SolidWorks與機(jī)械制圖交互式教學(xué)研究

摘要：在機(jī)械制圖教學(xué)中融入SolidWorks建模，通過(guò)課堂教學(xué)或網(wǎng)絡(luò)課程線(xiàn)上學(xué)習(xí)的方式讓學(xué)生在點(diǎn)線(xiàn)面和立體的建構(gòu)中提升空間想象力，有效的提高學(xué)生機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)效率。教師通過(guò)Composer自主建立起模型或機(jī)械零件的展示文檔，可以嵌入PPT而無(wú)需安裝SolidWorks Composer，方便直觀(guān)的展示零件的細(xì)節(jié)，隨時(shí)拖動(dòng)和縮放零件從多角度查看零件，極大方便了教學(xué)。

關(guān)鍵詞：SolidWorks;建模;提升空間想象力;Composer

機(jī)械制圖課程是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)最重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，制圖方法和空間想象能力的培養(yǎng)是機(jī)械制圖課程的教學(xué)目標(biāo)，而制圖方法也是建立在空間想象力的基礎(chǔ)上，因此對(duì)于空間想象力的培養(yǎng)是機(jī)械制圖課程教學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)。雖然現(xiàn)在機(jī)械制圖的現(xiàn)代化教學(xué)手段不斷涌現(xiàn)，教學(xué)資源日益豐富，但是因?yàn)閷W(xué)生空間想象能力薄弱制圖課堂的教學(xué)效率一直難以提高。

1 企業(yè)對(duì)機(jī)械制圖能力的基礎(chǔ)作用更加重視

在機(jī)械制造類(lèi)企業(yè)中由于新技術(shù)的應(yīng)用部分機(jī)械類(lèi)崗位對(duì)二維圖紙的看圖能力降低了要求，這得益于三維技術(shù)的發(fā)展。但是通過(guò)調(diào)研青島雙星機(jī)械有限公司、豪邁集團(tuán)、青島海泰科模具有限公司等機(jī)械制造類(lèi)企業(yè)，企業(yè)對(duì)于專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程如機(jī)械制圖、公差配合與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等在職業(yè)能力培養(yǎng)中的作用比以往更加重視，認(rèn)為機(jī)械基礎(chǔ)能力是絕大部分機(jī)械類(lèi)工作崗位所需的必備能力，對(duì)于學(xué)生的縱深發(fā)展起著關(guān)鍵作用。因此機(jī)械制圖在機(jī)制、數(shù)控等機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)應(yīng)該強(qiáng)化而不是削弱。

2 機(jī)械制圖傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足

傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)對(duì)空間想象力的培養(yǎng)主要是利用多媒體教室通過(guò)立體圖、模型、動(dòng)畫(huà)等方式培養(yǎng)，多媒體教學(xué)具有展示效果良好的優(yōu)點(diǎn)，嵌入的動(dòng)畫(huà)可以形象的展示點(diǎn)線(xiàn)面的投影特性，可以從多角度觀(guān)察立體的形狀，非常直觀(guān)形象，對(duì)于學(xué)生空間想象能力的培養(yǎng)起到了主導(dǎo)型的作用，也是目前大多數(shù)機(jī)械制圖課的授課方式。但僅靠多媒體展示，主要體現(xiàn)在老師教的方面，立體形狀單一，學(xué)生的互動(dòng)及體驗(yàn)性差，經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生課堂聽(tīng)的明白，課下腦子一片空白的現(xiàn)象，空間想象能力培養(yǎng)的實(shí)效性差?，F(xiàn)在高職院校學(xué)生的空間想象力不足，而企業(yè)對(duì)機(jī)械類(lèi)的畢業(yè)生空間想象力的要求沒(méi)有降低，因此僅靠原來(lái)傳統(tǒng)的制圖教學(xué)方式無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)的要求。

近些年來(lái)隨著慕課、微視頻等現(xiàn)代化教學(xué)手段應(yīng)用，學(xué)生課下學(xué)習(xí)途徑也趨向多元化，但是對(duì)于高職學(xué)生及三二專(zhuān)本貫通培養(yǎng)的學(xué)生，僅靠網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)形式學(xué)生的積極主動(dòng)性不高。筆者結(jié)合多年的機(jī)械制圖教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)踐，嘗試了在高職機(jī)械制圖教學(xué)中采用SolidWorks輔助教學(xué)的方式，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力起到了很好的教學(xué)效果。

3 SolidWorks作為機(jī)械制圖輔助教學(xué)的可行性

SolidWorks作為三維建模的主流軟件之一，相比NX，ProE，Catia等三維軟件，具有易學(xué)易懂、便于操作的優(yōu)勢(shì)，尤其是作為剛踏人大學(xué)校門(mén)還沒(méi)有過(guò)多專(zhuān)業(yè)知識(shí)的大一學(xué)生來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常適合學(xué)生學(xué)習(xí)建模的入門(mén)軟件，是培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力的有效輔助工具。筆者多年來(lái)教授機(jī)械制造與自動(dòng)化三二貫通培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)的《畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖》課程，課程分為兩個(gè)學(xué)期，第一學(xué)期約78學(xué)時(shí)，第二學(xué)期48學(xué)時(shí)，第一學(xué)期按照多媒體教室和機(jī)房2：1的上課比例，可以安排26學(xué)時(shí)的SolidWorks課程，對(duì)于點(diǎn)線(xiàn)面、基本體、組合體的建模等學(xué)習(xí)已經(jīng)足夠，能夠很好完成培養(yǎng)空間想象力的任務(wù)。對(duì)于少學(xué)時(shí)的專(zhuān)業(yè)，也可以安排部分上機(jī)課程，結(jié)合微視頻教學(xué)，可以讓學(xué)生完成基本的建模學(xué)習(xí)。因此SolidWorks與機(jī)械制圖的聯(lián)合教學(xué)具備實(shí)現(xiàn)的可能性。

4 SolidWorks在點(diǎn)線(xiàn)面投影特性教學(xué)中的應(yīng)用

在研究點(diǎn)線(xiàn)面的投影時(shí)，一般借助于SolidWorks軟件中草圖繪制點(diǎn)、線(xiàn)，也可以直接根據(jù)坐標(biāo)或?qū)ο罄L制空間的點(diǎn)線(xiàn)。點(diǎn)的投影可以單獨(dú)繪制，也可以在長(zhǎng)方體等立體中表示，比較形象直觀(guān)，結(jié)合坐標(biāo)表示尺寸與方位關(guān)系，比較易于理解。

在講解線(xiàn)面投影特性時(shí)，線(xiàn)的投影可以根據(jù)坐標(biāo)直接繪制，也可以放到長(zhǎng)方體或三棱錐中講解，如圖1所示，面的投影可以借助立體的表面，在立體中學(xué)習(xí)投影特性易于理解和想象，如上圖所示在立體中的平行線(xiàn)、垂直線(xiàn)和一般位置直線(xiàn)以及平行面、垂直面和一般位置平面。

5 SolidWorks在組合體三視圖中的應(yīng)用

（圖2）SolidWorks可以通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃描等特征方便的建立立體的模型[1，2]。在教學(xué)中通過(guò)搭積木的形式建立組合體的立體模型，通過(guò)布爾加或減實(shí)現(xiàn)形體的疊加和挖切。通過(guò)顏色的修改使教學(xué)過(guò)程更加直觀(guān)，學(xué)生樂(lè)于接受。學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手建構(gòu)模型，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜一步步建立起常見(jiàn)形體的空間概念，也掌握了建模的基本方法。在曲面立體相貫線(xiàn)的做圖中，由于相貫線(xiàn)多為復(fù)雜的空間曲線(xiàn)，學(xué)生難以想象，通過(guò)建模相關(guān)形體，結(jié)合截面法等畫(huà)法幾何理論，學(xué)生學(xué)習(xí)的難度降低不少。

6 SolidWorks Composer在零件結(jié)構(gòu)展示中的應(yīng)用

SolidWorks Composer是一個(gè)獨(dú)特新穎的能夠進(jìn)行仿真的軟件平臺(tái)[3]。SolidWorksComposer具有強(qiáng)大的展示功能，作為工科類(lèi)教師自主開(kāi)發(fā)教學(xué)資源的重要工具，具有易學(xué)易用的特點(diǎn)，常見(jiàn)的三維軟件制作的模型都可以導(dǎo)入到c omposer[5]用戶(hù)可以方便的制作不同的相機(jī)視圖，展示中通過(guò)目錄切換。在每一個(gè)頁(yè)面中制作標(biāo)簽、添加注解、局部展示、可視化效果等實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件直觀(guān)形象的展示，并且可以導(dǎo)入到PPT中，無(wú)需安裝Composer即可實(shí)現(xiàn)模型的多角度展示，按住滾輪移動(dòng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，滾動(dòng)滾輪實(shí)現(xiàn)縮放，Ctrl+滾輪移動(dòng)實(shí)現(xiàn)平移等，方便課堂教師的展示。

7 微視頻在建模學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

對(duì)于學(xué)時(shí)少的班級(jí)，建模課程可以借助網(wǎng)絡(luò)課程的形式學(xué)習(xí)，教師錄制基本建模方法的微視頻，學(xué)生登陸學(xué)習(xí)，單元檢測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)線(xiàn)上學(xué)習(xí)內(nèi)容的考核。因?yàn)樯蠙C(jī)操作的內(nèi)容相比純理論課程的學(xué)習(xí)學(xué)生樂(lè)于參與其中，學(xué)生在學(xué)習(xí)建模中獨(dú)立建立模型，具備一定的成就感，因此網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)易于落地，學(xué)習(xí)效果容易得到保證。

8 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)械制圖課程教學(xué)中融入SolidWorks建模，讓學(xué)生在建模學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)線(xiàn)面和立體的構(gòu)建，結(jié)合畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖的理論方法，在建構(gòu)中快速提升空間想象能力，提高機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)效率。教師利用Composer自主制作模型或零件的展示，可以嵌入PPT方便在課堂展示零件的細(xì)節(jié)，有效提高課堂效率。經(jīng)過(guò)筆者多年的教學(xué)實(shí)踐，上述方法取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]SolidWorks公司SolidWorks零件與裝配體教程[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014

[2]劉昌麗，康士廷SolidWorks2013完全自學(xué)手冊(cè)[M]北京：人民郵電出版社， 2014

[3]金照，黃瓊濤，張榮強(qiáng)基于3DVIAComposer的產(chǎn)品虛擬展示與設(shè)計(jì)U]機(jī)械設(shè)計(jì)，2015（ 11）：119-122.

[4]陳鑫，仲梁維，刁麗慧基于SolidworksComposer的多軸滑臺(tái)斜拉機(jī)構(gòu)裝配可視化研究[J]軟件導(dǎo)刊，2018，17 （02）：158-160.

[5]王軍良等基于SolidWorks Composer的齒輪泵虛擬設(shè)計(jì)與展示[J]佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，36（6）：42-47.

作者簡(jiǎn)介——

徐英鋒：（1977-），男，山東聊城人，碩士，副教授。研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。