機(jī)械制圖教學(xué)改革
——模型庫(kù)的建立

王叢叢 程巧軍

(山東工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)，山東 濟(jì)南 250200)

全球制造業(yè)格局面臨重大調(diào)整，尤其是德國(guó)制定《工業(yè)4.0》戰(zhàn)略，大力發(fā)展數(shù)字化制造裝備、精密檢測(cè)裝備等，為高端裝備制造業(yè)發(fā)展開(kāi)辟了新的領(lǐng)域，全球新興經(jīng)濟(jì)體也在布局發(fā)展高端裝備制造業(yè)。制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，黨中央和國(guó)務(wù)院高度重視發(fā)展高端裝備制造業(yè)，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《中國(guó)制造2025》，將工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化、智能化提上日程，出臺(tái)了一系列政策措施，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、綠色發(fā)展，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，讓我國(guó)由制造大國(guó)變成制造強(qiáng)國(guó)。在現(xiàn)代化的裝備制造過(guò)程中，人的角色也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，人是服務(wù)者、操作者，以后會(huì)變?yōu)橐?guī)劃者、協(xié)調(diào)者、評(píng)估者、決策者，企業(yè)需要的是能夠運(yùn)用與掌握現(xiàn)代信息技術(shù)和數(shù)字化設(shè)備技術(shù)、獨(dú)立完成目標(biāo)和任務(wù)的高層次技術(shù)技能人才。數(shù)字化制造的興起和快速發(fā)展對(duì)從事制造業(yè)的人才提出了更高層次的要求。

2019年1月28日，國(guó)務(wù)院正式發(fā)布《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》(職教20條)，文件指出，要把職業(yè)教育擺在教育改革創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中更加突出的位置。牢固樹(shù)立新發(fā)展理念，服務(wù)建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系和實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量、更充分就業(yè)需要，對(duì)接科技發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)需求，完善職業(yè)教育和培訓(xùn)體系，優(yōu)化學(xué)校、專業(yè)布局，深化辦學(xué)體制改革和育人機(jī)制改革，以促進(jìn)就業(yè)和適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，大幅提升新時(shí)代職業(yè)教育現(xiàn)代化水平，為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力提供優(yōu)質(zhì)人才資源支撐。

以職業(yè)教育改革契機(jī)，課題組教師以職業(yè)教育辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)為根基，緊跟職業(yè)教育改革方向，努力探索職業(yè)本科教育的新思路和新方法，對(duì)機(jī)械制圖進(jìn)行了教學(xué)改革。

1 研究意義

《機(jī)械制圖》是我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)、機(jī)電一體化技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生讀圖和畫圖能力，該課程要求學(xué)生有較好的空間想象能力，繪制二維圖形時(shí)，想象力差的同學(xué)學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)相對(duì)困難，需要通過(guò)多學(xué)多練去掌握、強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)，在練習(xí)過(guò)程中要讓學(xué)生想象成三維立體圖，離開(kāi)了大量的模型，教學(xué)很難實(shí)施，而且傳統(tǒng)的教學(xué)模型價(jià)格很高，由于體積和重量等原因，模型易破損，攜帶不便；另一方面，傳統(tǒng)的實(shí)物模型更新?lián)Q代速度慢，并且不能夠修改，與教材不配套，學(xué)院的機(jī)械制圖教學(xué)模型是建校初期購(gòu)進(jìn)的，十幾年不變的教學(xué)模型已不能滿足教學(xué)和科研時(shí)代不斷進(jìn)步的需要。

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，多媒體教學(xué)越來(lái)越受到推廣和普及，近幾年，我院在教學(xué)硬件設(shè)施的投入較大，配備了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)，增設(shè)了多媒體教室，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代制圖的教學(xué)需要。因此開(kāi)發(fā)適合現(xiàn)代教學(xué)特點(diǎn)的機(jī)械制圖模型庫(kù)，以虛擬三維模型取代傳統(tǒng)的實(shí)物模型已成為課程改革的重要方面。

本論文主要研究運(yùn)用SolidWorks軟件對(duì)機(jī)械制圖課程傳統(tǒng)模式進(jìn)行改革，研究了典型零件的三維模型庫(kù)、二維模型庫(kù)三維到二維、二維到三維的轉(zhuǎn)換，通過(guò)模型庫(kù)，學(xué)生可以多角度觀看物體，對(duì)于想象力差一些的學(xué)生，實(shí)現(xiàn)由二維到三維，三維到二維的轉(zhuǎn)換，幫助學(xué)生加深對(duì)機(jī)械制圖課的理解，培養(yǎng)他們的空間思維能力和想象能力，提高他們的識(shí)圖和讀圖能力。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體技術(shù)作為教育現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志，在美國(guó)、英國(guó)、日本等職業(yè)技術(shù)教育比較發(fā)達(dá)的國(guó)家運(yùn)用效果尤為顯著。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)多所高校逐漸重視多媒體技術(shù)的運(yùn)用，并且與教育教學(xué)相融合。針對(duì)機(jī)械制圖課程與多媒體技術(shù)融合的情況，目前，地方許多兄弟院校都已開(kāi)始了這方面的開(kāi)發(fā)和研究，高職院校學(xué)生初步具備專業(yè)課程的學(xué)習(xí)能力，形象思維能力一般，邏輯思維能力需進(jìn)一步增強(qiáng)，喜歡動(dòng)手不善于理論，渴望成功但缺乏耐心，自信不足易于放棄。學(xué)完該課程應(yīng)具備扎實(shí)的理論知識(shí)，要具備更高的技能水平。

對(duì)于所要培養(yǎng)新型應(yīng)用型人才的職業(yè)院校來(lái)講，開(kāi)發(fā)具有高職特色、適合現(xiàn)代職業(yè)院校制圖教學(xué)的模型庫(kù)勢(shì)在必行。

Solidworks功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是軟件的三大特點(diǎn)，使得它成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。它能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。

3 研究基礎(chǔ)

團(tuán)隊(duì)有14名教師組成，專業(yè)平均每級(jí)學(xué)生220人左右，師生比1∶15.7，其比例符合教學(xué)實(shí)施的需要，結(jié)構(gòu)合理。團(tuán)隊(duì)是在圍繞培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、突出技能人才培養(yǎng)的教學(xué)過(guò)程中形成的。為了體現(xiàn)職業(yè)教育教學(xué)理念，工學(xué)結(jié)合，特聘請(qǐng)行業(yè)企業(yè)專家5名，占教學(xué)隊(duì)伍的35.7%；專任教師9名，占全部教學(xué)隊(duì)伍的64.3%；專任教師負(fù)責(zé)課程教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)，兼職教師長(zhǎng)期任學(xué)生校內(nèi)、校外實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)和頂崗實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，定期邀請(qǐng)他們參與課程建設(shè)，并舉行三維數(shù)字化設(shè)計(jì)案例講座。

4 研究目標(biāo)

通過(guò)運(yùn)用三維軟件創(chuàng)建課程所需素材的模型庫(kù)，能夠?qū)崿F(xiàn)專業(yè)、課程、教材之間的緊密聯(lián)系，與二維軟件課程緊密銜接，形成由手工繪圖、二維平面設(shè)計(jì)、三維模型設(shè)計(jì)等梯次內(nèi)容形成的教學(xué)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用能力、運(yùn)用三維實(shí)體建模的空間構(gòu)思能力、三維設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思想能力。在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，建議學(xué)生使用三維設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建自己的設(shè)計(jì)項(xiàng)目；同時(shí)，可將Solidworks軟件作為設(shè)計(jì)工具，方便更好地完成后續(xù)課程的設(shè)計(jì)任務(wù)，融合教改項(xiàng)目，整合優(yōu)質(zhì)資源，奠定了基礎(chǔ)，在學(xué)院專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)平臺(tái)建設(shè)中作出貢獻(xiàn)。

在教學(xué)過(guò)程中，充分將模型庫(kù)運(yùn)用到課堂教學(xué)中，改變傳統(tǒng)單調(diào)教學(xué)模式，幫助空間想象力差的同學(xué)，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

5 研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目主要研究：運(yùn)用Solidworks軟件完成所需素材的創(chuàng)建工作。其主要研究?jī)?nèi)容有：

(1)《機(jī)械制圖》課程性質(zhì)分析：本課程是一門研究投影法繪制機(jī)械工程圖樣和求解空間幾何問(wèn)題理論和方法的課程，是工程類大學(xué)生的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，是機(jī)械相關(guān)專業(yè)課程的先修課程。掌握用投影法表達(dá)空間形體和圖解空間幾何問(wèn)題的基本理論和方法，能正確使用繪圖工具和儀器，具備徒手畫圖和手工儀器圖的能力，所繪圖樣投影正確、字體工整、圖面整潔、符合制圖標(biāo)準(zhǔn)。掌握機(jī)件視圖的繪制和閱讀的基本理論、方法和技能。

(2)三維實(shí)體模型的構(gòu)建：由于Solidworks軟件具有參數(shù)化建模特點(diǎn)，對(duì)模型草圖能夠進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)，根據(jù)不同的章節(jié)創(chuàng)建與本章節(jié)相符的模型。

(3)二維視圖的生成：Solidworks軟件具有三大模塊，零件模塊、裝配模塊和工程圖模塊。機(jī)械制圖重點(diǎn)掌握的內(nèi)容是零件圖的繪制與識(shí)讀，Solidworks軟件利用工程圖模塊，可以將三維模型直接轉(zhuǎn)換成工程圖，便于學(xué)生理解零件該部分內(nèi)容。

(4)動(dòng)態(tài)仿真視頻的建立。

6 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題和方法

建立與當(dāng)前機(jī)械制圖課程相配套的三維實(shí)體模型；各實(shí)體模型二維視圖的生成；動(dòng)態(tài)仿真視頻的建立。

本課題研究主要采取調(diào)查法、個(gè)案研究法等。具體應(yīng)用如下：

調(diào)查法應(yīng)用。通過(guò)對(duì)各學(xué)院制圖課程性質(zhì)進(jìn)行分析及教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行調(diào)研，總結(jié)歸納出所需創(chuàng)建的不同類型模型；個(gè)案研究法。通過(guò)對(duì)機(jī)械制圖課程中各章節(jié)所需零件進(jìn)行分析，研究設(shè)計(jì)符合章節(jié)的模型。

技術(shù)路線：

分析《機(jī)械制圖》課程性質(zhì)；運(yùn)用三維軟件繪制所需實(shí)體模型；有三維模型生成表達(dá)形狀結(jié)構(gòu)的二維圖形；運(yùn)用三維軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真視頻創(chuàng)建。

實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析：

(1)課題調(diào)研：根據(jù)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，組建項(xiàng)目組，研究制定項(xiàng)目執(zhí)行方案，按照項(xiàng)目具體內(nèi)容，進(jìn)行調(diào)研，收集資料，為項(xiàng)目的具體開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

(2)方案設(shè)計(jì)：根據(jù)調(diào)研結(jié)果創(chuàng)建所需三維模型庫(kù)。

(3)結(jié)題鑒定：組織課題總結(jié)，撰寫項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告，組織專家鑒定。

本項(xiàng)目屬于應(yīng)用性項(xiàng)目，與實(shí)際相結(jié)合，完全可行。

7 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

(1)根據(jù)機(jī)械制圖課程內(nèi)容創(chuàng)建配套的三維模型庫(kù)，方便學(xué)生學(xué)習(xí)，對(duì)于空間想象力差的學(xué)生來(lái)說(shuō)，給夠提供三維圖給他們，可以幫助他們學(xué)習(xí)。

(2)改變傳統(tǒng)單調(diào)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，同時(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)三維軟件的興趣，為后續(xù)該課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

利用SolidWorks三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件可以創(chuàng)建虛擬動(dòng)態(tài)模型庫(kù)，不僅可以克服傳統(tǒng)教學(xué)模型的缺點(diǎn)，為多媒體教學(xué)創(chuàng)造條件和提供支持，同時(shí)積累了大量的教學(xué)資源，教學(xué)效果也得到了明顯的提高。