“Top—Down—Top”機(jī)械制圖Ⅱ教學(xué)改革研究

杜勇 解繼紅

摘要：基于“整體—部分—整體”的認(rèn)識(shí)論，按照“Top-Down-Top”組織架構(gòu)將機(jī)械制圖、機(jī)械測(cè)繪、三維建模進(jìn)行知識(shí)融合對(duì)機(jī)械制圖Ⅱ進(jìn)行教學(xué)改革，形成“項(xiàng)目式”課程。根據(jù)新的教學(xué)內(nèi)容組織進(jìn)行了教學(xué)大綱與教學(xué)計(jì)劃的修訂，借助一體化的教學(xué)環(huán)境與教學(xué)資源，采用多樣化教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)實(shí)施，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了理論知識(shí)的掌握，提高了學(xué)生的繪圖技能，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖Ⅱ；機(jī)械測(cè)繪；三維建模

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）09-0132-03

整體是構(gòu)成事物的諸要素的有機(jī)統(tǒng)一，部分是整體中的某個(gè)或某些要素。整體與部分是標(biāo)志客觀事物的可分性和統(tǒng)一性的一對(duì)哲學(xué)范疇。整體和部分的范疇有重要的認(rèn)識(shí)論意義。整體與部分在認(rèn)識(shí)過(guò)程中，人們總是先對(duì)整體有大致的了解，繼而分析研究其部分，并在這個(gè)基礎(chǔ)上綜合地、具體地認(rèn)識(shí)整體。揭示事物的各要素是了解整體的基礎(chǔ)，而有了整體性的知識(shí)又可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)其部分。在機(jī)械制圖教學(xué)中，裝配體即整體，零件即部分，根據(jù)認(rèn)識(shí)論，先要對(duì)裝配體有大致的了解，在此基礎(chǔ)上研究分析零件，最后再綜合地、具體地認(rèn)識(shí)裝配體，這樣從裝配體到零件再到裝配體的學(xué)習(xí)過(guò)程即“Top-Down-Top”。

目前，機(jī)械制圖的教學(xué)內(nèi)容一般由畫法幾何和機(jī)械制圖兩部分組成，后續(xù)有制圖測(cè)繪、計(jì)算機(jī)二維繪圖、三維建模等課程。筆者所在高校機(jī)械類專業(yè)機(jī)械制圖按照教學(xué)計(jì)劃分在三學(xué)期進(jìn)行，第一學(xué)期機(jī)械制圖Ⅰ主要是畫法幾何部分，內(nèi)容包括制圖基本知識(shí)，點(diǎn)、線、面的投影，基本體的投影和組合體投影；第二學(xué)期機(jī)械制圖Ⅱ主要是機(jī)械制圖部分，內(nèi)容包括機(jī)件的圖樣畫法，零件圖，標(biāo)準(zhǔn)件和常用件，裝配圖；第三學(xué)期是制圖測(cè)繪。本文僅探討對(duì)機(jī)械制圖Ⅱ進(jìn)行“Top-Down-Top”教學(xué)改革。

一、“Top-Down-Top”機(jī)械制圖Ⅱ教學(xué)改革理念

機(jī)械制圖是機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是后續(xù)的專業(yè)核心課程機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、互換性與測(cè)量技術(shù)等課程的先修課程，該課程的教學(xué)效果直接影響后續(xù)課程的進(jìn)行。目前，機(jī)械制圖Ⅱ的教學(xué)計(jì)劃中機(jī)件的圖樣畫法、零件圖、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件都屬于零件也就是部分，最后是裝配圖也就是整體，即“Down-Top”的內(nèi)容組織方式，這樣先部分再整體的教學(xué)過(guò)程是符合人的認(rèn)識(shí)過(guò)程的。

1.“Top-Down-Top”教學(xué)內(nèi)容的組織架構(gòu)。“Top-Down-Top”組織架構(gòu)即按照“裝配體—零件—裝配體”進(jìn)行內(nèi)容組織，如圖1所示。首先通過(guò)對(duì)裝配體進(jìn)行拆裝進(jìn)行工作原理分析，并按照普通零件、常用件、標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行零件的分類，通過(guò)該部分的學(xué)習(xí)對(duì)裝配體和零件都形成了一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)各類零件的用途為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。第二部分主要是對(duì)普通零件、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件進(jìn)行內(nèi)容組織，將普通零件、常用件和機(jī)件的圖樣畫法進(jìn)行結(jié)合。第三部分在裝配體拆裝和零件圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行裝配圖的講解。

2.機(jī)械制圖、測(cè)繪課程與三維構(gòu)形融合構(gòu)建“項(xiàng)目”式課程。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容“Top-Down-Top”的組織，將機(jī)械制圖與測(cè)繪課程內(nèi)容進(jìn)行整合?！癟op”層由齒輪油泵、千斤頂、一級(jí)減速器、球閥等一般測(cè)繪裝配體組成，每個(gè)裝配體為一個(gè)總體項(xiàng)目?！癉own”層對(duì)裝配體進(jìn)行項(xiàng)目分解，零件分為普通零件、常用件、標(biāo)準(zhǔn)件，對(duì)普通零件按照軸套類零件、輪盤類零件、叉架類零件、箱體類零件進(jìn)行分類，歸類分析其三維構(gòu)形特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行零件圖樣畫法及尺寸標(biāo)注等內(nèi)容的講解，將三維構(gòu)形與表達(dá)方案融合，可以把握“三維—二維”轉(zhuǎn)換的本質(zhì)。在“Down”的基礎(chǔ)上對(duì)裝配體重新回裝，完成“Top”層項(xiàng)目的相應(yīng)裝配圖。

表1以一級(jí)減速器為例進(jìn)行項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)。其余千斤頂、齒輪油泵、球閥項(xiàng)目以此為例，拓展教學(xué)內(nèi)容。例如可以將齒輪油泵、一級(jí)減速器中的齒輪軸歸為一個(gè)類型，總結(jié)其功用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的講解及相應(yīng)任務(wù)的完成。

二、“Top-Down-Top”教學(xué)改革實(shí)施

1.教學(xué)大綱與教學(xué)計(jì)劃的制定。在現(xiàn)有的教材中，機(jī)械制圖、制圖測(cè)繪、三維建模是獨(dú)立的三個(gè)內(nèi)容，也有機(jī)械制圖與CAD結(jié)合，或機(jī)械制圖與機(jī)械測(cè)繪結(jié)合的教材，但是CAD與機(jī)械測(cè)繪在教材中仍是獨(dú)立于制圖內(nèi)容的，沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的融合。因此，首先要將三部分內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提煉融合，編寫新的教材，制定全新的教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃。

2.教學(xué)環(huán)境與資源一體化?！癟op-Down-Top”教學(xué)改革要求將課堂教學(xué)、制圖測(cè)繪室、CAD/CAM實(shí)驗(yàn)室多元化教學(xué)環(huán)境一體化，按照實(shí)際教學(xué)內(nèi)容合理安排教學(xué)環(huán)境。在教學(xué)資源上，突破傳統(tǒng)的單純機(jī)械制圖課本、習(xí)題冊(cè)資源，將測(cè)繪實(shí)物模型、三維模型納入，實(shí)現(xiàn)實(shí)物模型—數(shù)字化模型—工程圖資源一體化，并借助現(xiàn)代媒體技術(shù)開發(fā)豐富的教學(xué)視頻及在線資源。

3.師資水平的提高。“Top-Down-Top”項(xiàng)目式課程的構(gòu)建對(duì)教師提出了更高的要求，要進(jìn)行傳統(tǒng)機(jī)械制圖知識(shí)點(diǎn)、制圖測(cè)繪和三維構(gòu)形進(jìn)行融合，教師就要對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提煉融合，這就要求教師具有寬厚的知識(shí)基礎(chǔ)，不僅具有制圖理論，而且具有零件設(shè)計(jì)及工藝制造知識(shí)。另外，教師要具有較強(qiáng)的實(shí)踐操作技能，能在課堂內(nèi)隨時(shí)采用草圖繪制、計(jì)算機(jī)建模等多種技能進(jìn)行教學(xué)。

4.教學(xué)手段的多樣化。教學(xué)過(guò)程以學(xué)生為主體，課內(nèi)融合項(xiàng)目進(jìn)行知識(shí)傳授，借助實(shí)物拆裝進(jìn)行功能展示，視頻進(jìn)行加工演示，結(jié)合CAD軟件進(jìn)行構(gòu)形分析和建模，采用討論法與演示法結(jié)合進(jìn)行課堂教學(xué)。課外以項(xiàng)目進(jìn)行分組分工合作，按照項(xiàng)目的進(jìn)行完成特定任務(wù)，課外任務(wù)的完成強(qiáng)化了課堂教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。

5.考核體系綜合化。項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)將項(xiàng)目分解成小項(xiàng)目，并對(duì)應(yīng)一定的任務(wù)，這就要求考核體系不能僅局限于最終的考試成績(jī)，而是將過(guò)程考核與最終考核進(jìn)行綜合。過(guò)程考核主要是對(duì)任務(wù)完成的考核，包括裝配體示意圖、零件模型、零件工程圖、裝配體模型和裝配體工程圖。綜合化考核體系中該部分任務(wù)性考核占40%，平時(shí)成績(jī)占20%，考試成績(jī)占40%。

三、教學(xué)實(shí)踐效果

該教學(xué)改革僅在自動(dòng)化專業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)班的教學(xué)嘗試，并取得了比較明顯的教學(xué)成果。（1）“Top-Do-

wn-Top”教學(xué)內(nèi)容的組織符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)思維，使得理論知識(shí)不再枯燥。例如在學(xué)習(xí)了一級(jí)減速器拆裝后，在學(xué)習(xí)軸類零件時(shí)，學(xué)生明白軸類零件的主要功用是承載傳動(dòng)件——齒輪，為了進(jìn)行裝配，會(huì)加工有鍵槽，這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程理論聯(lián)系實(shí)際，達(dá)到學(xué)有所用的效果，這使得學(xué)生理論知識(shí)的學(xué)習(xí)更為扎實(shí)。（2）機(jī)械制圖、測(cè)繪課程與三維建模的融合促進(jìn)了知識(shí)的理解。例如齒輪參數(shù)的學(xué)習(xí)可以指導(dǎo)齒輪三維模型的生成，反之三維模型的生成驗(yàn)證了參數(shù)的計(jì)算。這種融合同時(shí)也提高了學(xué)生的尺規(guī)作圖和計(jì)算機(jī)繪圖技能。（3）多樣化的教學(xué)手段活躍了課堂氣氛。學(xué)生在課堂中討論解決問(wèn)題，參與度的提高激發(fā)了學(xué)生的積極性。（4）考核體系的綜合化。讓學(xué)生更注重過(guò)程任務(wù)的完成，減少了制圖測(cè)繪突擊完成的現(xiàn)象，更多地增加了思考實(shí)踐，提高了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí)。

四、結(jié)論

“Top-Down-Top”機(jī)械制圖Ⅱ教學(xué)改革符合人們的認(rèn)識(shí)過(guò)程，將機(jī)械制圖、機(jī)械測(cè)繪、三維建模相融合，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力。下一步我們將繼續(xù)推行教學(xué)實(shí)踐，形成完善的“Top-Down-Top”機(jī)械制圖Ⅱ教學(xué)新體系。

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