SolidWorks在高職《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

王黎光 劉芹

摘 ?要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，三維建模技術(shù)被引入了機(jī)械制圖的教學(xué)過(guò)程。該文針對(duì)SolidWorks三維建模技術(shù)與高職《機(jī)械制圖》課程教學(xué)相結(jié)合的具體應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)踐和研究，并對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行了反思。通過(guò)該教學(xué)研究，為《機(jī)械制圖》課程的信息化教學(xué)改革積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：SolidWorks ?機(jī)械制圖 ?信息化教學(xué)

中圖分類號(hào)：TH126-4 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）06（b）-0060-03

1 ?高職《機(jī)械制圖》課程

該課程是一門培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖和繪制機(jī)械圖樣能力的技術(shù)基礎(chǔ)課[1]。在教學(xué)過(guò)程中，需要逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和構(gòu)思能力。傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)，通常使用PPT圖片或者實(shí)體模型來(lái)展示形體的外部形狀特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。圖片立體感欠佳，且不能從多方位觀察模型。實(shí)體模型雖然能很好地展現(xiàn)機(jī)件內(nèi)、外部的結(jié)構(gòu)，但是模型體積較小，課上的展示效果并不理想。

2 ?SolidWorks軟件

SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的三維CAD軟件，該軟件以參數(shù)化特征建模為基礎(chǔ)，具有功能強(qiáng)大、易學(xué)、易用等特點(diǎn)[2]。SolidWorks的工程圖是全相關(guān)的，例如當(dāng)修改圖紙時(shí)，三維模型、各個(gè)視圖、裝配體都會(huì)自動(dòng)更新。SolidWorks軟件可以在一個(gè)CAD文檔中，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)的變換和組合，派生出不同的零件或裝配體?；赟olidWorks強(qiáng)大的建模功能，將三維虛擬模型引入到機(jī)械制圖的課堂上，用以豐富教學(xué)形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 ?SolidWorks在高職《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用

結(jié)合高職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，教師要不斷地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，可以從提供具體形象的刺激入手[3]。將三維實(shí)體的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件SolidWorks應(yīng)用到機(jī)械制圖的教學(xué)實(shí)踐中去，形成新的多媒體教學(xué)，形成圖、文、聲、像、動(dòng)畫(huà)、視頻的有機(jī)結(jié)合，表現(xiàn)一般教學(xué)手段不易表達(dá)的內(nèi)容，展示現(xiàn)場(chǎng)觀察不清楚的細(xì)節(jié)，將抽象的概念轉(zhuǎn)化為生動(dòng)活潑的畫(huà)面，使課堂教學(xué)直觀易懂，易于接受和理解[4]。從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極和課堂的教學(xué)效率，同時(shí)增強(qiáng)機(jī)械制圖的教學(xué)效果。

（1）SolidWorks在立體及其表面交線教學(xué)中的應(yīng)用。基本體的投影包括平面基本體的投影和曲面基本體的投影兩部分，在教學(xué)中引入SolidWorks軟件制作的三維模型，一是可以全面觀察基本體的形狀;二是SolidWorks的四視圖命令能夠同時(shí)展示三維模型和三視圖，從而幫助學(xué)生理解基本體各個(gè)面的投影特征及三視圖長(zhǎng)寬高的對(duì)應(yīng)關(guān)系，幫助學(xué)生在三維立體和二維平面圖形之間建立聯(lián)系，培養(yǎng)空間想象能力;三是四視圖的對(duì)應(yīng)顯示，這個(gè)功能便于學(xué)生理解三視圖中點(diǎn)、線、面的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如正六棱柱的四視圖（見(jiàn)圖1），當(dāng)用鼠標(biāo)選中某一點(diǎn)、邊或面時(shí)，選中的部分會(huì)變色以突出顯示，在其他視圖上與之對(duì)應(yīng)的部分也會(huì)變色突出顯示。

（2）在平面切割回轉(zhuǎn)曲面體和相貫線的教學(xué)中，一是由于模型數(shù)量的限制，相貫線的形成和投影一直是教學(xué)的難點(diǎn)，而SolidWorks的建模功能能夠突破實(shí)物的限制，讓學(xué)生看到更多的三維模型，使學(xué)生更容易理解和記住相貫線的形狀;二是通過(guò)更改SolidWorks模型參數(shù)，可以演示平面切割回轉(zhuǎn)曲面體的截交線或者相貫線的變化規(guī)律。比如截平面與圓柱軸線成不同角度時(shí)形成的切割體的三視圖及截交線的變化規(guī)律（見(jiàn)圖2），以及不同直徑的圓柱相貫時(shí)，相貫線的變化規(guī)律。三維虛擬模型的演示能使學(xué)生獲得豐富的感性知識(shí)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)觀察能力和抽象思維能力，學(xué)生學(xué)習(xí)更加直觀易學(xué)。

（3）在切割體和切割型組合體的教學(xué)中，切割體形狀復(fù)雜，學(xué)生缺乏空間想象力，注意力很難集中，需要老師對(duì)著圖片重復(fù)幾遍，學(xué)生思考很久才能理解空間形體的結(jié)構(gòu)。這既影響學(xué)習(xí)效率，也打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。利用SolidWorks建?？梢院芎玫卣故究臻g形體的結(jié)構(gòu)和切割過(guò)程，使得切割過(guò)程易于理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。具體做法是：課前用SolidWorks建模，將模型逐步切割，上課時(shí)在SolidWorks的設(shè)計(jì)樹(shù)中移動(dòng)退回控制棒，來(lái)逐步演示模型的切割過(guò)程。在演示過(guò)程中，切割體的三視圖在學(xué)生的腦海中就已經(jīng)成形，適時(shí)用PPT動(dòng)畫(huà)或板書(shū)演示切割體三視圖的作圖過(guò)程，學(xué)生能夠正確、快速地看出切口在三視圖上的投影形狀。這樣不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也提高了學(xué)習(xí)效率。

（4）疊加型組合體的教學(xué)過(guò)程中，用SolidWorks將疊加體的每一部分單獨(dú)建模，并進(jìn)行裝配。講授的過(guò)程中，可以通過(guò)移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)零件來(lái)展示各部分的形體特征，逐個(gè)畫(huà)出各部分的基本體;還可以將三維虛擬模型放大觀察各形體間的連接關(guān)系和細(xì)節(jié)，用來(lái)檢查形體間表面連接處的投影是否正確。如圖3和圖4、圖5，在剖視圖、斷面圖的授課過(guò)程中，可以用SolidWorks建立三維模型，通過(guò)剖面視圖功能或者切除命令進(jìn)行剖切，來(lái)輔助授課。比如在講授幾個(gè)平行的剖切平面時(shí)，先在SolidWorks中建立三維模型，再用拉伸切除命令進(jìn)行切除。授課過(guò)程中，通過(guò)移動(dòng)SolidWorks設(shè)計(jì)樹(shù)中的移動(dòng)退回控制棒，可以從各個(gè)方位展示機(jī)件完整的外部結(jié)構(gòu)和剖切后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。還可通過(guò)二視圖命令，將軸測(cè)圖和剖視圖同屏顯示，進(jìn)行對(duì)照講解（見(jiàn)圖5）。通過(guò)觀察右側(cè)軸測(cè)圖來(lái)理解實(shí)體左側(cè)階梯孔之間粗實(shí)線的由來(lái)。

（5）在裝配圖的教學(xué)中，SolidWorks建模能清楚地表達(dá)各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)形狀（見(jiàn)圖6）;在使用配合功能裝配的過(guò)程中，讓學(xué)生直觀地觀察每個(gè)零件在裝配體中的功能和零件間的裝配關(guān)系;裝配完成后，通過(guò)動(dòng)畫(huà)功能可以演示機(jī)器或部件的工作原理。如千斤頂裝配圖（見(jiàn)圖7），當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，螺桿會(huì)相對(duì)于底座做上下方向的直線運(yùn)動(dòng)。SolidWorks建模使千斤頂各零件的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系更加直觀，工作原理更易于理解。學(xué)生通過(guò)對(duì)SolidWorks模型的觀察，主動(dòng)進(jìn)行思考并得出結(jié)論，從而使教師由教學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。

4 ?SolidWorks在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用反思

（1）在機(jī)械制圖課程中，用三維虛擬模型替代實(shí)體模型具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是可以建立大量的模型，為學(xué)生在課中和課后作業(yè)中遇到的各種組合體、裝配體建立模型庫(kù);二是SolidWorks軟件可以展示模型的變化過(guò)程，如切割體的切割過(guò)程、相貫線的變化過(guò)程等;三是可以展示不易觀察的細(xì)節(jié)特征，使授課過(guò)程變得更加直觀;四是可以展示零件的裝配關(guān)系和機(jī)器或部件的工作原理。

（2）通過(guò)SolidWorks模型的應(yīng)用，能夠幫助學(xué)生在二維圖形和三維立體之間建立聯(lián)系，培養(yǎng)觀察能力和建立空間想象能力，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提升學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而起到提高學(xué)習(xí)效率的作用。

（3）SolidWorks在教學(xué)中的使用必須結(jié)合PPT和板書(shū)來(lái)講解投影規(guī)律、作圖方法以及總結(jié)讀圖的規(guī)律和要領(lǐng)，促使學(xué)生通過(guò)觀察模型獲得的感性認(rèn)識(shí)向理性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化，達(dá)到理解知識(shí)、加深記憶的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)

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