教學(xué)新模式在機(jī)械制圖課程中的運(yùn)用

摘 要：針對(duì)機(jī)械制圖課程教學(xué)中存在的問題，從課程結(jié)構(gòu)體系、課堂教學(xué)等方面進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，把AutoCAD和SolidWorks 兩門課程的教學(xué)融入到機(jī)械制圖課程的學(xué)習(xí)當(dāng)中，充分利用VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)輔助教學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及教師的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖;教學(xué)新模式

0引言

機(jī)械制圖是一門研究空間幾何問題圖示法和圖解法的技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生在平面上用幾何作圖的方法來解決空間幾何問題的能力，逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和空間構(gòu)思能力，是機(jī)械類學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。

經(jīng)過多年的課程教學(xué)我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的機(jī)械制圖課程教學(xué)存在諸多問題，現(xiàn)行的教學(xué)方式與方法已經(jīng)不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，隨著AutoCAD和SolidWorks 兩門課程的引入與開設(shè)，VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)等一系列新技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械制圖課程的教學(xué)改革也勢(shì)在必行。

1機(jī)械制圖課程教學(xué)中存在的問題

1.1 教學(xué)方法單一，課堂教學(xué)過于抽象化

目前，大多數(shù)的機(jī)械制圖課程教學(xué)都以教師講解PPT或者課本內(nèi)容為主要形式，這種課堂教學(xué)忽視了學(xué)生對(duì)抽象概念的理解。例如教師提出一個(gè)過盈配合的名詞，由于學(xué)生對(duì)機(jī)械專業(yè)剛接觸，只能強(qiáng)行記憶了過盈配合這個(gè)概念，并沒有理解這個(gè)配合方式。這種教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生對(duì)教師所教內(nèi)容遺忘快、難以真正理解。由于現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)校的還停留在糾結(jié)機(jī)械教學(xué)模具的多少，這就無法使學(xué)生直觀地了解構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，更無法了解某種工藝流程在此構(gòu)件加工時(shí)的具體作用。

1.2 教學(xué)內(nèi)容枯燥，難以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

我們常說興趣是最好的老師。若能在學(xué)期一開始就能激發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)械制圖的興趣，讓學(xué)生產(chǎn)生自主學(xué)習(xí)的思想，這在很大程度上能讓機(jī)械制圖的教學(xué)事半功倍。大多數(shù)高校在大一的時(shí)候就開設(shè)了機(jī)械制圖這門課程，但這一階段學(xué)生對(duì)制圖的基本操作以及常用的制圖工藝都缺乏深層次的理解，在這種模式下學(xué)生難以將機(jī)械制圖的整體知識(shí)脈絡(luò)把握清楚，更無法將其應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中去。[1]由于機(jī)械制圖并不像機(jī)械原理那樣具有綜合性，這導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)中會(huì)刻意地避免機(jī)械制圖的使用，這就使得機(jī)械制圖的教學(xué)目的無法達(dá)到[2]。等到四年本科學(xué)習(xí)結(jié)束，學(xué)生對(duì)圖形的表達(dá)能力嚴(yán)重匱乏，其具體表現(xiàn)在難以選擇合理的圖形表達(dá)方式，技術(shù)要求、尺寸公差不知如何標(biāo)注，學(xué)生制圖水平仍處于一個(gè)較低的水平。

1.3 教學(xué)手段單調(diào)，不適應(yīng)現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展

隨著數(shù)字化信息技術(shù)的發(fā)展，AutoCAD 、SolidWorks已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)的各行各業(yè)中。AutoCAD 、SolidWorks和機(jī)械制圖這三門課程都需要很強(qiáng)的動(dòng)手操作能力，這些課程在內(nèi)容上有著密切的關(guān)系，但目前大多數(shù)高校都將彼此分開教學(xué)，這樣不僅使教師的教學(xué)周期拉長，教學(xué)任務(wù)加重，而且會(huì)使這些課程缺乏聯(lián)系，不利于學(xué)生對(duì)制圖知識(shí)的總體把握。而在機(jī)械制圖課程中合理地穿插講解AutoCAD、SolidWorks 軟件，既有利于學(xué)生對(duì)整體知識(shí)框架的搭建，又能有效提高這些課程的教學(xué)效率。

2機(jī)械制圖課程的教學(xué)新模式

2.1課程教學(xué)體系的重新構(gòu)建

從培養(yǎng)“卓越工程師”的目標(biāo)出發(fā)，結(jié)合機(jī)械學(xué)院各個(gè)專業(yè)特點(diǎn)，完成了從二維平面繪圖到三維設(shè)計(jì)的制圖類課程體系的重新構(gòu)建，進(jìn)行了畫法幾何與機(jī)械制圖課程的教學(xué)改革。

在新的課程體系中，由以往機(jī)械制圖教學(xué)的獨(dú)立式教學(xué)模式逐步過渡到了主線式教學(xué)模式，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械制圖、二維CAD、三維CAD三者并重的學(xué)習(xí)一體化教學(xué)體系。我院機(jī)械類專業(yè)設(shè)置了機(jī)械制圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)訓(xùn)練課程。其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程安排在了第一學(xué)期臨近期末并進(jìn)行為期兩周的基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)，包含二維CAD（以AutoCAD為主）及三維CAD（SolidWorks）兩類設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)性學(xué)習(xí);計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)訓(xùn)練則安排在了第三學(xué)期機(jī)械制圖課程教學(xué)完后并進(jìn)行為期兩周的上機(jī)操作學(xué)習(xí)。在新的教學(xué)體系中，突出了以CAD教學(xué)為主線的一體化教學(xué)模式，在開出的機(jī)械制圖課程中逐漸滲透以二維CAD繪圖和三維CAD設(shè)計(jì)的思想理念。面對(duì)現(xiàn)代工程實(shí)際中二維與三維設(shè)計(jì)并存的問題，通過課堂講授和加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制圖、二維繪圖與三維設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合。

2.2教學(xué)方法的改革

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，利用多媒體進(jìn)行輔助教學(xué)已越來越受到廣大師生的青睞。例如教師在講解某個(gè)機(jī)構(gòu)需要用視圖來將其表達(dá)清楚時(shí)，可利用SolidWorks建模來展示該機(jī)構(gòu)的三維圖形或者爆炸視圖，并且可進(jìn)行任意的放大與縮小以及剖切，讓學(xué)生能更形象、直觀地觀察到機(jī)構(gòu)的內(nèi)外結(jié)構(gòu)形狀，不至于讓機(jī)械制圖顯得那么抽象。同時(shí)還可以利用多媒體動(dòng)畫將產(chǎn)品加工的方法展示出來。教師在講解如何畫組合體的三視圖時(shí)，可以結(jié)合AutoCAD邊畫邊進(jìn)行講解，使“長對(duì)正，高平齊，寬相等，前后對(duì)應(yīng)”的原則更容易記憶與理解，使學(xué)生更容易進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握，既學(xué)好了機(jī)械制圖的知識(shí)，也掌握了AutoCAD的部分繪圖技巧，達(dá)到了事半功倍的效果。

通過多媒體教學(xué)模式，可以對(duì)大型模型進(jìn)行有效的拆分展示，清晰地展示構(gòu)件的三維立體圖，以更加真實(shí)的空間立體學(xué)習(xí)方式增強(qiáng)教學(xué)真實(shí)感，增強(qiáng)學(xué)生的記憶效果和對(duì)該課程內(nèi)容的理解。

2.3教學(xué)手段的改革

2.3.1 VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的應(yīng)用

VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)是 Virtual Reality 的簡稱，其通過細(xì)微的傳感器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合創(chuàng)作出一種讓人們沉浸在感官世界的新型人機(jī)交互方法。

在VR 技術(shù)發(fā)展如此迅速的今天，我們可以通過 VR 技術(shù)虛擬呈現(xiàn)機(jī)械制圖的測(cè)繪的整個(gè)過程，讓學(xué)生更加直觀立體的觀察到各個(gè)零件的安裝、拆卸的過程，并可以親身參與到其中，從而使其更加深刻的理解機(jī)械制圖的測(cè)繪環(huán)節(jié)的實(shí)際意義。借助VR 技術(shù)輔助機(jī)械制圖教學(xué)可以讓每一個(gè)學(xué)生能親身感受機(jī)械構(gòu)件加工成形的每一個(gè)過程，這能有效激發(fā)學(xué)生的想象力。借助三維立體空間虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行機(jī)械制圖的教學(xué)，能讓每一個(gè)學(xué)生都感知到機(jī)械制圖的要領(lǐng)，這能增強(qiáng)學(xué)生真實(shí)制圖的體驗(yàn)。因此將VR 技術(shù)融入機(jī)械制圖的教學(xué)過程，有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)以及學(xué)習(xí)興趣的提升，為機(jī)械制圖的改革提供切實(shí)可行的方案和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2.3.2 AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的應(yīng)用

AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)作為最近興起的一項(xiàng)熱門技術(shù)，有著巨大的應(yīng)用潛力。例如學(xué)生在看書或者做作業(yè)看圖時(shí)，難免出現(xiàn)或多或少的問題，利用AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)，通過手機(jī)掃描相應(yīng)的平面圖形可以出現(xiàn)相關(guān)的動(dòng)態(tài)的空間立體，學(xué)生可以對(duì)空間立體有一個(gè)直觀的感覺，甚至可以與空間立體互動(dòng)（放大、縮小、剖切等）來實(shí)現(xiàn)對(duì)空間立體的認(rèn)知與掌握，從而能完成平面圖形三視圖的繪圖。

借助AR 技術(shù)輔助機(jī)械制圖教學(xué)，合理地將其融入機(jī)械制圖的教學(xué)課程中，讓AR 技術(shù)惠及更多的學(xué)生和教師是我們努力的方向。

3機(jī)械制圖課程教學(xué)改革的成效

通過對(duì)機(jī)械制圖課程教學(xué)改革的摸索與探究，取得了一定的成績，教學(xué)效果良好。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）在實(shí)際教學(xué)中的課堂出勤率可以達(dá)到100%，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣。極大的學(xué)習(xí)興趣歷來是促進(jìn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量的內(nèi)動(dòng)力，也是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要標(biāo)志。

（2）與傳統(tǒng)教學(xué)相比，學(xué)生能夠在更短的時(shí)間里掌握機(jī)械制圖、AutoCAD 、SolidWorks等相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)這些課程的學(xué)習(xí)興趣，自主學(xué)習(xí)的積極性有了很大的提高。

（3） 實(shí)現(xiàn)了以學(xué)促賽，以賽促學(xué)的良好環(huán)境。通過在機(jī)械學(xué)院舉辦一年一度的制圖手工、二維CAD及三維CAD比賽，學(xué)生的參與熱情高漲，并由此選拔了一批學(xué)生參加了全省、全國的相關(guān)比賽并多人次的取得了好的成績。

4結(jié)束語

隨著當(dāng)今數(shù)字化多媒體信息的不斷發(fā)展，行業(yè)需求技能的不斷更新，還會(huì)出現(xiàn)新的問題有待我們?nèi)パ芯俊?shí)踐和總結(jié)，由于機(jī)械制圖課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，我們的教學(xué)要始終堅(jiān)持以行業(yè)需求為導(dǎo)向，從行業(yè)對(duì)人才的技能要求出發(fā)，圍繞著提高學(xué)生應(yīng)用繪圖能力和設(shè)計(jì)能力的目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)方案，改進(jìn)教學(xué)方法，培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的機(jī)械專業(yè)技術(shù)人才。

實(shí)踐表明，機(jī)械制圖教學(xué)改革不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且真正提高了學(xué)生的自學(xué)能力及實(shí)際操作能力。當(dāng)然，教學(xué)改革是一個(gè)永無止境的過程，還需要我們不斷地更新教學(xué)理念、拓展教學(xué)思路來提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張志禎. 虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用：追求身心一體的教育—從北京師范大學(xué)“智慧學(xué)習(xí)與VR 教育應(yīng)用學(xué)術(shù)周”說起[J]. 中國遠(yuǎn)程教育，2016（6）：5-15，79.

[2] 劉哲雨，王志軍 . 行為投入影響深度學(xué)習(xí)的實(shí)證探究——以虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）環(huán)境下的視頻學(xué)習(xí)為例[J]. 遠(yuǎn)程教育雜志，2017（1）：72-81.

作者簡介：

第一作者：翟彤，1969年8月，男，漢，湖南省南山人，碩士，武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，副教授，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)，