一種提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的相貫線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)法

王永泉， 王生懷

(湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北 十堰 442002)

一種提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的相貫線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)法

王永泉， 王生懷

(湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北 十堰 442002)

圖學(xué)課程中相貫線(xiàn)部分內(nèi)容是教學(xué)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。為改變多年來(lái)課堂理論教學(xué)的單一模式，提出了一種提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的相貫線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)法。在運(yùn)用自主開(kāi)發(fā)的相貫線(xiàn)繪制儀的基礎(chǔ)上，制訂了具體的實(shí)踐教學(xué)大綱、計(jì)劃及考評(píng)機(jī)制。由實(shí)踐教學(xué)的初步實(shí)施表明，在學(xué)習(xí)該難點(diǎn)內(nèi)容時(shí)，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)興趣。由于采用了學(xué)生自主選題、實(shí)物實(shí)操教學(xué)，學(xué)生對(duì)這一難點(diǎn)的理解更為容易，印象也更加深刻。

圖學(xué)課程；相貫線(xiàn)；實(shí)踐教學(xué)；自主學(xué)習(xí)

現(xiàn)代科技日新月異，發(fā)展迅速，除了文字語(yǔ)言、數(shù)學(xué)語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，圖學(xué)語(yǔ)言越來(lái)越成為當(dāng)代科技人員必須掌握的四大語(yǔ)言之一。大多數(shù)高校已將圖學(xué)課程作為各專(zhuān)業(yè)必修的通識(shí)課之一，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用圖來(lái)思考問(wèn)題、解決問(wèn)題，加強(qiáng)培養(yǎng)和鍛煉大學(xué)生的圖學(xué)思維能力。該課程體系針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)，講授課時(shí)也有所不同，但基礎(chǔ)的圖學(xué)理論、圖學(xué)知識(shí)內(nèi)容大同小異，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、構(gòu)形設(shè)計(jì)能力等。在工程實(shí)踐中，任何復(fù)雜的形體結(jié)構(gòu)都可以認(rèn)為是由若干簡(jiǎn)單基本體經(jīng)過(guò)疊加、切割及增加輔助修飾特征而形成。形體疊加時(shí)，其表面的交線(xiàn)稱(chēng)為“相貫線(xiàn)”，圖學(xué)課程教學(xué)中相貫線(xiàn)部分內(nèi)容一直是一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

目前對(duì)于回轉(zhuǎn)體相貫線(xiàn)的研究主要有：利用計(jì)算機(jī)三維建模展開(kāi)研究[1]；對(duì)相貫線(xiàn)進(jìn)行空間和投影的理論解析[2-4]；相貫線(xiàn)的作圖方法研究、工程應(yīng)用研究等[5]。在基本圖學(xué)理論的教學(xué)中，所采用的輔助教學(xué)手段主要有：通過(guò)三維軟件建立三維虛擬模型、三維動(dòng)畫(huà)幫助理解，課堂上由老師掌控觀察，解決由于學(xué)時(shí)有限，學(xué)生學(xué)習(xí)較被動(dòng)的問(wèn)題。購(gòu)買(mǎi)大量木質(zhì)或金屬模型用于展示，因其價(jià)格昂貴、制作模式固定，學(xué)生只能觀看不能觸摸，又因其消耗資源且展柜占地面積大，應(yīng)用局限性大。采用橡皮泥、蘿卜、泡沫等材料制作模型，該方法有一定成本，且制作效果欠佳。文獻(xiàn)[6]對(duì)于圓柱桿在兩桿相貫和三桿相貫時(shí)，利用圓柱坐標(biāo)矩陣旋轉(zhuǎn)變換的方法構(gòu)建相貫線(xiàn)的展開(kāi)曲線(xiàn)方程，并將該方法應(yīng)用于結(jié)構(gòu)紙質(zhì)模型的制作上，取得了較好的效果，但該方法僅限于圓柱桿相貫的情況，未擴(kuò)展到其他常見(jiàn)回轉(zhuǎn)面多種形式相貫的情形。經(jīng)多年教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)相貫線(xiàn)部分內(nèi)容時(shí)，效果不甚理想，很多學(xué)生出現(xiàn)畏難情緒，課堂不易理解、作業(yè)無(wú)從下手，掌握起來(lái)很困難?；谀壳皥D學(xué)教學(xué)的不足，設(shè)計(jì)了一種能讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作實(shí)現(xiàn)多體多種相貫形式空間相貫線(xiàn)繪制、紙質(zhì)立體模型制作、相貫線(xiàn)正投影生成一體化的實(shí)踐教學(xué)法。該方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其動(dòng)手實(shí)操能力，能結(jié)合理論知識(shí)自主學(xué)習(xí)相貫線(xiàn)部分內(nèi)容，讓課堂變得鮮活而有趣。

1　相貫線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)教具的開(kāi)發(fā)

為實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)回轉(zhuǎn)面空間相貫線(xiàn)的繪制、相貫體紙質(zhì)模型的制作、正投影的生成，研究開(kāi)發(fā)了一種相貫線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)教具，且已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)。該教具為純機(jī)械裝置，純手動(dòng)操作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。該裝置只需要“圓柱、圓錐、球體” 3個(gè)基本體木模即能快速、平穩(wěn)地畫(huà)出柱、錐、球等常見(jiàn)回轉(zhuǎn)體在軸線(xiàn)正交、斜交、偏置、平行等位置時(shí)的空間相貫線(xiàn)，而且相貫回轉(zhuǎn)體的尺寸可調(diào)節(jié)，繪制出的相貫線(xiàn)精確度較高。該教具繪制空間相貫線(xiàn)的機(jī)械模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理、使用方法可見(jiàn)文獻(xiàn)[7]。

下面簡(jiǎn)述其基本使用過(guò)程：首先將一基本體木模安裝于工作臺(tái)上，可以用頂尖及螺紋結(jié)構(gòu)件確保其穩(wěn)固安裝。木模在工作臺(tái)上可以臥式、立式、斜向安裝，如圖2所示。工作臺(tái)可由螺桿螺母驅(qū)動(dòng)讓木模發(fā)生縱、橫向運(yùn)動(dòng)。裝置上方有固定畫(huà)筆，內(nèi)有彈簧可實(shí)現(xiàn)畫(huà)筆上下自由伸縮，工作臺(tái)安裝在底部轉(zhuǎn)盤(pán)上，通過(guò)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，可實(shí)現(xiàn)上部畫(huà)筆相對(duì)回轉(zhuǎn)所形成的回轉(zhuǎn)面與木模之間發(fā)生相貫。畫(huà)筆即可在木模外包圍的畫(huà)紙上繪制出空間相貫線(xiàn)。

圖1　空間相貫線(xiàn)繪制儀

圖2　圓錐木模在工作臺(tái)上的安裝

如圖1所示，畫(huà)筆的橫向位置可調(diào)即可實(shí)現(xiàn)上部回轉(zhuǎn)面半徑可調(diào)；畫(huà)筆可繞水平軸旋轉(zhuǎn)，使得上部回轉(zhuǎn)面可以調(diào)節(jié)形成圓柱面或不同錐角的圓錐面。圖3為柱錐相貫?zāi)Ｐ蚚8]制作實(shí)例，在木?；倔w外包圍紙面上畫(huà)好相貫線(xiàn)后，將紙面展開(kāi)即可得到相貫線(xiàn)的展開(kāi)圖，若沿相貫線(xiàn)將內(nèi)部紙面剪掉，再恢復(fù)原基本體紙模型，然后將另一基本體紙質(zhì)模型插入該模型則可得到兩體相貫后的相貫體紙質(zhì)模型。

圖3　柱錐相貫?zāi)Ｐ椭谱鲗?shí)例

在設(shè)計(jì)空間相貫線(xiàn)繪制儀的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)新的模塊可實(shí)現(xiàn)畫(huà)筆在繪制空間相貫線(xiàn)的同時(shí)還能繪制其多面正投影，如圖4所示柱錐相貫相貫線(xiàn)正投影繪制實(shí)例，其工作原理、使用方法可見(jiàn)文獻(xiàn)[9]。

圖4　柱錐相貫相貫線(xiàn)正投影繪制實(shí)例

2　相貫線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)給定的相貫線(xiàn)題目，學(xué)生自行分析相貫體的基本體形狀及相貫位置，需動(dòng)手調(diào)整好儀器，由相貫線(xiàn)的空間繪制到紙質(zhì)模型制作，再到實(shí)操實(shí)現(xiàn)相貫線(xiàn)正投影的繪制。由完成一道題，再擴(kuò)展至多道題(題目自選)，直至擺脫實(shí)驗(yàn)?zāi)茏孕蟹治鰡?wèn)題、解決問(wèn)題；同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)待事物要學(xué)會(huì)抓住本質(zhì)，思考問(wèn)題要學(xué)會(huì)“舉一反三、靈活多變”，由此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉其自主實(shí)踐動(dòng)手能力。

本研究開(kāi)發(fā)的教學(xué)法為：①在圖學(xué)課程大綱及教學(xué)計(jì)劃中設(shè)置針對(duì)相貫線(xiàn)內(nèi)容的實(shí)踐學(xué)時(shí)4～6學(xué)時(shí)(課內(nèi)加課外學(xué)時(shí))；②在現(xiàn)有的零部件測(cè)繪及模型展示室放置滿(mǎn)足教學(xué)數(shù)量的儀器；③學(xué)生按4～5人一組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)；④擬完成的相貫線(xiàn)題目由學(xué)生根據(jù)習(xí)題作業(yè)自選，每人至少完成3個(gè)作品，同一組的作品既可以有重復(fù)，但也要有不同；⑤根據(jù)每人完成作品的數(shù)量及質(zhì)量由其他小組打分，含個(gè)人分及團(tuán)隊(duì)分，將分?jǐn)?shù)在實(shí)驗(yàn)室公開(kāi)展示；⑥每小組組員撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告總結(jié)心得、分析得失并附上成績(jī)，由組長(zhǎng)匯總總結(jié)；⑦小組任務(wù)完成后，組長(zhǎng)做匯報(bào)，請(qǐng)代課教師主持現(xiàn)場(chǎng)答辯交流，期間所有學(xué)生均可發(fā)言提問(wèn)闡述自己的觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式。

學(xué)生能力培養(yǎng)包括有：自主學(xué)習(xí)能力，實(shí)踐動(dòng)手能力，創(chuàng)新創(chuàng)造能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，分析問(wèn)題、總結(jié)問(wèn)題的能力，語(yǔ)言、文字表達(dá)表述能力。

圖5(a)為學(xué)生制作的幾種典型相貫體模型，從左至右、從上到下依次為：柱柱正交相貫、柱柱偏心相貫、柱柱斜交相貫、柱錐正交相貫、錐柱正交相貫、柱錐豎向偏心相貫。圖5(b)為相貫線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)初步實(shí)施，學(xué)生制作的作品及現(xiàn)場(chǎng)答辯情況。圖5(c)為學(xué)生制作的相貫體模型與習(xí)題集作業(yè)對(duì)應(yīng)題目的對(duì)照?qǐng)D。

圖5　相貫線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)初步實(shí)施情況

3　總　結(jié)

由于學(xué)生對(duì)空間相貫線(xiàn)及其正投影的生成進(jìn)行了實(shí)際操作，并自主制作了實(shí)物模型，從而加深了對(duì)相貫線(xiàn)的理解與認(rèn)識(shí)，反過(guò)來(lái)由物到圖，再做習(xí)題，事半功倍。該部分內(nèi)容學(xué)生從原來(lái)的“不愿學(xué)、學(xué)不會(huì)”到“喜歡學(xué)、學(xué)得好”發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變。說(shuō)明在教學(xué)中，實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)的注入起到了關(guān)鍵而又重要的作用。從筆者多年的實(shí)踐教學(xué)中越來(lái)越感覺(jué)到，在教學(xué)中“學(xué)生看到的、聽(tīng)到的東西可能很快會(huì)忘記，但實(shí)際動(dòng)手做出來(lái)的東西印象極為深刻，甚至可能會(huì)銘記一生”。所以當(dāng)前工程教育要特別重視實(shí)踐教學(xué)、積極地研發(fā)各種實(shí)踐教學(xué)法、充分發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)的重要作用。

當(dāng)下社會(huì)信息化、網(wǎng)絡(luò)化突飛猛進(jìn)，如何把學(xué)生從電子產(chǎn)品、虛擬世界拉回到課堂上，全身心投入到專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)中，對(duì)當(dāng)代的大學(xué)教師提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，以“慕課”、“微課”為代表性的精品資源開(kāi)放課正大力發(fā)展，并頗具規(guī)模。國(guó)家也投入了大量的人力、物力，舉辦各類(lèi)創(chuàng)新大賽，為了激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。作為教師應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，在網(wǎng)絡(luò)教育資源日趨發(fā)達(dá)的今天，設(shè)法開(kāi)發(fā)更多實(shí)踐創(chuàng)新課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生在扎實(shí)掌握基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的前提下，不斷有所創(chuàng)新和創(chuàng)造。為能讓課堂更加鮮活起來(lái)，讓工程教育回歸工程而不懈努力。

[1] 潘子健, 孟祥寶, 潘淑璋. 基于 CATIA求圓錐與圓球相貫線(xiàn)的投影分析[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 33(4): 20-23.

[2] 胡志剛, 鄭秋白. 柱錐面交線(xiàn)研究[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 36(5): 671-677.

[3] 谷艷華, 侯洪生, 張秀芝. 圓柱和圓錐相交時(shí)左側(cè)相貫線(xiàn)上最右點(diǎn)的解析證明與圖解[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 31(4): 146-150.

[4] 張曉東, 王園宇, 郝鵬飛, 等. 相貫線(xiàn)及其展開(kāi)曲線(xiàn)的方程構(gòu)建方法的研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究, 2008, 24(2): 21-24.

[5] 郝立華, 孟政. 基于斜投影變換研究畫(huà)法幾何中相貫線(xiàn)圖解[J]. 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2014, 32(1): 65-67.

[6] 何大治, 趙艷霞, 閆磊源. 結(jié)構(gòu)模型制作中的相貫線(xiàn)展開(kāi)應(yīng)用[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 36(1): 12-16.

[7] 王永泉, 張穎敏, 伍英, 等. 一種常見(jiàn)回轉(zhuǎn)面相貫線(xiàn)生成儀[P]. 中國(guó)專(zhuān)利: ZL201410007935.2. 2015: 2014-04-09.

[8] 大連理工大學(xué)工程畫(huà)教研室編. 畫(huà)法幾何學(xué)[M]. 7版.北京: 高等教育出版社, 2011: 127.

[9] 王永泉, 伍英, 張穎敏, 等. 一種常見(jiàn)回轉(zhuǎn)面相貫線(xiàn)正投影生成裝置[P]. 中國(guó)專(zhuān)利: ZL201420143177.2. 2014: 2014-08-06.

A Practical Teaching Method Im proving Students’ Autonomous Learning Ability for Intersecting Lines Learning

Wang Yongquan,Wang Shenghuai

(School of Mechanical Engineering, Hubei University of Automotive Technology, Shiyan Hubei 442002, China)

The learning contents of intersecting lines are the important and difficult parts in the course of the graphics. The theoretical teaching method for this learning contents was the main and the single teaching model for many years. For improving the current teaching situation, a practical teaching method improving students’ autonomous learning ability for intersecting lines learning is presented in this paper. On the basis of using the self-developed instrument for draw ing intersecting lines, practical teaching program, plans and learning evaluation system are made for this teaching method. The preliminary implementation of this practical teaching method in our school shows that the students’ learning enthusiasm and interest in learning this difficult content are inspired greatly. Because of the choice of the exercises and the practical operation by the students themselves, the students can understand the contents more easily and have more impressive for them.

course of graphics; intersecting line; practical teaching; autonomous learning

TB 23

10.11996/JG.j.2095-302X.2016020265

A

2095-302X(2016)02-0265-04

2015-06-27；定稿日期：2015-11-03

湖北省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目(2015GB076)；湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院質(zhì)量工程教育學(xué)改革項(xiàng)目(SJ201417)

王永泉(1979–)，男，山東濟(jì)南人，副教授，博士研究生。主要研究方向?yàn)楣こ虉D學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造理論及應(yīng)用。

E-mail：wyqtougao@163.com