“多功能繪圖教具”及其技術轉化和推廣應用

楊國勇

摘 要：本文就“多功能繪圖教具”的創(chuàng)意設計、所具特點及其技術轉化和推廣應用等方面進行了詳細分析介紹。

關鍵詞：多功能繪圖教具 技術轉化 推廣應用

筆者帶領的項目團隊響應李克強總理提出的“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的號召，針對中職學校傳統板書繪圖教具存在的諸多不足，設計了“多功能繪圖教具”?！岸喙δ芾L圖教具”由兩個圓規(guī)腳及手柄組成，雖然只是在普通圓規(guī)結構的基礎上增加了一個手柄，但其具有傳統教具直尺、圓規(guī)、三角板、量角器等的功能，而且結構簡單，攜帶、使用方便。筆者帶領的項目團隊結合教學工作把“多功能繪圖教具”的技術轉化成產品及推廣應用。

一、傳統板書繪圖教具的現狀

目前教學上常用的傳統板書繪圖教具功能單一，如直尺只能繪制直線及測量尺寸等；三角板只能繪制直線、90°、60°、45°、30°等角度線，量取和測量尺寸等；圓規(guī)只能畫圓及圓弧線，量取線段等，還存在粉筆安裝不簡便，粉筆插入粉筆插袋時大端朝外、不能繪制與粗實線區(qū)別的細實線等問題；量角器只能量角度和繪制角度線。這些傳統板書繪圖教具在教學中還存在攜帶及使用不方便的缺點。

雖然，近年來出現了一些新發(fā)明的新型板書繪圖教具。如“教學多用尺”，具有傳統板書繪圖教具圓規(guī)、三角板、量角器等教具的功能，但因它存在制造成本高、攜帶及使用不方便等缺點，目前還未能轉化成商品。還有“多功能圓規(guī)”，也具有傳統板書繪圖教具圓規(guī)、三角板、量角器等教具的功能，但是也存在使用不方便等缺點，故未被大眾所接受而廣泛應用。

二、自制“多功能繪圖教具”的優(yōu)點

為了解決上述傳統板書繪圖教具和新型板書繪圖教具存在的問題，筆者帶領的項目團隊發(fā)明了“多功能繪圖教具”。

1.“多功能繪圖教具”的結構及工作原理

“多功能繪圖教具”是由傳統圓規(guī)改造而成。它由手柄及圓規(guī)左腳和右腳組成，左右兩腳上端連接在一起，另一端可活動開合，兩腳的外緣處標有長度尺寸刻度線。手柄上有兩個座，其中一個標有角度刻度線的手柄座安裝在左右兩腳的上端連接處的上面，通過螺釘、彈簧、墊片、鎖緊螺母等零件把左右腳與手柄的一個座端連接在一起，另一個手柄座通過螺釘固定在左腳上。左腳靠近下端的底面上有一個削尖粉筆的錐孔；在左腳下端面上還有一個安裝頂尖吸盤組件的孔，通過鎖緊螺釘螺母固定。右腳靠近下端的上表面上有一個通過螺釘與右腳連接在一起的C型件；右腳下端面上還有一上下開槽的用于安裝粉筆的插孔。左右腳連接處的右腳上表面有一刻線，該刻線與手柄座上角度刻線對齊的數值就是兩腳外表面所開的角度值。

當使用“多功能繪圖教具”時，一手握住手柄，另一只手調整手柄座上的螺母，使套在兩腳連接處螺釘上的彈簧產生壓力，保證左右兩腳在任意位置開合及繪圖時固定不變；當擰緊該螺母，則兩腳固定。打開左右兩腳時，圓規(guī)右腳上端部表面，靠近標有刻線的手柄座處有一刻線與手柄座上的角度刻線對齊的數值，就是兩腳所開的角度值。左腳和右腳合并在一起時成一把短直尺，長度尺寸刻線從右腳下端開始至手柄端；當左腳和右腳打開180°時成為一把加長直尺，長度尺寸刻線從右腳下端開始至左腳下端止。

如果要在黑板上畫圓或圓弧，首先把頂尖吸盤組件中的吸盤拆去，然后在左腳下端面的孔中安裝頂尖，并擰緊固定螺釘，在右腳下端面的粉筆插孔中安裝粉筆，最后頂尖按住黑板上圓心點，轉動圓規(guī)右腳即可；如果要畫細線條，先把粉筆插入左腳下端削尖粉筆的錐孔中，并不斷轉動，即可得到一個削尖了的粉筆，把粉筆插入右腳下端粉筆的插孔中就可以用于畫細線條。如果要在白板上畫圓或圓弧，首先先把頂尖吸盤組件中的頂尖端插入左腳端面上的孔中，并擰緊固定螺釘，然后在右腳下端的C型件孔中插入白板筆，并擰緊固定螺釘最后用力把左腳吸盤按壓吸穩(wěn)在白板的圓心點處，轉動圓規(guī)右腳即可。

2.“多功能繪圖教具”的功能

“多功能繪圖教具”一是具有直尺功能，把它的左右兩腳合并就成為一把短直尺，把它的兩腳打開成180°時就成為一把加長長度的直尺。二是具有圓規(guī)功能，它本身結構就是一個圓規(guī)，因此具有常規(guī)圓規(guī)畫圓、畫圓弧、分割線段、量取尺寸的功能。三是具有三角板及量角器的功能，它的兩腳開合角度是0°～270°，因此，不僅能畫0°～270°的任意角度線，也能進行0°～270°任意角度的測量。另外，它還具有削尖粉筆功能，它不僅能用于黑板，也能用于白板上繪圖板書。

三、“多功能繪圖教具”的技術轉化

這個“多功能繪圖教具”于2016年8月31日獲得了國家實用新型教具專利。但是，如何把它轉化成既能用在黑板上也能用在白板上的產品呢？首先就涉及資金問題。好在筆者的項目團隊有一個項目建設資金，因此，資金不成問題。然后就是要確定制造材料、制造工藝及生產方式了。

1.“多功能繪圖教具”制造材料選擇

筆者的項目團隊分別選用了木材、鋁合金和塑料三種材料進行試制。

首先，用木材試制。木材原料多，成本低，制造容易。筆者的項目團隊經考慮采用中等硬度的橡木試制，先制造“多功能繪圖教具”的兩腳，兩腳及C型件的結構不復雜，加工較容易，只是制造手柄時因形狀復雜加工起來費時費力，接著是兩腳上的長度尺寸刻度及手柄上角度刻度的印制工作，最后進行總安裝調試。

其次，選用鋁合金材料。因市場上有合適寬度及厚度尺寸的鋁合金板材加工兩腳，因此兩腳及C型件加工制造都不難。但因材料過重，在兩腳的背面上要鉆排孔減輕重量。加工手柄因形狀復雜，加工難度大。接著是長度尺寸及角度刻線印制，最后總安裝調試。

最后，選用塑料材料。塑料有多種，考慮“多功能繪圖教具”的兩腳要有一定強度和硬度，否則畫圓弧及圓時，兩腳易變形而影響繪圖尺寸的精度，因此，選用PC塑料原料。選好塑料，兩腳、手柄及C型件都可采用3D打印技術制造，只要做好繪圖工作，即可進行零件打印工作。零件打印好后，接著就是長度尺寸及角度刻線印制，最后總安裝調試。

以上三種材料制作的“多功能繪圖教具”，經試用比較，木材制作的單個成品成本不高，但耐用度、強度差，而且批量生產成本高；鋁合金材質制作的強度及質量最好，但是單個成品成本、制造模具成本及批量生產成本都高；塑料材質制作的重量適中，強度好、耐用，單個成品成本低，易實現批量生產，而且批量生產成本不高，只是制造模具成本高些。綜上，筆者的項目團隊選擇用PC塑料原料批量生產“多功能繪圖教具”。

2.塑料模具制造及試制

筆者的項目團隊選定了PC塑料為批量生產“多功能繪圖教具”的原料后，確定采用注塑模注塑加工方式。采用此方式要制造注塑模，由于筆者學校沒有生產模具經驗，因此為了做好這項工作，筆者的項目團隊先到制造模具的企業(yè)進行調研，請教企業(yè)技術員如何設計模具結構等，并學習有關注塑模方面的知識；然后把“多功能繪圖教具”的模具設計出來，并繪制模具的零部件及裝配圖；最后把圖紙拿到模具制造廠再次請教企業(yè)技術員，確定設計沒有問題后，開始購買模具材料進行零部件加工。筆者學校有各種機加工設備，有模具零件加工的能力，所以零部件加工由機加工專業(yè)學生在教師的指導下完成。之后，筆者的項目團隊進行總裝配調試，并在模具裝配好之后，把它拿到一家塑料加工廠試制，除了頂尖部件外購外，其余的零部件都能在一套模具上加工出來。

四、“多功能繪圖教具”應用推廣

筆者的項目團隊對“多功能繪圖教具”樣品的制造成功，它的使用功能經試用均能達到設計要求后，就接著進行樣品的應用推廣。

1.課堂教學上的應用推廣

首先是在筆者學校的機修鉗工技能實訓、機械制圖、液壓與氣壓傳動、服裝工藝、機械基礎等課程的教學上試用。試用過的教師一致認為“多功能繪圖教具”結構簡單、攜帶方便、使用簡便，一把“多功能繪圖教具”就可以代替?zhèn)鹘y教具的一把直尺、兩個三角板和一個量角器。

2.在全國技工院校教學教研技術開發(fā)優(yōu)秀成果評比會上推廣

2016年10月，筆者的項目團隊發(fā)明的“多功能繪圖教具”在重慶舉行的全國技工院校教學教研技術開發(fā)優(yōu)秀成果評比會上被推廣介紹。與會者是來自全國各地技工院校的教育工作者，當教學上常有板書繪圖的教師在會上看到“多功能繪圖教具”的介紹后，他們感到眼前一亮，紛紛和“多功能繪圖教具”進行更近距離的接觸了解、試用，并用手機拍照以及詢問產品什么時候上市等。在本次成果評比中，“多功能繪圖教具”獲得二等獎。

3.在東盟職教展上推廣

2017年11月，筆者的項目團隊發(fā)明的“多功能繪圖教具”在南寧市舉行的東盟職教展上展出。展會上很多來自東盟各國的，以及國內的客商、教育工作者，都在“多功能繪圖教具”展示臺前駐足觀看，有的不僅詢問了解，還親自操作試用，廣西教育廳領導觀看后給予好評。

“多功能繪圖教具”不僅可用于教學，還能用于板報繪圖及其他繪圖板書；不僅可用于中職學校，而且幼兒園、小學、中學、大學都適用。“多功能繪圖教具”的發(fā)明和技術轉化，不僅解決了傳統教學板書繪圖教具的不足，而且讓筆者學校參與這個項目研究的教師及學生，學到了“多功能繪圖教具”的模具設計和制造方面的知識，提高了發(fā)明創(chuàng)造及動手方面的能力；“多功能繪圖教具”的推廣應用工作對筆者學校的教師來說，雖然是一個全新的挑戰(zhàn)工作，但是在工作過程中，他們不僅得到了鍛煉，而且知識、能力也得到了提升。

（作者單位：廣西工業(yè)技師學院）