機(jī)械制圖教學(xué)模庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

于曉丹

機(jī)械制圖教學(xué)模庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

于曉丹

(遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是當(dāng)今一門新興授課方式，可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。本文針對(duì)實(shí)物模型在教學(xué)中存在的缺點(diǎn),提出了將虛擬現(xiàn)實(shí)建模與三維設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合,制作用于輔助教學(xué)的虛擬模型的方法。首先,利用SolidWorks軟件進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì),將文件保存為指定格式文件；然后，對(duì)文件進(jìn)行編輯修改,得到所需要的效果；最后，用不同的方法來(lái)繪制交線，把二維繪圖和三維立體模型聯(lián)系起來(lái),得到一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)。這樣，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中構(gòu)建的一些機(jī)械制圖課程教學(xué)系統(tǒng)以及各系統(tǒng)的應(yīng)用方式，在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果。

機(jī)械制圖；網(wǎng)絡(luò)；模型庫(kù)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)授課的教學(xué)方式尤為重要。開(kāi)展基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計(jì)，使教師與學(xué)生之間突破地理位置的限制，達(dá)到信息共享與交流。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)各高校在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用情況和存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新型的教學(xué)模式，即對(duì)機(jī)械制圖網(wǎng)絡(luò)教學(xué)構(gòu)建多種模庫(kù)，便于教師和學(xué)生靈活運(yùn)用，有助于提高學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)的興趣和擴(kuò)充知識(shí)面，并能提高教師的教學(xué)質(zhì)量。

一、在網(wǎng)上建立多種模庫(kù)

模型庫(kù)中包括立體模型庫(kù)、制圖綜合訓(xùn)練模型庫(kù)、實(shí)物模型庫(kù)。學(xué)生進(jìn)入模型庫(kù)后，查找自己需要了解和加深的內(nèi)容。

（一）立體模型庫(kù)

立體模型是用SolidWorks軟件進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，通過(guò)eDrawings界面，對(duì)三維立體動(dòng)畫演示。可以將模型翻轉(zhuǎn)、放大、平移、剖切、自動(dòng)播放等操作，能形象直觀地看到立體內(nèi)、外各部分結(jié)構(gòu)[1]。

針對(duì)不同的機(jī)械圖樣，配有不同的電子模型。如圖1所示，由主視圖和俯視圖，補(bǔ)畫左視圖。由于學(xué)生空間想象力弱，很難想象出組合體的空間形狀，即使想到空間形狀，補(bǔ)畫左視圖也容易出錯(cuò)。此組合體涉及到立體與立體相交的截交線和相貫線，求交線部分是機(jī)械制圖的難點(diǎn)。借用模型，就有事半功倍的效果。圖2（a）圓柱體前、后面都開(kāi)通孔，中間又有圓柱孔，只有把組合體模型剖開(kāi)，如圖2（b）所示，再旋轉(zhuǎn)到指定方位，才能看出整個(gè)交線的形狀。利用講過(guò)的作圖方法，準(zhǔn)確畫出左視圖[2]178。

圖1 組合體三視圖

圖2 組合體模型

（二）制圖綜合訓(xùn)練模型庫(kù)

在制圖綜合訓(xùn)練過(guò)程中，需要畫裝配圖或者由裝配圖拆畫零件圖。在模型庫(kù)中，有多種模擬的機(jī)器或部件，常見(jiàn)的有減速箱、千斤頂、回油閥、機(jī)油泵、銑刀頭等，最難的部件是減速箱，如圖3（a）所示。學(xué)生首先要了解組成減速箱各零件的結(jié)構(gòu)形狀，各件之間的裝配關(guān)系和工作原理，才能繪制裝配圖。在模型庫(kù)的eDrawings界面中，該件有手動(dòng)和自動(dòng)播放的拆卸、安裝及工作三部分的動(dòng)畫。如圖3（b）是減速器的分解拆卸截屏圖，由圖中可知各零件的結(jié)構(gòu)形狀和裝配關(guān)系。

圖3 減速箱

（三）實(shí)物模型庫(kù)

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和增加感性認(rèn)識(shí)，在實(shí)物模型庫(kù)中，用金屬加工出許多學(xué)生看得見(jiàn)摸得著的實(shí)物模型，把各種模型分成平面立體、曲面立體、組合體等，再把這些模型按照不同分類，發(fā)放到學(xué)生手中。

如圖4（b）所示，學(xué)生拿到模型以后，非常開(kāi)心，很認(rèn)真地在觀看研究，該件是四棱錐，被正垂面截切，畫出截交線。根據(jù)理論課學(xué)到的知識(shí)，先畫截平面與四棱錐各棱線的交點(diǎn)，即截交線上特殊點(diǎn)的投影，再把各點(diǎn)的同面投影連線，圖4（a）所示，即為截交線的投影[2]180。

圖4 立體截交線

通過(guò)對(duì)照實(shí)物模型繪圖，形象直觀。學(xué)生們可以開(kāi)動(dòng)腦筋，選用不同的方法來(lái)繪制交線，把二維圖形和三維立體模型聯(lián)系起來(lái)，促使他們的空間想象力和繪圖能力得到迅速提高。

二、建立網(wǎng)上習(xí)題解答系統(tǒng)

在習(xí)題解答系統(tǒng)中，包含各章節(jié)全部習(xí)題內(nèi)容，機(jī)械制圖主要的知識(shí)點(diǎn)有：點(diǎn)、線、面→立體→組合體→軸側(cè)投影圖→機(jī)件常用的表達(dá)方法→零件圖→標(biāo)準(zhǔn)件及常用件→裝配圖。在解答系統(tǒng)中，每道題都是用動(dòng)畫演示作圖過(guò)程，繪圖線條緩慢出現(xiàn)或者消隱，每一部分都詳細(xì)講解作圖方法，同時(shí)顯示該立體的空間形狀。

圖5是一個(gè)三棱錐被一個(gè)正垂面和一個(gè)水平面同時(shí)截切，其水平投影和側(cè)面投影圖。多個(gè)平面截立體是難點(diǎn)，學(xué)生容易混淆求點(diǎn)和畫線丟失。解答庫(kù)中的解題過(guò)程，其線條都是各自獨(dú)立的，模仿黑板教學(xué)方式，類似粉筆繪圖的走向畫圖，保證各投影之間長(zhǎng)對(duì)正、高平齊、寬相等的關(guān)系，每條線和每個(gè)點(diǎn)都加以標(biāo)注[3]，讓學(xué)生思路清晰。

學(xué)生對(duì)類似問(wèn)題有了明確的了解，自然就能掌握繪圖要領(lǐng)了。

圖5 三棱錐被兩個(gè)平面截切

三、建立網(wǎng)上作業(yè)系統(tǒng)

作業(yè)系統(tǒng)包括發(fā)放作業(yè)和批改作業(yè)兩部分。發(fā)放作業(yè)包括發(fā)送對(duì)象、發(fā)送有效時(shí)間段、及格標(biāo)準(zhǔn)、允許學(xué)生對(duì)作業(yè)的修改次數(shù)、是否允許學(xué)生查看作業(yè)得分、是否允許學(xué)生貼圖答案等諸多內(nèi)容。學(xué)生做完作業(yè)以后可以隨時(shí)提交，教師根據(jù)學(xué)生提交的作業(yè)進(jìn)行查看，打開(kāi)批閱部分，就能看到學(xué)生所畫的作業(yè)圖了。在圖上手動(dòng)批改，添加評(píng)語(yǔ)，給出成績(jī)，然后提交。學(xué)生能及時(shí)得到信息，查看反饋的作業(yè)。如果學(xué)生作業(yè)問(wèn)題太多，可以選擇打回重做，讓學(xué)生重新做一次。如此方便快捷，不用教師在作業(yè)本上批改作業(yè)，提高了閱圖效率。學(xué)生也可以方便地看到自己作業(yè)存在的問(wèn)題，及時(shí)修改，學(xué)習(xí)積極性普遍提高。

四、建立網(wǎng)上討論答疑系統(tǒng)

在討論答疑系統(tǒng)中，教師可以提前布置要預(yù)習(xí)的內(nèi)容，講解部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)。學(xué)生也可以提出問(wèn)題，針對(duì)教材或作業(yè)中存在的不明白的地方，可以網(wǎng)上溝通。有的學(xué)生是文字提出問(wèn)題，有的是上傳圖形提出問(wèn)題。無(wú)論哪種形式，教師都可以實(shí)時(shí)解答，進(jìn)入一種良性循環(huán)，使學(xué)生熱愛(ài)機(jī)械制圖這門課程，而不是有抵觸情緒地被動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)生之間可以相互交流，有效地提高了他們分析和解決問(wèn)題的能力。

五、建立網(wǎng)上考試閱卷系統(tǒng)

考試閱卷系統(tǒng)分兩部分：一部分是學(xué)生畫圖考試；另一部分是選擇填空考試。

針對(duì)畫圖部分，教師先上傳原圖，圖中尺寸標(biāo)注要清晰合理，如圖6（a）所示。學(xué)生按照給定的尺寸，在保證機(jī)械制圖投影規(guī)律的前提下，完成答案圖形。教師在閱卷界面，可以設(shè)置“僅顯示主觀題”（畫圖題），或者“顯示全部題目”（畫圖題和選擇填空題）。在顯示考題的同時(shí)，可以“隱藏題干”，即只顯示學(xué)生畫圖答案，而不顯示原題；或者“不隱藏題干”，原題和答案同時(shí)顯示。教師在閱卷界面，可以根據(jù)顯示的答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，如圖6（b）所示，批閱試卷。

對(duì)于試卷中選擇填空部分，教師也是先把原題和答案上傳網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)批閱功能。學(xué)生根據(jù)每道題的內(nèi)容，進(jìn)行填空。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生填空內(nèi)容，對(duì)照答案，自動(dòng)判對(duì)錯(cuò)，自動(dòng)出成績(jī)。

圖6 (a) 題圖

圖6 (b) 答案

以上兩部分完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示每位學(xué)生領(lǐng)取試卷時(shí)間和提交時(shí)間。因?yàn)檫@一切是網(wǎng)絡(luò)操作，如果想留備案，系統(tǒng)設(shè)有導(dǎo)出成績(jī)選項(xiàng)，可以快速地把學(xué)生成績(jī)導(dǎo)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)授課和管理。這是一種新式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，正在冉冉升起。

六、結(jié)論

基于機(jī)械制圖教學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用，加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中，都是以學(xué)生為主體，學(xué)生可以進(jìn)入不同的系統(tǒng)中，先加深感性認(rèn)識(shí)，再進(jìn)入作業(yè)系統(tǒng)，上升到理性階段。學(xué)生通過(guò)大量繪圖和讀圖的訓(xùn)練，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身不足，提升自身制圖能力。在機(jī)械制圖課程的學(xué)習(xí)中，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)起到非常重要的作用，同時(shí)也取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生成績(jī)比以前有明顯的提高，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，并可以為將來(lái)踏入社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。

[1] 田東. SolidWorks2005三維機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 第1版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006: 192-198.

[2] 朱輝. 曹桄. 畫法幾何及工程制圖[M]. 第4版. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2009: 178-181.

[3] 曾紅. 畫法幾何及機(jī)械制圖學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M]. 第1版. 沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社, 2007: 99-120.

10.15916/j.issn1674-327x.2022.03.030

G642.1：TH 126.1

B

1674-327X (2022)03-0121-03

2021-09-07

于曉丹(1963-)，女，遼寧丹東人，副教授。

(責(zé)任編輯：付春玲)