基于三維CAD平臺的機械制圖課程改革探索

高　巍

機械制圖是機械行業(yè)的通用語言。每一名職校機械專業(yè)的學生,都必須掌握使用這門語言進行讀圖、繪圖、空間想象和形體表達的實際技能?；谏鐣β毿Ｅ囵B(yǎng)高素質(zhì)勞動者和應用型人才的要求,如何在現(xiàn)有條件的基礎上探索出一條新的制圖教學道路,以解決學生嚴重缺乏三維空間想象能力的實際問題,培養(yǎng)其對機械圖樣的理解能力,提高其學習興趣,已成為職校機械課程教學改革中的重要課題。

在繼承中謀求創(chuàng)新,在創(chuàng)新中獲得發(fā)展。這是課程改革建設的共同特點與規(guī)律。隨著現(xiàn)代計算機技術的飛速發(fā)展,計算機輔助設計技術(CAD技術)也已成為現(xiàn)代工程圖學的重要組成模塊。在內(nèi)容上,傳統(tǒng)的機械制圖完成了與全新的計算機圖形學的融合;在教學方式和手段上,先進的計算機多媒體與網(wǎng)絡技術給予機械制圖教學全新的方式。職業(yè)院校也敏銳地覺察到了CAD技術對機械制圖課程教學改革的重要作用,并進行了積極探索。無錫立信職教中心校在研究機械工程圖學發(fā)展趨勢的基礎上,對機械制圖課程的內(nèi)涵和外延、課程定位、教學體系、教學內(nèi)容、教學手段、考試方式、教學質(zhì)量評價體系等方面,進行了創(chuàng)新研究與大膽的改革實踐,構(gòu)建了基于三維CAD平臺的全新制圖課程教學模式,使課程有利于學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng),且具有廣泛性、交叉性和時代特征。

基于三維CAD平臺的制圖教學環(huán)境的創(chuàng)建

根據(jù)實際條件和教學要求,創(chuàng)建先進的三維CAD制圖教學環(huán)境是本項教學改革的前提。

合理選用三維CAD軟件在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中,三維CAD軟件應用廣泛,種類繁多。常見的三維CAD軟件如Pro/Engineer、UG、Catia、Solidworks等,都具有強大的三維建模功能。這種基于參數(shù)化設計的三維數(shù)字模型有助于改變傳統(tǒng)的實物模型教學模式,不僅節(jié)省了購置模型的成本,而且大大提高了教學效率。直觀、方便是利用這一平臺教學的最大優(yōu)勢。職業(yè)學校在教學過程中應根據(jù)本地區(qū)企業(yè)的實際情況和學校預算對軟件進行合理選用。

構(gòu)建校園多媒體環(huán)境下的三維模型庫《機械制圖》作為機械類的重要基礎課,需要使用大量的教學模型,以增加學生的感性認識,最終達到培養(yǎng)空間思維能力的目的。傳統(tǒng)的教學模型制作成本高,易損壞,不易攜帶,且不能修改,很難滿足現(xiàn)代制圖教學需要。而選擇應用三維CAD軟件,結(jié)合計算機多媒體技術創(chuàng)建學校的三維模型庫,可以有效解決上述問題。隨著職業(yè)學校硬件條件的發(fā)展,多媒體教室、機房、校園網(wǎng)已經(jīng)具備了支撐三維模型庫的實際能力。師生可以隨時利用校內(nèi)任意一臺連網(wǎng)計算機下載相應的三維數(shù)字模型,從而優(yōu)化教育資源,提高教學效率,最大限度激發(fā)學生的學習興趣,并為后續(xù)課程的開展奠定堅實的資源基礎。

基于三維CAD平臺的制圖教學內(nèi)容及實施思路

(一)教學內(nèi)容的合理調(diào)整

現(xiàn)代制造技術已經(jīng)從以往的計算、繪圖和制造發(fā)展為當今的三維建模、虛擬制造、智能設計及CAD/CAE/CAM集成階段。三維參數(shù)化設計軟件作為當今最先進的CAD軟件,在發(fā)達國家與工程設計有關的各個領域中得到廣泛應用,如波音公司就在其新一代777客機生產(chǎn)中實現(xiàn)了“無圖紙設計”。在這種趨勢下,職校制圖課程教學內(nèi)容的調(diào)整迫在眉睫。

弱化畫法幾何部分的訓練以往制圖教學內(nèi)容中畫法幾何部分應予以較大幅度的刪減。如橢圓的畫法、正多邊形的畫法、軸測圖畫法等內(nèi)容,不應再作為手工繪圖的重點進行訓練。教師在講解知識原理以后,應立即引導學生使用先進的三維CAD手段完成圖樣。根據(jù)職校學生的培養(yǎng)目標,盡力安排后續(xù)的課程設計使用三維CAD平臺完成,以實現(xiàn)畢業(yè)生與企業(yè)員工在能力上的無縫對接。

調(diào)整傳統(tǒng)的先投影、后三維的教學順序傳統(tǒng)制圖教學從投影法開始引入三視圖畫法,再到反向三維想象能力的培養(yǎng)。這樣的順序?qū)Ξ斍奥毿W生自我學習能力較差、空間概念淡薄的現(xiàn)狀已顯得力不從心。三維CAD軟件提供了從三維到投影的全新解決方案。教師可以首先從組合體部分講解,培養(yǎng)學生用三維空間考慮問題的能力,而后引入三維模型,過渡到投影視圖教學。

確立組合體視圖識讀為次重點,零件圖識讀為重點這兩者中,前者是入門知識,著重培養(yǎng)空間想象能力,后者是學生必須掌握的知識,與后續(xù)課程及就業(yè)需求息息相關。組合體識讀是機械制圖課程的教學難點。以往,由于模型數(shù)量不多,種類匱乏,學生想象力得不到開發(fā)?，F(xiàn)在,依靠三維CAD平臺,建立完備的模型庫,課上教師直觀展示疊加、切割等各種組合方法,讓學生接觸到三維模型投影成三視圖的全過程,過去教學中的問題迎刃而解。學生的空間想象能力得到了實質(zhì)性的提高,而該部分的教學課時也得以大幅縮減。在零件圖識讀模塊教學過程中,也可以利用三維模型直觀展示,如倒角、圓角、鍵槽、孔等各類工程特征,利用軟件的參數(shù)化特性講解結(jié)構(gòu)特點,從而培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng),為后續(xù)機械設計等課程的開展奠定基礎。裝配圖講解也可以利用三維CAD軟件的裝配模塊完成,通過讓學生直接觀察零件——裝配——零件圖——裝配圖的整個過程,降低裝配圖識讀入門的難度。

(二)教學思路的革新

始終堅持直觀性原則在教學過程中利用軟件特征堆疊的特性,讓學生看清組合體、零件的特征結(jié)構(gòu),了解機械圖樣中抽象圖符的含義,直觀清晰地理順二維圖樣與三維模型之間的對應關系。

充分利用三維CAD軟件的工程圖模塊三維CAD軟件能夠?qū)α慵苯舆M行投影形成三視圖?？梢岳眠@一功能引導學生,培養(yǎng)他們從二維到三維、再從三維到二維的思維轉(zhuǎn)換能力。教學實踐證明,學生的讀圖能力得到了顯著提高。

合理分配學生觀察與動手實踐的時間比例制圖教學歸根到底應以學生動手實踐為主。三維CAD軟件的出現(xiàn)雖然給教學帶來了新思路,但是不應動搖學生的學習主體地位。軟件演示雖然能給學生較強的刺激,激發(fā)他們的學習興趣,但長時間的興奮過后不可避免會帶來思維疲憊。實踐證明,在課堂45分鐘里,軟件演示時間應控制在25分鐘以內(nèi),剩余時間合理安排學生動手實踐。

注重先進教學手段與傳統(tǒng)教學方法的結(jié)合在多媒體教學環(huán)境下,教師往往忽視板書、提問等傳統(tǒng)教學手段。學生在形式豐富的多媒體環(huán)境中,往往容易被五光十色的表象所吸引,而忽略了筆記、思考等環(huán)節(jié)。教師在教學過程中應注意將多媒體手段和傳統(tǒng)教學手段相結(jié)合,引導學生充分利用課堂時間,以追求最佳的教學效果。

基于三維CAD平臺的制圖課程評價體系的革新

《機械制圖》課程是一門實踐性很強的技術基礎課,既有理論講授又有繪圖實踐。因此,單純的考試不能全面衡量學生的學習情況,應該在注重學習過程控制的基礎上,采用合理的考核方式,綜合客觀地評價學生的學習質(zhì)量。

全面評價促使學生的工程素質(zhì)全面發(fā)展。三維CAD技術引入制圖教學之后,考核應去除幾何繪圖部分內(nèi)容,降低組合體部分的分值比例,偏重對零件圖、裝配圖和平時作業(yè)的考核。

開放式考查培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神,在考核中允許學生利用三維CAD平臺,在教師允許的范圍內(nèi)針對某一課題進行創(chuàng)造性發(fā)揮,在得到相應的指導、完成課題后考查其創(chuàng)新指數(shù),予以合理評價。

實踐性考查考查中應注重學生實踐能力的培養(yǎng)。選取考核項目時,盡量選取企業(yè)工程實例或教師開發(fā)的產(chǎn)品,有條件的讓學生在完成課題過程中真正到企業(yè)一線去參與實踐操作。

分層次考查不搞一卷制評價,在三維模型庫的支撐下,有重點地合理分配考核項目,培養(yǎng)學生的強項,補足學生的短處,充分激發(fā)學生的學習興趣。

三維CAD技術的廣泛應用對職校制圖課程改革而言,既是一個機遇,又是一個挑戰(zhàn)。如何充分利用先進技術,同時融入成熟的教育理念,構(gòu)建一個全新的機械制圖課程教學模式,已成為當今職校課程改革需要解決的重要問題。

參考文獻:

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作者簡介:

高巍(1981—),男,無錫立信職教中心校助理講師,全國CAD應用培訓網(wǎng)絡講師,國家制造業(yè)信息化三維CAD項目認證培訓講師,研究方向為機械制圖、CAD/CAM專業(yè)教學。