結(jié)構(gòu)分析法在表達方法教學中的應用

李 卉，劉慧玲

（中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004）

目前制圖課程采用傳統(tǒng)教學模式一般包含三大模塊，即畫法幾何、制圖基礎和專業(yè)繪圖。而制圖基礎屬于全課程承前啟后的關(guān)鍵部分，對培養(yǎng)學生掌握科學思維方法，增強工程意識和創(chuàng)新意識有著重要的作用。其教學內(nèi)容包含三部分，第一部分主要介紹國家標準《機械制圖》基本規(guī)定的相關(guān)內(nèi)容；第二部分屬于制圖課程教學理論，可理解為畫法幾何理論的延伸，從幾何角度出發(fā)將任何復雜的形體稱為組合體，并提出了形體分析法與線面分析法兩種思維分析方法，目的是解剖形體，讓復雜問題簡單化；第三部分重點介紹圖樣畫法的相關(guān)內(nèi)容，屬于國家標準內(nèi)容理解及課程理論應用范疇。因大學一年級的學生嚴重缺乏工程背景知識，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計制造沒有任何感性認識，導致表達方法章節(jié)學習時產(chǎn)生了明顯難度。多年的教學實踐經(jīng)驗表明，在零件與組合體之間建立橋梁，從功能角度出發(fā)，運用結(jié)構(gòu)要素概念，將結(jié)構(gòu)分析法作為一種補充的思維方法納入到制圖教學中，可突破學生對形體結(jié)構(gòu)理解與表達方法綜合應用的瓶頸，達到令人滿意的教學效果。

1 結(jié)構(gòu)分析法應用基礎及特點

1.1 應用基礎

結(jié)構(gòu)分析法作為一種思維方法盡管在制圖教材中未與形體分析法和線面分析法并列提出，但“結(jié)構(gòu)要素”概念已明確存在。見GB/T4458.6-2002《機械制圖》第5.7條，“帶有規(guī)則分布結(jié)構(gòu)要素的回轉(zhuǎn)零件，需要繪制剖視圖時，可以將其結(jié)構(gòu)要素旋轉(zhuǎn)到剖切平面上繪制，見圖19?！盙B/T4459《機械制圖》結(jié)構(gòu)畫法中還明確規(guī)定了常用結(jié)構(gòu)要素表示法，即零件上的螺紋結(jié)構(gòu)、齒輪輪齒結(jié)構(gòu)、花鍵結(jié)構(gòu)、中心孔結(jié)構(gòu)的規(guī)定表示法。

結(jié)構(gòu)分析法在一些國家級規(guī)劃教材中已有初步應用。如東華大學朱輝等編《畫法幾何及工程制圖》（第六版）第8章零件的常用表達方法，華中科技大學等院校編《畫法幾何及機械制圖》（第六版）第十章機件形狀的常用表達方法，大部分例題視圖都有對應的零件名稱，結(jié)構(gòu)形狀分析時用到了一系列結(jié)構(gòu)要素名稱，如“凸臺”、“凸緣”、“U 形槽”、“油孔”、“螺紋孔”、“長圓形孔”、“階梯孔”等，在表達方法綜合舉例中進行結(jié)構(gòu)和視圖分析時應用更顯突出。鐘家麒、鐘曉穎編《工程圖學》（中英雙語）第13章圖樣畫法第101頁內(nèi)容“當剖切面通過由回轉(zhuǎn)面形成的通孔或盲孔的軸線時，該孔的輪廓應完全畫出。”此句話將國家標準中提到的“孔或凹坑”結(jié)構(gòu)要素已清晰明朗化。

1.2 特點

（1）結(jié)構(gòu)功能化。結(jié)構(gòu)分析法主要從機件功能出發(fā)進行結(jié)構(gòu)拆分，整體可拆分為安裝部分結(jié)構(gòu)、支承部分結(jié)構(gòu)、連接部分結(jié)構(gòu)等，局部有安裝孔、支承孔、銷孔、鍵槽等結(jié)構(gòu)要素，逐步引入產(chǎn)品設計制造基礎知識，突破形體分析法的單一思維模式。

（2）名稱形象化。結(jié)構(gòu)分析法將圖形特點與結(jié)構(gòu)功能相結(jié)合來命名結(jié)構(gòu)要素，便于理解記憶。

（3）類型系列化。結(jié)構(gòu)分析法按形狀和作用對結(jié)構(gòu)要素進行分類，達到知識的延伸與記憶的儲存。

（4）畫法規(guī)范化。結(jié)構(gòu)分析法將典型結(jié)構(gòu)要素畫法融入教學實例中，通過不斷的應用讓學生達到非常熟練的程度，變成記憶中的圖形符號。

2 結(jié)構(gòu)分析法引入制圖教學中的必要性

（1）1+1思維模式的局限性。在制圖課程教學中對于視圖、剖視圖、斷面圖解題的基本方法常規(guī)是以形體分析法為主，線面分析法為輔，分析物體內(nèi)外結(jié)構(gòu)形狀及其各組成部分的相對位置，選用適當?shù)谋磉_方法。學生在分析物體內(nèi)外結(jié)構(gòu)形狀時，因?qū)ΤＲ娊Y(jié)構(gòu)要素記憶不清晰，投影不明確，在采用剖視圖時常出現(xiàn)剖切面選擇不當、對相同結(jié)構(gòu)要素重復表達或出現(xiàn)不完整結(jié)構(gòu)要素等。

（2）2+1思維模式的優(yōu)越性。在學習常用表達方法章節(jié)時學生已基本具備一定的畫圖和看圖能力，形體分析法和線面分析法已成為學生看圖的基本思維方法，如果教學中再融入結(jié)構(gòu)分析法，將物體上各種結(jié)構(gòu)要素進行功能化、形象化、系列化、規(guī)范化處理，從而逐步滲透到制圖教學活動中，并加以相應的構(gòu)形訓練，將結(jié)構(gòu)表達提升到結(jié)構(gòu)設計、理解與應用的高度。這樣不但可增強學生對結(jié)構(gòu)形狀的感知力、記憶力以及分析能力，更重要的是將明顯提高學生對表達方法的綜合應用能力，為零件圖的學習奠定堅實基礎。

3 結(jié)構(gòu)分析法在制圖課程教學中的實踐

在表達方法教學過程中，引入結(jié)構(gòu)分析法，主要是從組合體結(jié)構(gòu)功能理解出發(fā)，將形體分析法分解后的基本形體按功能命名，如“底板”、“安裝板”、“連接板”、“肋板”、“法蘭盤”等，并引入“零件或機件”的概念。對于機件內(nèi)部結(jié)構(gòu)即空腔結(jié)構(gòu)，強調(diào)“結(jié)構(gòu)要素”類型及名稱，比如孔按形狀分有“圓柱孔”、“圓錐孔”、“通孔”、“盲孔”、“階梯孔”，按作用分有“支承孔”、“安裝孔”、“沉孔”、“螺紋孔”、“銷孔”、“油孔”等；槽按形狀分有“直槽”、“U 形槽”、“長圓形槽”、“弧形槽”，按作用分有“活動槽”、“鍵槽”等。

教師在課堂講解剖視圖的種類和剖切面的種類時，針對給出的已知視圖，先引導學生應用形體分析法分析整體即外部結(jié)構(gòu)，弄清其基本體構(gòu)成數(shù)量、形狀與相對位置，并按各組成部分功能命名理解；再利用結(jié)構(gòu)分析法重點分析機件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，弄清其內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)要素的數(shù)量、位置、形狀及常規(guī)功能。這種由整體到局部由實到虛由外到里的分析思路完全吻合畫圖與看圖的步驟，機件到底屬于外形簡單、內(nèi)部復雜的物體還是內(nèi)外形均復雜且結(jié)構(gòu)基本對稱或內(nèi)外形均復雜且結(jié)構(gòu)不對稱，另外剖切面到底需要采用單一剖切還是階梯剖切或旋轉(zhuǎn)剖切，應用情況一目了然。這樣學生對教材上“結(jié)構(gòu)要素”概念理解也變得十分具體而清晰。

表達方法章節(jié)學習的過程實際是不同類型機件表達方案優(yōu)化的過程。學生通過不斷地看圖，應用各種視圖、剖視圖、斷面圖及簡化畫法來表達機件形狀，對常見結(jié)構(gòu)形狀及表達已產(chǎn)生一定的記憶，此時通過適時地布置一些簡單的結(jié)構(gòu)改型練習或布置已知條件下典型結(jié)構(gòu)重組構(gòu)型練習，對知識的鞏固大有益處。

4 結(jié)構(gòu)分析法應用于表達方法教學應注意的問題

（1）結(jié)構(gòu)要素類型歸納。因一般教材上對于組合體視圖與機件表達方法兩章節(jié)舉例圖形都附有立體圖，教師可在機件表達方法章節(jié)學習前布置預習作業(yè)，要求學生根據(jù)教材上兩章節(jié)所有圖形進行結(jié)構(gòu)要素羅列整理，然后由教師總結(jié)歸納。這是一個對教材知識內(nèi)容的梳理和連貫的過程，十分必要。

（2）視圖對稱與結(jié)構(gòu)對稱比較。到底什么情況下采用全剖視圖、半剖視圖或局部剖視圖，學生學習時常常難以把握。對于半剖視圖的應用需重點強調(diào)，只有具有對稱平面的機件才可選用半剖視圖，不能盲目地在對稱的視圖上作半剖。課堂上需提醒學生仔細分析機件內(nèi)外結(jié)構(gòu)，因為視圖對稱并不等于機件結(jié)構(gòu)一定對稱。

（3）相同結(jié)構(gòu)要素與不完整結(jié)構(gòu)要素處理。不同剖切面種類的應用，目的是在各種剖視圖上清晰簡單地獲得不同位置不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)要素的投影，應避免相同結(jié)構(gòu)要素的重復表達和不完整要素的出現(xiàn)。同時應對一種特殊情況進行說明，即當剖切后產(chǎn)生不完整要素時，應將此部分按不剖繪制。

（4）結(jié)構(gòu)要素應用比較。結(jié)合實際對同類結(jié)構(gòu)要素的應用從功能到投影進行比較，比如將安裝板上的四個圓孔改成兩個“U”形槽，將機件主體支承孔由通孔改成階梯孔，或?qū)⑼赘某擅た?，圓柱孔改成圓錐孔等。通過各種應用比較將結(jié)構(gòu)投影分析上升到結(jié)構(gòu)設計高度，激發(fā)學生的學習興趣。

5 結(jié)語

制圖課程屬于高校理工科學生一門必修的技術(shù)基礎課程，重點強調(diào)的是能力的培養(yǎng)，科學思維方法的訓練，如何讓學生達到能畫圖、看圖、更能空間構(gòu)圖，從有形到無形的能力提升，是教師與學生的共同愿望和課程學習的最高境界。多年的制圖教學經(jīng)驗總結(jié)，只有突破學生因缺乏工程背景知識而產(chǎn)生的學習心里障礙，將結(jié)構(gòu)形體表達提升到結(jié)構(gòu)設計的高度來激發(fā)學生的學習興趣，不但可解決課程的重點和難點，更重要的是可讓學生持續(xù)的獲得成就感。在機件常用表達方法章節(jié)學習時采用“2+1”思維模式進行教學，既是必要的也是可行的。

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