項目教學(xué)法在“機械制圖”與CAXA融合教學(xué)中的探索研究

□王文娟

項目教學(xué)法在“機械制圖”與CAXA融合教學(xué)中的探索研究

□王文娟

在教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)法制約著老師與學(xué)生的發(fā)展，而采用項目教學(xué)法既能讓學(xué)生真正地學(xué)到知識與技能，又能開拓學(xué)生的視野，鍛煉學(xué)生的操作能力、交際能力、協(xié)作能力等，以適應(yīng)社會需求。CAXA實體設(shè)計軟件，是具有國際先進水平的CAD輔助設(shè)計軟件，它可以幫助設(shè)計人員在三維空間進行構(gòu)思、布局和創(chuàng)意。在“機械制圖”的課堂教學(xué)中，運用三維實體設(shè)計軟件結(jié)合多媒體技術(shù)進行教學(xué)，可以提高教學(xué)質(zhì)量，增大課堂信息交流量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和創(chuàng)新能力。

項目教學(xué)；機械制圖；CAXA實體設(shè)計教學(xué)

項目教學(xué)法是由美國著名兒童教育家、伊利諾宜大學(xué)教授凱茲博士和加拿大兒童教育家、阿爾伯特大學(xué)教授查德博士共同推創(chuàng)的一種以學(xué)生為本的活動教學(xué)法，是基于項目活動的研究性學(xué)習(xí)，即以解決一個比較復(fù)雜的操作問題為主要目的教學(xué)法，一般包括社會性活動的設(shè)計和科技類項目的設(shè)計兩種類型。與只是解決某一問題為主要目的課題研究相比，項目活動設(shè)計更偏重于操作和實踐活動。項目教學(xué)法的前提是“項目”。美國項目管理專家約翰·賓認為：“項目是要在一定時間里，在預(yù)算規(guī)定范圍內(nèi)需達到預(yù)定質(zhì)量水平的一項一次性任務(wù)?！表椖烤哂写_定的目標(biāo)，有明確的開始時間和結(jié)束時間，要完成的是以前從未做過的工作。項目教學(xué)法就是組織學(xué)生真實地參加項目設(shè)計、履行和管理的全過程，在項目實施過程完成教學(xué)任務(wù)。

在項目教學(xué)中，學(xué)習(xí)過程成為一個人人參與的創(chuàng)造實踐活動，注重的不是最終的結(jié)果，而是完成項目的過程。學(xué)生在項目實踐過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗創(chuàng)新的艱辛與樂趣，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思維模式和方法。因此，學(xué)生作為項目的直接參與者，他們會因為興趣愛好或是心理因素而積極地投入進來，從最初的調(diào)查到探討，期間的設(shè)計開發(fā)，直至最終形成成果，學(xué)生都作為第一責(zé)任人；在整個過程中，根據(jù)社會實際需要為藍本，旨在鍛煉學(xué)生對知識的認知能力、轉(zhuǎn)化能力，對社會的適應(yīng)能力、交際能力。通過參與，學(xué)生學(xué)到的知識與技能才能更好地與社會需求相結(jié)合。學(xué)生學(xué)會自學(xué)，這是教育過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，項目教學(xué)法就是以此為契機，讓學(xué)生學(xué)會將知識與技能轉(zhuǎn)換為直接生產(chǎn)力或是符合社會需求的思維模式。采用項目教學(xué)法，能讓學(xué)生自始至終都處于一個主導(dǎo)地位，他們需要盡早地為自己的思維方式與做法負責(zé)。同時，通過組織不同專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)生參加項目教學(xué)小組，訓(xùn)練學(xué)生在實際工作中與不同專業(yè)、不同部門的同事協(xié)調(diào)、合作的能力。項目活動教學(xué)法的目的在于開發(fā)學(xué)生智力，尊重個體差異，培養(yǎng)學(xué)生動手能力、生存能力以及學(xué)習(xí)能力。

“機械制圖”是工科專業(yè)必修的一門實踐性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機械制圖的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)投影理論和有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，并具有一定的繪圖和讀圖能力，對空間想象能力要求很高，這也是學(xué)習(xí)該課程的最大障礙。目前為了保證其他專業(yè)課程的實踐訓(xùn)練學(xué)時，將專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)時數(shù)進行了大量的壓縮，在有限的學(xué)時內(nèi)，如何合理、有效的優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生繪圖和讀圖的綜合能力，以便于后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，這就需要在制圖的教學(xué)方式上進行改進和創(chuàng)新。如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)模式，教師必須使用大量的實物模型和掛圖來輔助教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，在學(xué)時較少的情況下顯然是很難實現(xiàn)的。CAXA實體設(shè)計軟件，能通過三維造型功能，進行三維實體模型的模擬，并可進行渲染，隨意拖放。形象逼真，色彩豐富，靈活多變，簡單有趣。一方面提高了教與學(xué)的效率，另一方面使學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程的同時，也對CAXA設(shè)計軟件有了初步的認識，為今后學(xué)習(xí)該門課程奠定了良好的基礎(chǔ)。

一、在教學(xué)過程中應(yīng)用CAXA實體設(shè)計技術(shù)

1.CAXA實體設(shè)計在課堂教學(xué)中可進行模型演示

根據(jù)教學(xué)的不同情況，采用方便的尺寸驅(qū)動功能，隨時選取其高級圖素中的形體進行切割與疊加、截交與相貫，剖視圖、剖面圖、零件圖等模型加以更新，還能使用零件實體進行模擬裝配，它的設(shè)計功能、爆炸視圖功能和運動仿真功能，使學(xué)生容易接受和掌握。例如，在組合體的教學(xué)中，基本體的組合方式、表面連接關(guān)系是教學(xué)的重點和難點，也是讀圖和作圖的基礎(chǔ)。在講這一部分時，書中介紹的方法是線面分析法和形體分析法。學(xué)生繪圖的正確性取決于其頭腦中對所給形體的理解程度，簡單的形體較容易很快反映出來，但對于復(fù)雜的形體，使用切火腿腸、捏橡皮泥的方法也很難制作出來，沒有實體的對照，理解起來很困難。利用CAXA實體設(shè)計軟件中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、除料、倒角、抽殼等三維實體造型功能，課堂上便可方便、快捷地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的三維實體。這些形體可以清晰表達出組合體的組合形式，各部分的實際形狀和連接關(guān)系，而且可以利用它的旋轉(zhuǎn)功能讓學(xué)生看清楚形體前后、左右、上下各個方位的連接關(guān)系，有了直觀的形體，學(xué)生可以輕松的畫出三視圖或補齊視圖中所缺的圖線，提高了課堂教學(xué)效率。

2.建立CAXA機械制圖三維實體模型庫

首先，必須以幾種不同版本的《機械制圖》教材為基礎(chǔ)建立CAXA機械制圖三維實體模型庫。該實體模型庫應(yīng)包含基本體、組合體、各種典型零件、裝配件、常用標(biāo)準(zhǔn)件等制圖教材和所學(xué)專業(yè)中聯(lián)系緊密的各種實體模型。這些數(shù)字模型應(yīng)按制圖教學(xué)思路制作。在基本體的基礎(chǔ)上用切割或疊加方法生成組合體、零件、組件或裝配件。為了方便學(xué)生理解，按工作原理設(shè)計零件或整體裝配件的動作，利用CAXA的動畫功能，動態(tài)展示組件或整體裝配件的工作原理、裝配過程。其次，在CAXA實體設(shè)計軟件中，三維圖形與二維圖形是關(guān)聯(lián)的。三維模型庫創(chuàng)建好后，利用CAXA實體設(shè)計提供的從三維設(shè)計自動生成工程圖布局圖的功能，將與之對應(yīng)的二維圖形庫也同時建立。三維設(shè)計環(huán)境修改后，軟件會立即詢問二維圖紙是否需更新，確認后，原有的二維圖形立即按三維設(shè)計環(huán)境的修改進行更新。同時，在二維繪圖環(huán)境中，可以進行各種標(biāo)注、生成明細表。二維布局圖可以由一張圖紙，也可由多張圖紙構(gòu)成，可以包含一個視圖，也可以包含多個視圖。在CAXA三維實體模型庫中，利用CAXA實體設(shè)計可輸出零件、圖紙、圖像、動畫四種格式的文件，可將各模型轉(zhuǎn)到使用者熟悉的其他CAD/CAM應(yīng)用程序使用，也可作為制作CAI課件的素材。這為后期零件圖和裝配圖的教學(xué)提供了很大的方便。

二、CAXA實體設(shè)計技術(shù)在教學(xué)中具有的優(yōu)勢

1.CAXA實體設(shè)計技術(shù)讓模型更具象化

對于復(fù)雜的零件，尤其是裝配體，實物模型很難展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而利用CAXA實體設(shè)計建立的三維模型，則可以根據(jù)需要靈活地進行剖切或者生成爆炸圖，還可以進行運動仿真，直觀地展示裝配體中各零件之間的聯(lián)接和裝配關(guān)系，方便學(xué)生進行觀察與分析，進一步了解裝配體的工作原理，再加上裝配體的動畫效果，使教學(xué)內(nèi)容清晰、生動，大大地縮短了學(xué)生感知、認知的過程，教學(xué)應(yīng)用效果顯著。

如在裝配圖識讀時，要求學(xué)生通過裝配圖二維工程圖紙的閱讀，了解裝配體的名稱、用途、結(jié)構(gòu)及工作原理；弄清零件之間的連接關(guān)系及裝配關(guān)系；弄懂各零件的結(jié)構(gòu)形狀和作用，想象出裝配體各零件的動作過程。其中，后兩點是裝配圖識讀中的重點，需要學(xué)生認真分析視圖，同時需要學(xué)生充分發(fā)揮其空間思維和想象能力。在學(xué)生積極參與思考的基礎(chǔ)上，結(jié)合三維CAXA實體技術(shù)的減速器裝配體模型，如減速器爆炸視圖，利用多種方式，從不同的視角，通過CAXA實體模型將要講解的零件或者裝配圖形象、直觀地展現(xiàn)在學(xué)生的面前，讓學(xué)生能夠自己檢驗前面的分析，從而進一步明確該裝配體各零件之間的連接、裝配關(guān)系。

2.CAXA實體設(shè)計技術(shù)讓模型更便于修改、新建

CAXA實體設(shè)計技術(shù)讓模型更便于修改、新建，利用CAXA實體設(shè)計軟件，可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要，方便地進行修改和新建各類三維模型，降低了由于實物形式或數(shù)量的限制，而導(dǎo)致教學(xué)受限的影響。

3.CAXA實體設(shè)計技術(shù)讓模型利于攜帶

利用CAXA實體設(shè)計軟件建立的三維模型，可以存儲在各種存儲介質(zhì)上，便于攜帶，避免了傳統(tǒng)實物模型因重量或體積等原因而造成的攜帶不便。同時由于其可復(fù)制性，便于教師之間的互相交流，最大限度的實現(xiàn)資源共享。不受實物模型種類和數(shù)量的限制，既降低了教學(xué)成本。

三、CAXA實體設(shè)計技術(shù)對學(xué)生學(xué)習(xí)的促進

CAXA又最大限度地發(fā)揮了多媒體教學(xué)設(shè)備為教學(xué)服務(wù)的功能。實體設(shè)計應(yīng)用在教學(xué)中的意義“機械制圖”實質(zhì)上是研究用二維平面的“圖”來表達三維空間的一門課程。教學(xué)的困難主要在于如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)一定的空間想象、思維創(chuàng)新能力。在常用的教學(xué)手段的基礎(chǔ)上引入CAXA三維實體設(shè)計是解決教學(xué)困難的一種重要手段，對學(xué)生學(xué)習(xí)有很大的促進作用。

1.引入CAXA實體設(shè)計，有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力

“機械制圖”作為專業(yè)基礎(chǔ)課，一般都在高職院校一年級開設(shè)，高職學(xué)生雖具備一定的立體幾何知識，但其空間想象能力仍然較弱。大部分學(xué)生在投影理論的學(xué)習(xí)中感到比較費勁，往往想象不出形體的形狀。針對學(xué)生的特點，在講三視圖的形成、基本體的投影以及基本體的截切時，讓學(xué)生先看模型，根據(jù)模型想投影，再引入CAXA實體設(shè)計，課堂繪制三維實體模型，能使學(xué)生從不同角度觀察形體，然后進行分析講解，與視圖反復(fù)對照，不斷拓展思路，從而提高讀圖和識圖的綜合能力。對于一些學(xué)生難于理解的內(nèi)容，比如相貫線，授課中可以借助軟件通過驅(qū)動手柄和三維球形體的位置直接進行演示。

2.引入CAXA實體設(shè)計，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

擴充課堂容量采用模型和掛圖等手段進行教學(xué)，在觀察主要特征及各種形體之間聯(lián)系時，對同一內(nèi)容會重復(fù)演示，教學(xué)效果不明顯。而將多媒體課件和CAXA實體設(shè)計教學(xué)這一輔助手段適時地穿插于教學(xué)之中，更有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心、求知欲。例如，在相貫線教學(xué)中，以往大部分學(xué)生對相貫線的形成及相貫線的形狀都難以理解，以致在畫相貫線時經(jīng)常出錯。在教學(xué)設(shè)計中，利用實體設(shè)計制作了兩個圓柱體正交的演示，學(xué)生可以直觀地看出兩正交圓柱體相貫線的形成過程。同時，根據(jù)兩正交等直徑圓柱體和兩正交不等直徑圓柱體的比較，學(xué)生就可以明顯地看出兩種情況下相貫線的不同形狀。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合模型進行分析講解。電腦中演示隨著尺寸的縮放不僅能突出表現(xiàn)相貫線的特征，而且把關(guān)鍵轉(zhuǎn)變點充分突現(xiàn)出來，提高了教學(xué)效率。

3.引入CAXA實體設(shè)計，可為學(xué)生對該軟件的后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)

在制圖課中引入CAXA實體設(shè)計進行教學(xué)，在激發(fā)學(xué)生對制圖課程的學(xué)習(xí)興趣外，對于后續(xù)的CAXA實體設(shè)計課程的學(xué)習(xí)也產(chǎn)生了一定的好奇心，激發(fā)了學(xué)生想要學(xué)習(xí)和掌握這門軟件的欲望，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。對于機械、機電類專業(yè)的學(xué)生，該軟件的應(yīng)用有一舉兩得的教學(xué)效果。三維實體設(shè)計技術(shù)引入到傳統(tǒng)的制圖教學(xué)中不僅是教學(xué)手段現(xiàn)代化的體現(xiàn)，而且給較為傳統(tǒng)的制圖課教學(xué)注入了新的內(nèi)涵，加大了課程的信息量，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，對學(xué)生空間思維的培養(yǎng)有極大的促進作用，實現(xiàn)了現(xiàn)代職業(yè)教育對于機械制圖課程的培養(yǎng)目標(biāo)，具有非常重要的意義。

[1]郝春玲.項目教學(xué)法在CAXA教學(xué)中的應(yīng)用[J].課程教育研究:新教師教學(xué),2013,(17).

[2]宋曄.項目教學(xué)法在機械制圖教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].科技資訊, 2013,(28):179.

[3]文靜.機械制圖教學(xué)中應(yīng)用CAXA實體設(shè)計的探索與實踐[J].科技信息,2012,(34).

（編輯：郝 嬋）

G712

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1671-0568（2016）20-0092-03

王文娟，平?jīng)隼砉ぶ械葘I(yè)學(xué)校教師。研究方向：機加工制造類教學(xué)。