(xué)生體驗(yàn)在未來(lái)工作崗位中可能遇到的情況[6]。例如公司生產(chǎn)的整平送料機(jī)中有一支座零件的圖紙不慎遺失，需要學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有零件實(shí)物繪制其三視圖，用于企業(yè)后續(xù)生產(chǎn)。帶著任務(wù)學(xué)習(xí)可激發(fā)學(xué)生的求知欲。

要準(zhǔn)確畫出組合體三視圖，必須先弄清組合體是由哪幾個(gè)基本形體構(gòu)成，以及這些基本形體之間的位置關(guān)系，可以播放課件里的三維拆裝動(dòng)畫。如果有學(xué)生仍然不能理解組合體中被遮擋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，教師可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作Rhino三維軟件，切換組合體為半透明狀態(tài)，甚至切開組合體，暴露其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，供學(xué)生觀看，如圖3所示。這就要求制圖課教師也要與時(shí)俱進(jìn)，提高自身信息化教學(xué)能力，至少熟練掌握一門三維軟件的操作[7]。

學(xué)生在理解了組合體的構(gòu)成之后，就要選定主視圖的投影方向了。教師通過(guò)三維軟件，從X/Y/Z三個(gè)假想的方向投影出三個(gè)候選主視圖，讓學(xué)生直觀判斷，哪個(gè)方向的主視圖最能反映組合體整體結(jié)構(gòu)特征和各基本形體的位置關(guān)系，就選擇哪個(gè)作為主視方向。接著，取代傳統(tǒng)的教師手繪方式，通過(guò)flash軟件制作的二維動(dòng)畫，形象的演示了支座組合體三視圖的繪圖步驟和注意事項(xiàng)，二維動(dòng)畫演示快速而準(zhǔn)確，提高了課堂效率。演示之后立刻布置一道較簡(jiǎn)單的習(xí)題，讓學(xué)生們當(dāng)堂手工繪圖。在學(xué)生繪圖過(guò)程中，教師及時(shí)糾正學(xué)生不規(guī)范的作圖習(xí)慣并表?yè)P(yáng)先進(jìn)。

完成繪圖任務(wù)后，學(xué)生拍照上傳到藍(lán)墨云班課，老師登錄教師端，打開圖紙同屏投影在掛幕上，先由學(xué)生互評(píng)，最后由老師進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評(píng)。后續(xù)課程環(huán)節(jié)，采用藍(lán)墨云班課進(jìn)行隨堂測(cè)驗(yàn)，學(xué)生在手機(jī)上作答提交、教師觀看實(shí)時(shí)交卷情況，并集中講解[8]。在云課堂信息化技術(shù)輔助下可立刻獲得測(cè)試統(tǒng)計(jì)信息，包括平均分、區(qū)間分布、每個(gè)題的錯(cuò)誤率、每個(gè)學(xué)生完成時(shí)間，大大提升了教學(xué)效率。

3.3 課后提升

課前課后雖然采用了信息化教學(xué)手段，但主要作用是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助理解學(xué)習(xí)難點(diǎn)，并不能代替課后作業(yè)。其他某些課程的課后練習(xí)可能適合用信息化手段完成，例如在手機(jī)、電腦上作答選擇題、填空題。但對(duì)于機(jī)械制圖課程來(lái)說(shuō)，最有效的練習(xí)方法仍然是手工繪圖，任何信息化方法，都無(wú)法取代學(xué)生親自手工繪圖得來(lái)的體會(huì)[9]。所以要布置足夠數(shù)量的手工繪圖作業(yè)才能加深學(xué)生對(duì)各種不同構(gòu)型的組合體的理解，同時(shí)使學(xué)生對(duì)制圖國(guó)標(biāo)的掌握得更熟練。課程為學(xué)生提供了習(xí)題集所有作業(yè)題的STP通用格式三維模型庫(kù)，可輔助學(xué)生課后思考，也便于學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生做一些作業(yè)之外的難題。教師批改完作業(yè)后，將優(yōu)秀的學(xué)生作業(yè)，掃描為電子圖紙，上傳至學(xué)?！稒C(jī)械制圖網(wǎng)絡(luò)課程》平臺(tái)，供學(xué)生對(duì)比標(biāo)桿，自我提高。

4 教學(xué)反饋

完成一個(gè)學(xué)期的信息化教學(xué)后，進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)學(xué)生對(duì)信息化教學(xué)的反饋意見。如圖4所示。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，近七成學(xué)生都能很好的完成支座組合體三視圖的繪制任務(wù)，近九成學(xué)生認(rèn)為信息化教學(xué)手段融入后課堂積極性和專注度得到明顯提升。學(xué)生最感興趣的方式是AR交互、軟件實(shí)操演示和云課堂。而學(xué)生希望增加課堂練習(xí)時(shí)間的建議，則說(shuō)明手工繪圖仍然不可替代，傳統(tǒng)教學(xué)與信息化方式需取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互融合[10]。

5 總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，本課程單元的信息化設(shè)計(jì)，擺脫傳統(tǒng)的“以教師演示為主”的授課模式，通過(guò)模擬企業(yè)任務(wù)情境，引出教學(xué)重點(diǎn)，采用組合體基本形體拆裝動(dòng)畫分析和三維軟件Rhino現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操，解決教學(xué)難點(diǎn)，再借助平面Flash動(dòng)畫演示繪圖過(guò)程、學(xué)生隨堂練習(xí)、教師及時(shí)指導(dǎo)、觀看網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻、AR虛擬交互和“機(jī)械制圖網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)”等多種信息化教學(xué)方式，將組合體三視圖的繪制方法具象化，通過(guò)“做中教、做中學(xué)”，實(shí)現(xiàn)了抽象理論具體化、例題習(xí)題三維化、預(yù)習(xí)測(cè)驗(yàn)移動(dòng)化、操作軟件互動(dòng)化，優(yōu)化了教學(xué)過(guò)程，最終促使信息化教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方式取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互融合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]國(guó)務(wù)院.關(guān)于印發(fā)《中國(guó)制造2025》的通知[Z].國(guó)發(fā)[2015]28號(hào)，2015-05-08.

[2]林書兵，張倩葦.我國(guó)信息化教學(xué)模式的20年研究述評(píng)：借鑒、變革與創(chuàng)新[J].中國(guó)電化教育，2015（09）：103-110+117.

[3]李薇，趙國(guó)偉，張艷琴.高職機(jī)械制圖課程信息化教學(xué)設(shè)計(jì)——以螺紋的規(guī)定畫法為例[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（12）：250-251.

[4]于泉偉.信息化背景下《建筑構(gòu)造與識(shí)圖》課程教學(xué)模式創(chuàng)新的研究與實(shí)踐[J].科技視界，2018（19）：175-176+138.

[5]劉詠濤，張柏.華騰魔眼（AR）在信息化教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2018（22）：15.

[6]韓慶英，張喜瑞，李昊.基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教師信息化教學(xué)思維新探[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2016，15（12）：33-35.

[7]滕罕.高職院校教師信息化教學(xué)能力培養(yǎng)的意義及策略[J].長(zhǎng)春教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，30（20）：25-26.

[8]錢文娟.基于藍(lán)墨云班課的混合式學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)在高職院校公共課程的研究[J].職教論壇，2018（06）：69-72.

[9]熊巍，劉林，陳錦昌.現(xiàn)代工程制圖課堂教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35（02）：296-300.

[10]余明浪.“工程制圖”教學(xué)改革的反思和探索[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30（05）：157-162.