基于模具實(shí)體的《畫法幾何與機(jī)械制圖》教改研究

吳正環(huán)

【摘要】通過對《畫法幾何及機(jī)械制圖》課程教學(xué)改革的探索和實(shí)踐，針對模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)大一新生的《畫法幾何及機(jī)械制圖》講授內(nèi)容、教授方法與實(shí)現(xiàn)途徑等幾個方面進(jìn)行細(xì)致剖析，指出教學(xué)中存在的問題，提出基于模具項(xiàng)目關(guān)聯(lián)的改革思路，并制訂具體實(shí)施方案。希望以此提升教學(xué)中理論與實(shí)際結(jié)合的能力，最終轉(zhuǎn)化為學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

【關(guān)鍵詞】畫法幾何及機(jī)械制圖 模具專業(yè) 教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)校級科研項(xiàng)目（XJKC031420，XJKC031451）；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目（201710066035）；天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)“me+”創(chuàng)客空間項(xiàng)目（20172012）；天津市高等學(xué)校科技發(fā)展基金計(jì)劃項(xiàng)目（2017KJ104）。

【中圖分類號】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）13-0236-02

1.模具專業(yè)《畫法幾何及機(jī)械制圖》與相關(guān)模具知識教學(xué)現(xiàn)狀及問題

1.1教材內(nèi)容沒有針對性

目前多數(shù)本科院校使用《畫法幾何及機(jī)械制圖》教材基本還是按照基本的點(diǎn)、線、面、體的投影，以及機(jī)械圖樣的基本表示法、零件圖、裝配圖的順序來進(jìn)行教學(xué)。

這種教學(xué)的好處是邏輯性較強(qiáng)，但學(xué)生如果在某處沒有聽懂，很容易對后續(xù)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生較大的困擾。例如：若學(xué)生在學(xué)習(xí)特殊面時對于水平面、正平面、側(cè)平面，以及鉛垂面、正垂面、側(cè)垂面各自的三面投影特點(diǎn)分辨不清，容易造成對于組合體、零件圖形體分析不清。

1.2教學(xué)方式傳統(tǒng)

當(dāng)前的教學(xué)方式采用教師講解為主，學(xué)生學(xué)習(xí)為輔的方式，在上課過程中輔以大量使用的PowerPoint動畫，教學(xué)過程側(cè)重于制圖理論知識的解析，學(xué)生的練習(xí)方式僅限于習(xí)題冊練習(xí)，教師與學(xué)生間的互動限制在課堂知識點(diǎn)提問，以及僅有的一次減速器測繪練習(xí)中，并且由于學(xué)生人數(shù)眾多，一個教師很難拿出全副精力進(jìn)行“一對一”指導(dǎo)。

1.3有效知識割裂

只要關(guān)注一下該專業(yè)學(xué)生的課程大綱，便能發(fā)現(xiàn)，一二年級他（她）們學(xué)習(xí)的都是基礎(chǔ)性課程，從三年級甚至四年級才開始進(jìn)入模具專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。

根據(jù)艾賓浩斯記憶曲線，可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們真正建立對《畫法幾何及機(jī)械制圖》的完整記憶開始，僅僅經(jīng)過6天，腦海中的記憶僅存在24.5%甚至更低了。在長達(dá)一年半時間內(nèi)接觸不到制圖的相關(guān)理論與知識。當(dāng)大三開始接觸到模具專業(yè)知識的學(xué)習(xí)中，還沒有建立起對模具領(lǐng)域的認(rèn)知，立刻就要接觸大量復(fù)雜的二維模具結(jié)構(gòu)圖，學(xué)生們苦于無法在二維圖中讀取模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，自然也就談不上對于本專業(yè)的喜愛。

1.4教師知識結(jié)構(gòu)欠缺、技能儲備不足

編纂制圖課程的大都是機(jī)械專業(yè)老師，他們具備較好的制圖素養(yǎng)，對于制圖理論的主線以及內(nèi)容的掌握都已十分熟練。但極少有老師是模具專業(yè)出身，對于模具結(jié)構(gòu)及其用途并無了解；此外，制圖教師往往對于系統(tǒng)運(yùn)用AutoCAD并不熟練，教授時僅限于繪圖命令的講解，圖形修改的基本方法，并且分配給軟件教學(xué)的時間并不充分，實(shí)際應(yīng)用中有脫節(jié)；運(yùn)用UG等三維軟件進(jìn)行模具造型設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)成二維圖形加工已經(jīng)非常普遍，但教師們對UG和AutoCAD之間、甚至UG與《畫法幾何及機(jī)械制圖》之間的關(guān)系大都沒有理清。這些軟件都由不同的老師教授，屬于不同的課程，彼此間沒有直接關(guān)聯(lián)。直至畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生要開始設(shè)計(jì)與加工相關(guān)模具時，更是錯誤百出；進(jìn)入企業(yè)后，學(xué)生們被指出毫無讀圖繪圖的基本素養(yǎng)，形成了惡性循環(huán)。

2.以《畫法幾何及機(jī)械制圖》為基礎(chǔ)的教改方案

2.1新教學(xué)目標(biāo)的建立

2.1.1零件圖教學(xué)

結(jié)合模具產(chǎn)業(yè)的“零件圖”涵蓋圖形表達(dá)、尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求、標(biāo)題欄等內(nèi)容，知識點(diǎn)較多。因此可以選取塑料注塑模的型芯或者型腔部分作為對象，借助實(shí)體或者UG三維圖形，逐項(xiàng)分析其零件圖二維圖形的各項(xiàng)圖形表達(dá)、尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求、標(biāo)題欄等真實(shí)產(chǎn)品的實(shí)際要求。

2.1.2裝配圖教學(xué)

裝配圖旨在說明零件的裝配關(guān)系。而裝配圖的讀和畫是機(jī)械制圖的難點(diǎn)，也是制圖課程的最終目標(biāo)。然而，課本中的裝配圖種類繁多，學(xué)生們只能進(jìn)行非常膚淺的認(rèn)識，在教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生普遍最難理解，并且練習(xí)也是最少的。為了幫助學(xué)生理解，利用現(xiàn)有的注塑模具實(shí)體，或者UG三維裝配圖，構(gòu)建注塑模具的裝配關(guān)系和運(yùn)動方式。讓學(xué)生全面深刻認(rèn)識真實(shí)裝配圖涵蓋的意義，以及裝配體內(nèi)部零件的裝配關(guān)系和運(yùn)動機(jī)理。

2.2教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)和調(diào)整

目前《畫法幾何及機(jī)械制圖》課程更多傾向于機(jī)械結(jié)構(gòu)，對模具專業(yè)學(xué)生的專業(yè)并沒有太大關(guān)聯(lián)，換言之，對其建立其對塑料注射模具的感性認(rèn)識作用不大。從另一個角度而言，在經(jīng)歷了數(shù)百年的教學(xué)演變中，畫法幾何及機(jī)械制圖作為一門課程，不斷推敲演變，但其中的原理與規(guī)范，仍然沿用至今，并以不同的形式表現(xiàn)出來，這說明其經(jīng)典性，基本原理的掌握對于模具專業(yè)的學(xué)生來說也是必不可少的。

根據(jù)上述思想的指導(dǎo)，需要建立新的配套課程、新的實(shí)訓(xùn)平臺。新的配套課程、將大幅縮減畫法幾何部分的手工繪圖內(nèi)容，而替換以AutoCAD制圖。在機(jī)械制圖部分，由于體、體的截切、相貫、組合體、零件圖、裝配圖等大量涉及三維圖形，而在傳統(tǒng)的PowerPoint中，僅僅依靠在某一固定視角的軸測圖上的動畫無法展現(xiàn)出三維實(shí)體在投影過程中的點(diǎn)、線、面的變化過程，特別是內(nèi)部的截交線、相貫線等，因此將這部分內(nèi)容制作成視頻教程展現(xiàn)出來。

2.3 教學(xué)方法與手段的改進(jìn)

2.3.1案例教學(xué)

在模具零件圖及裝配圖理論教學(xué)過程中，由于學(xué)生缺乏制圖基礎(chǔ)知識，需要將制圖的基礎(chǔ)知識引入模具實(shí)例中，在研究實(shí)例的過程中讓學(xué)生逐一掌握實(shí)例。

2.3.2討論教學(xué)

每講完一個案例，可以拿出一個新的案例給學(xué)生們，組織學(xué)生在課堂上展開討論，讓每組學(xué)生通過討論得出結(jié)果，教師進(jìn)行點(diǎn)評與總結(jié)。既提升了學(xué)生對課程的興趣，也增加了學(xué)生對教學(xué)過程的參與度。能夠讓學(xué)生對知識點(diǎn)留下深刻印象。

2.3.3實(shí)踐教學(xué)

開發(fā)多套塑料注塑模具教具，通過對測繪任務(wù)及要求進(jìn)行細(xì)致的分解，讓學(xué)生們分組采用CAD繪制不同注塑模具重要部件的零件圖和整體裝配圖。教師對學(xué)生的CAD圖紙進(jìn)行有標(biāo)準(zhǔn)的打分。結(jié)合教具與UG三維圖形轉(zhuǎn)二維的方法，引導(dǎo)學(xué)生對自己繪制的圖紙中的問題進(jìn)行糾錯。深刻掌握繪制零件圖與裝配圖的核心要素。

2.3.4項(xiàng)目教學(xué)

模具拆裝內(nèi)容可以作為模具專業(yè)機(jī)械制圖部分的前期導(dǎo)入模塊。作為工科模具專業(yè)的學(xué)生，具備別的學(xué)校所不具有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件。大量的小型塑料注塑模具、金屬沖壓模具可以成為學(xué)生們接觸模具、建立興趣的最好平臺。在注塑模具中有典型結(jié)構(gòu)的單分型面注塑模，雙分型面注塑模以及側(cè)向分形的斜導(dǎo)柱和斜滑塊注塑模；沖壓模具有典型結(jié)構(gòu)的單工序落料模、沖孔模、彎曲模以及級進(jìn)模和復(fù)合模。同時配備相關(guān)的拆裝工具，可以同時容納大量學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場拆裝實(shí)驗(yàn)[3]。

2.4提升教師自身知識結(jié)構(gòu)與技能儲備

大部分教師擅長于對制圖的理論教學(xué)，現(xiàn)在由于計(jì)算機(jī)繪制二維圖的普及，也對教師的AutoCAD等二維軟件與UG等三維軟件的教學(xué)能力提出了要求，因此大部分教師都具備了使用AutoCAD軟件繪圖的能力，但是二維三維軟件繪圖教學(xué)與制圖理論課程之間的傳授存在割裂現(xiàn)象。

目前已經(jīng)涌現(xiàn)出多種應(yīng)用廣泛的三維軟件：UG，SolidWorks，Pro/E等，很多教師并沒有掌握，在改革方案中，需要各位老師又快又好的掌握某一種三維軟件，在這里，由于模具專業(yè)學(xué)生的后續(xù)課程不僅要掌握模具的三維設(shè)計(jì)，還要涉及到相關(guān)模具的加工，選擇運(yùn)用UG便于后續(xù)設(shè)計(jì)與加工的對接。

還由于模具專業(yè)的自身屬性，需要制圖教師掌握模具相關(guān)的知識，比如，需要掌握典型注塑模具的結(jié)構(gòu)，包括模架、定模板、動模板、型芯、型腔、頂出機(jī)構(gòu)、以及復(fù)位機(jī)構(gòu)等等；典型沖壓模具的結(jié)構(gòu)，包括模座、凸模、凹模、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、進(jìn)料裝置、卸料裝置等。需要了解主要部件的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行的原理。這樣才能在給學(xué)生講解時有的放矢，不至于陷入到知其然不知其所以然的狀況。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡青泥，戴恒震，高菲，等.面向三維CAD/CAM技術(shù)的機(jī)械制圖教學(xué)研究[J]，工程圖學(xué)學(xué)報.2002，（1）：137-140

[2]鄭紅.《機(jī)械制圖與CAD》課程教改思索[J]，九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報.2003，3：36-37

[3]閆花茹，王慧.實(shí)現(xiàn)機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖技能教育整合的教學(xué)改革[J]，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報.2011，19（3）：108-109