機(jī)械制圖課程教學(xué)方法優(yōu)化及創(chuàng)新的探討

左永強(qiáng) 周思柱 杜鐮 王瓊

［摘要］本文探討了機(jī)械制圖課程傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中存在的弊端，并旨在探討高校機(jī)械制圖課程可以優(yōu)化和創(chuàng)新的方面，主要包括與高等數(shù)學(xué)空間解析幾何結(jié)合教學(xué)，與CAD技術(shù)結(jié)合教學(xué)，與最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合教學(xué)。其中將機(jī)械制圖與高等數(shù)學(xué)結(jié)合教學(xué)為國(guó)內(nèi)首次提出。

［關(guān)鍵詞］機(jī)械制圖空間解析幾何國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

［中圖分類號(hào)］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］2095-3437（2014）10-0079-02工程圖樣長(zhǎng)久以來(lái)一直被稱為“工程界的技術(shù)語(yǔ)言”，在實(shí)際生產(chǎn)中隨處可見(jiàn)其應(yīng)用。除機(jī)械專業(yè)外，土木、建筑、電力、化工等非機(jī)械工科專業(yè)也應(yīng)用甚廣。它通過(guò)直觀的圖形和詳細(xì)的數(shù)據(jù)表達(dá)了設(shè)計(jì)者的意圖，是實(shí)際制造或生產(chǎn)的主要指導(dǎo)和依據(jù)，并且也是優(yōu)化設(shè)計(jì)、維修保養(yǎng)、事故追責(zé)等的重要資料。機(jī)械制圖作為技術(shù)制圖的一種，以機(jī)械樣圖為主要教學(xué)內(nèi)容，是每個(gè)技術(shù)人員必須掌握的基本功。本文就實(shí)際傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中教學(xué)形式單一枯燥，理論實(shí)際結(jié)合少，學(xué)生空間想象力培養(yǎng)過(guò)程緩慢，不能因材施教，學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)薄弱等弊端相繼提出了一些創(chuàng)新和優(yōu)化的教學(xué)方法。

一、傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)弊端

（一）教學(xué)形式單一枯燥

現(xiàn)階段傳統(tǒng)機(jī)械制圖課主要以老師課堂理論講解，學(xué)生聽(tīng)課和老師布置作業(yè)，學(xué)生課堂或課后完成作業(yè)為主要內(nèi)容，這種單一的形式讓學(xué)生容易產(chǎn)生一種為學(xué)分而學(xué)習(xí)的不良傾向，而背離了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)以致用的目標(biāo)。學(xué)習(xí)重要的是培養(yǎng)興趣，就學(xué)生反映這種教學(xué)形式并不是最佳良方。

（二） 理論與實(shí)際結(jié)合不夠

本課程本該是理論與實(shí)際結(jié)合緊密的課程，這樣才能達(dá)到學(xué)習(xí)的最佳效果。例如在畫各種標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)學(xué)生是單方面被動(dòng)灌輸標(biāo)準(zhǔn)件畫法，而可能直到課程結(jié)束都沒(méi)見(jiàn)過(guò)實(shí)物，缺乏感性認(rèn)識(shí)。另外，部分高校機(jī)械制圖課程教材的標(biāo)準(zhǔn)不是國(guó)家最新制圖標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)陳舊不適用，企業(yè)方面也存在企業(yè)內(nèi)制圖標(biāo)準(zhǔn)（尤其體現(xiàn)在標(biāo)題欄和明細(xì)表）和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不接軌等現(xiàn)象。作為機(jī)械學(xué)生，標(biāo)準(zhǔn)二字應(yīng)該牢記心中，并要因地制宜，靈活運(yùn)用，制圖最終的目的是要清晰、規(guī)范、美觀地表達(dá)工程意圖，服務(wù)于工程實(shí)際。

（三） 空間想象能力培養(yǎng)效率低

機(jī)械制圖學(xué)習(xí)最關(guān)鍵的是學(xué)生空間想象能力的培養(yǎng)，現(xiàn)階段主要依靠講理論課和作業(yè)、考試方式來(lái)培養(yǎng)。在教學(xué)過(guò)程中許多問(wèn)題和復(fù)雜圖線是難以用語(yǔ)言表述原因的。例如對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，相切、虛線、相貫線等問(wèn)題很令學(xué)生頭疼，常常會(huì)出錯(cuò)。這些重要概念要能夠深入學(xué)生腦海，必須要有一段時(shí)間的手動(dòng)練習(xí)和多加思考，直到空間想象能力到達(dá)一定程度后才能運(yùn)用自如。

二、機(jī)械制圖與高數(shù)空間解析幾何結(jié)合教學(xué)

工程圖樣最基本的圖形元素?zé)o非點(diǎn)、線、面、體。而對(duì)于工程實(shí)際所遇到的問(wèn)題中，這些元素基本都可以用空間解析幾何知識(shí)來(lái)描述。但事實(shí)上，許多高校學(xué)生在學(xué)習(xí)完高數(shù)這部分知識(shí)后就放下不管，學(xué)習(xí)機(jī)械制圖這門課時(shí)根本不會(huì)將兩者結(jié)合。另一方面，高校制圖老師多數(shù)對(duì)高數(shù)知識(shí)不熟悉或者忘記，只是單純具有較強(qiáng)制圖能力，授課時(shí)也基本不提及空間解析幾何的知識(shí)。下面以制圖中十分常見(jiàn)的相貫線來(lái)說(shuō)明兩者結(jié)合的妙用。假設(shè)一圓筒A半徑為a，另一圓筒B半徑為b，兩者軸線垂直相交。以相交空間中心為原點(diǎn)建立如圖空間直角坐標(biāo)系：由高數(shù)知識(shí)知圓筒A的曲面方程為：

x2+z2=a2………（1）

圓筒B的曲面方程為：

x2+y2=b2……（2）

求兩曲面的相貫線只需將（1）（2）聯(lián)立：

x2+z2=a2x2+y2=b2……（3）

即為相貫線空間幾何解析表達(dá)式。

在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生最難理解的是如圖中主視圖相貫線畫法，其實(shí)主視圖即為空間曲線在YZ平面的投影,根據(jù)解析幾何知識(shí)得到投影曲線方程為：

z2-y2=a2-b2x=0……（4）

當(dāng)a≠b時(shí)，可知相貫線投影即為雙曲線，化成標(biāo)準(zhǔn)方程：

■-■=1x=0……（5）

可知當(dāng)a＜b雙曲線頂點(diǎn)坐標(biāo)為（0，■，0）；當(dāng)a＞b時(shí)雙曲線頂點(diǎn)坐標(biāo)為（0，0，（a2-b2）），通常制圖過(guò)程中頂點(diǎn)通過(guò)俯視圖和左視圖來(lái)確定。

當(dāng)a=b時(shí)，方程（4）退化為：

z2-y2=0x=0……（6）

進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

z±y=0x=0……（7）

可知即為兩條在YZ平面的垂直相交的象限平分直線。

通過(guò)利用高數(shù)解析幾何基礎(chǔ)知識(shí)從理論上說(shuō)明了相貫線的形狀及重要位置參數(shù)的確定。對(duì)于學(xué)習(xí)過(guò)這部分高數(shù)知識(shí)的學(xué)生兩者結(jié)合學(xué)習(xí)將理解更深刻透徹，運(yùn)用更靈活。目前至少可以在兩個(gè)方面進(jìn)行一定的改進(jìn)：1.在制圖教材上使用融合簡(jiǎn)單解析幾何知識(shí)，從理論和時(shí)間兩個(gè)方面讓學(xué)生真正掌握制圖;2.高校在招聘教師時(shí)盡量選擇綜合型人才，除熟練掌握手工及計(jì)算機(jī)制圖理論外，基本的高數(shù)知識(shí)也是必要的。

■

圖 1兩圓筒面正交相貫線

三、機(jī)械制圖與CAD技術(shù)結(jié)合教學(xué)

CAD技術(shù)是緊密伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，通過(guò)計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)大量減輕工作人員腦力及體力消耗，同時(shí)提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。國(guó)內(nèi)現(xiàn)今的制造行業(yè)流行CAD軟件主要有AutoCAD，Solidworks，PROE，UG，CATIA等，為了適應(yīng)時(shí)代趨勢(shì)，將機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)制圖結(jié)合教學(xué)應(yīng)該在全國(guó)高校廣泛實(shí)行。機(jī)械專業(yè)學(xué)生機(jī)械制圖課程可以設(shè)置為三個(gè)類型的內(nèi)容:理論教學(xué)，手工制圖，計(jì)算機(jī)繪圖。大部分學(xué)校都要求理論教學(xué)和手工制圖，并且已實(shí)施多年，但計(jì)算機(jī)繪圖課時(shí)與要求不盡相同。

結(jié)合以上實(shí)際情況和未來(lái)趨勢(shì)，建議在以下方面進(jìn)行改進(jìn)：1.在理論教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該多采用圖形顯示教學(xué)，如課堂操作三維軟件建立簡(jiǎn)單模型（復(fù)雜模型可以提前建好），調(diào)整視角演示投影視圖，幫助學(xué)生理解二維圖，從而建立二維與三維模型關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)空間想象力；2.手工繪圖初始階段主要以“照葫蘆畫瓢”的方式進(jìn)行，手工繪圖后在課余時(shí)間鼓勵(lì)有能力與時(shí)間的學(xué)生利用計(jì)算機(jī)完成二維圖與三維圖，并提供適當(dāng)思路與幫助。3.專門設(shè)置計(jì)算機(jī)繪圖課時(shí)，讓學(xué)生思維能實(shí)現(xiàn)二維到三維，三維到二維迅速轉(zhuǎn)換，熟練掌握手工到計(jì)算機(jī)繪制，并能快速識(shí)圖、繪圖，設(shè)計(jì)圖紙。

四、機(jī)械制圖與最新國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合教學(xué)

機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)的意義在于對(duì)機(jī)械制圖的規(guī)范化和通用化，促進(jìn)設(shè)計(jì)、分析、制造多方協(xié)調(diào)工作，對(duì)整個(gè)行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展意義重大。

作為教學(xué)環(huán)節(jié)，機(jī)械制圖課程應(yīng)該注重實(shí)時(shí)向?qū)W生灌輸國(guó)標(biāo)概念。 把學(xué)生培養(yǎng)為嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)，靈活運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)，大力推行標(biāo)準(zhǔn)的主力軍，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)化道路的健康持續(xù)發(fā)展。針對(duì)目前教學(xué)存在的弊病，建議從以下幾個(gè)方面優(yōu)化：1.教材編者在編寫前要認(rèn)真研讀最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格遵從標(biāo)準(zhǔn)來(lái)編寫相關(guān)課本書籍，做到給讀者最新的最準(zhǔn)確的信息，一本好教材，能使眾多學(xué)生受益。這也是課程開(kāi)始前貫徹標(biāo)準(zhǔn)的起點(diǎn)；2.機(jī)械制圖教師應(yīng)該時(shí)刻保持與時(shí)俱進(jìn)的思想，對(duì)國(guó)標(biāo)更新改動(dòng)要了如指掌，熟記于心。對(duì)學(xué)生起表率和督促作用，響應(yīng)國(guó)家政策。很多書并非按最新國(guó)標(biāo)編寫，教師一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)幫助學(xué)生改正，并在課堂總結(jié)，避免更多同學(xué)犯同樣問(wèn)題；3.在考試環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)關(guān)于新國(guó)標(biāo)內(nèi)容的考查，針對(duì)學(xué)生平時(shí)容易犯的問(wèn)題出題；4.必須重視機(jī)械制圖中涉及CAD制圖標(biāo)準(zhǔn)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖不僅在手工繪制時(shí)嚴(yán)格遵循最新國(guó)標(biāo)，計(jì)算機(jī)繪制圖紙時(shí)也時(shí)刻不忘按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

總之，以上課程優(yōu)化創(chuàng)新方法與最新標(biāo)準(zhǔn)若都能因地制宜地在機(jī)械制圖課程教學(xué)過(guò)程中鋪展和實(shí)踐開(kāi)來(lái)，將會(huì)是件促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)的喜事，也毫無(wú)疑問(wèn)將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)課程改革的潮流。

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［責(zé)任編輯：左蕓］