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机械制图课程的教学改革研究与实践

2010-03-16  fenbi5354
机械制图课程的教学改革研究与实践
2008-10-15

  [内容摘要]

  根据中等职业教育学校教学的需要和机械制图课程的特点,从教学内容、教学方式、教学手段、教学模式上对机械制图课教学进行了改革研究。打破传统的教学模式,强调二维平面“图”与三维空间的“物”相互转化的思维模式,在切实传授基础理论的前提下,重在培养学生的创造思维能力和空间想象能力。

  [关键词]

  机械制图;教学改革;现场教学;三维建模

  引言:

  《机械制图》是一门理论与实践性较强的技术基础课程,它实质上是根据投影理论研究用二维平面的“图”来表达三维空间的“物”的一门课程。主要培养学生制图技能和空间想象力,为后续专业奠定基础。针对目前中等职业教育学校的学生知识结构不完善,空间想象力较差,这也是学习该课程的最大障碍。而技术基础课教学时数又进行了大幅度的压缩,在有限的学时内,如何合理、有效地优化课堂教学内容,培养学生的读图能力和空间想象力,这就需要在制图课程的教学内容、教学方式、教学手段上进行改革和创新,打破传统的教学模式,引进先进的教学模式,并将AutoCAD、CAXA三维建模等新技术与制图课有机的结合。一方面可以提高教与学的效率;另一方面使学生能不断地了解新技术,激发学习兴趣,培养空间思维能力、创新能力,为学生的可持续发展打下良好的学习基础。本人结合制图课的特点,对该课程的教学在以下几方面进行了改革研究与尝试。

  一、以实用、够用为目的,合理调整制图课的内容。

  在制图课教学时数压缩较多的情况下,要打破传统的教学内容和授课顺序,重新选择课程内容,设置有效的教学实训环节,突出与其它学科的联系,注重各学科的相互渗透,不断引入新技术,跟上技术发展的需要。

  1、淡化画法几何的内容。

  画法几何的内容理论性过强,题目抽象,尤其是立体表面取点的内容,学生普遍感到困难,且应用较少。根据够用的原则,可以删去不讲或简讲。重点讲解正投影的基本原理和三视图的投影规律,并加大组合体读图、机件的表达方法及机械图样阅读的比重。

  2、简化立体表面交线的教学。

  立体表面的交线包括截交线和相贯线。这两个内容是整个制图教学的难点,但在实际绘图时碰到这类交线时,一般是采用近似的画法,用圆孤曲线来代替各种复杂的交线。因此,这部分教学内容的调整:在讲授截交线时,只介绍平面立体和圆柱体截交线的画法,对于圆锥体截交线,可作简介或删去不讲。对于相贯线的内容,在实际零件中出现较多的是两圆柱正交和圆柱体与长方体相交两种情况。其它的相贯线:如柱与锥相交等出现的机率较少,在教学中可以只介绍前两种相贯线的近似画法,有利于提高实用性,便于学生学习掌握。

  3、整合内容,优化教学

  制图教学通常是按章节进行讲授,学生所获知识概念是台阶式堆砌在一起,不利于其综合知识的全貌,因此在教学中应淡化各知识的分界,强化整体功能。

  ⑴、将正投影法、基本体的视图、轴测图、组合体、图样的基本表示法等内容进行整合。以体为中心,加强体与视图,体与各章节的联系。其中组合体是基本体与零件的桥梁,在这一节内容中要精讲组合体的形体分析法及其应用,培养学生由视图构画轴测图的能力,使学生在图、物转化的表达过程中逐步提高空间想象力和分析能力。各知识点应互相穿插,融会贯通,有利于提高学生的综合读图能力。

  ⑵、整合标准件、常用件、零件图、装配图等内容。可以通过实用装配体模型来展开对标准件、常用件、零件图、装配图的讨论,培养学生分析问题,解决问题的能力。比如:以铣刀头模型为例,可以观察到螺纹连接情况,引出螺栓,螺钉等连接画法;引出轴与轮的键连接画法;轴的支承导出轴承等,这样从整体装配结构导入,有利于学生系统掌握标准件常用件的作用及装配连接画法以及装配图与零件图的关系。在讲授中要考虑互相穿插、互相渗透、综合概括,这样有利于调动学生的参与性,也有助于提高学生的创新能力、读图能力和拆画零件图的能力。

  ⑶、可适时的加入AutoCAD课程

  在进行到机械图样表达内容时,可以加入AutoCAD计算机绘图知识介绍,让学生在学习手工绘图时,就逐步掌握CAD二维及三维实体建模的新技术。介绍零件图的内容时,可将尺寸公差、形位公差、表面粗糙度在图样上的标注用AutoCAD完成,有利于激发学生的学习积极性,提高教学效率。

  二、改变传统的教学模式,培养学生从三维到二维,再从二维到三维的思维模式,实现从空间到平面的思维转变。

  制图课作为技术基础课,一般都在中等职业教育学校的一年级开设,学生刚初中毕业,没有经过实践的锻炼,头脑中的立体概念较少,因而在投影理论的学习中感到吃力,往往想不出立体的形状。针对学生的特点,介绍投影作图的知识时,采用“先从三维到二维,再从二维到三维的思维模式”来解决传统图学教学中凭空想象问题的方式,具体分三个过程。

  1.学生建立三维空间“体”的过程。

  让学生用橡皮泥等工具照着一些简单的立体模型,捏制各种几何实体,使学生充分了解基本体的形式,感受到型体的虚、实之分和方向之别,明白了体与尺寸的关系,头脑中不断积累了立体的表象,表象积累多了,空间感性知识就增加了,容易想象出空间形体的形状。

  2.由三维空间”体”转二维平面”图”的过程

  由教师启发,引导学生将橡皮泥构制的物体通过推压由厚变薄直至成面,从而形成了平面图形,学生可以照着压成的平面画出图形,并按三个观察物体的垂直方面压画平面图形。这样制图的理论概念“投影”用“压平” 、“视图”用“压平图”来替代更为直观,为抽象的正投影和三视图的形成奠定了基础。学生在压和画中体会了三视图的关系,深刻理解了投影规律的内涵。

  3.由二维平面”图”转向三维空间”体”的过程

  引导学生对照简单的平面图样,想象构造物体,再用橡皮泥捏制出想象的立体。经过反复的构体训练,学生逐步掌握了“二维平面的图”与“三维空间的体”之间相互转换关系和规律。由图构体时,学生将意识中的立体信息用橡皮泥捏制的实物表达出来,这比抽象的凭空想象要深刻的多,也是提高空间想象力的最佳方式,并为后续内容”补缺线”、”二求三”等读图能力打下良好基础。

  在以上的这种“先从三维到二维,再从二维到三维”的思维模式的教学方法,能够起到二维、三维相互渗透、相互融合的作用。由于学生动手参与了“三维体═>二维面═>三维体”的制作转换过程,充分发挥了学生的学习主动性。学生通过反复的练习,形成了空间思维能力。如果教师能将“三维体═>二维面═>三维体”的转换过程,用三维CAD实体建模技术进行配合演示总结,效果会更好,有利于培养学生的空间想象力。

  三、探索现场教学,提高教学效率

  现场教学是将课堂教学搬到生产实习现场的一种教学方法。通过仿真或实际的生产实习现场实施教学过程,使学生能将理论和实际联系起来,提高学生的读图能力和教学效率,巩固教学成果,较好地解决了制图课学完后学生看不懂机械图样的问题。

  现场教学应安排制图内容进入零件图部分,采用制图技能实训形式。实训项目可选择在车床上根据图样加工轴类零件。在该项目训练中,学生观察了轴的装夹、定位、加工外园、内孔、螺纹、退刀槽、倒角的全过程,从而理解了什么是零件的加工位置、轴类零件主视图为何轴线水平放;理解了抽象的概念如:设计基准、工艺基准、定位尺寸、定形尺寸;理解了轴类零件图上尺寸按加工顺序标注等合理标尺寸的原则和技术要求的概念。这与传统教学有着本质的区别,如果只在课堂上讲这些内容,学生看不到实际加工过程,老师讲的再好,也是对牛弹琴。

  采用现场教学时,除了教师演示和讲解零件的加工过程,条件具备时,教师可以指导学生进行加工,效果会更好。

   四.将AutoCAD,三维CAD实体建模等新技术与制图课有机结合,提高教学效率

  如果按照传统的教学模式,老师必须使用大量的实物模型或挂图来辅助教学,以培养学生的空间想象力,在教学时数减少的情况下显然是很困难的。2004年8月在呼和浩特召开的第十四届全国图学教育研讨会中专家们一致认可“三维的引入”是解决传统图学教学中凭空想象问题的最好方式。在常用的教学手段(挂图、实物模型、多媒体课件)的基础上引入三维CAD实体建模新技术是解决教学困难的一种重要手段,对学生学习有很大促进作用。

  1、三维CAD实体建模新技术可以满足课堂教学演示需求.

  实践证明三维CAD实体建模是组合体构形设计的一种先进工具,有助于提高学生的空间想象力。例如相贯线的画法是制图课程的难点,讲授常见的圆柱与圆柱相贯线的画法时,学生总是难以理解相贯线的内容,如果采用三维CAD实体建模中的拉伸、旋转、布尔运算及三维剖视图等方法,就可以把外圆柱面与外圆柱面相贯,孔与孔相贯,圆柱面挖孔相贯的情况直观形象地展现给学生。同时,改变相应的半径值,将两圆柱等径相贯与不等径相贯的相贯线的变化趋势直观地表达出来,学生可以很轻松接受知识,提高了教学质量和效率,突破了教学的难点。

  2.根据教学内容,建立和运用三维CAD实体模型库和图库

  由于机械制图教学内容的空间性和抽象性,教学过程中需要配套的挂图、模型,采用直观的形象教学法。由于长期使用的教学模型和挂图已不能满足教学和生产实践进步的需要,为此教师可以利用三维CAD实体建模的技术建立模型库和图库。

  结合<<机械制图>>教材和习题册中习题,利用三维CAD实体建模设计软件建造虚拟的模型库。三维模型库分为基本体、组合体、零件和装配体组成。建立了虚拟的模型库不但减轻了教师辅导的工作量,克服了实物模型教学的诸多不足,大幅度扩大了课堂的知识容量,提高了教学效率。主要包括以下方面,(1).三维立体模型库;(2)二维平面图样;(3)动画仿真库。利用三维模型可自动生成精确的二维工程图,在二维视图中可以显示尺寸和技术要求注释,二维图样和三维模型之间存在着相互关联功能。这样讲解中不断充实学生的二维和三维之间转换的思维训练,学生的空间想象能力有明显提高。另外利用三维CAD实体建模设计软件提供的工具可以构造零件上的工艺特征,如倒角、倒圆、拔模斜度等,还可以进行材质的渲染.完成零件的建模。讲解过程清晰直观,便于学生接受,收到事半功倍的效果。

  三维CAD实体建模技术引入到传统的教学中不仅是教学手段现代化的体现,而且给较为传统的制图教学注入了新的内涵,对学生空间思维的培养有极大的促进作用。但是要求教师要及时更新知识,掌握实体设计技术,才能在教学中熟练运用。

  结语:

  为培养学生的读图、绘图能力及空间想象力和技术应用能力,以适应现代科技社会对人才的要求。笔者根据中职学生的特点,从制图课程的教学内容、教学方法、教学手段、教学模式等环节上进行了改革、探索和研究,特别强调二维平面“图”与三维空间的“物”相互转化的思维模式,采用“三维的引入”。实践证明,能够提高学生的学习积极性,有利于培养学生的空间想象能力,有利于学生创新能力的培养,有效地提高了机械制图课的教学质量和效率。

  参考文献

  [1]董国耀,李莉.关于图学教育改革与发展[M].北京:机械工业出版社,2000.

  [2]胡建生,彭志强,张力.CAXA实体设计实用案例教程[M].化学工业出版社,2004.

  [3]孙根正.关于制图教改问题的研讨综述[A].中国工程图学学会第十二届全国图学教育研讨会暨第四届制图CAJ课件演示交流会论文集[C].北京:机械工业出版社,2000.

  [4]管巧娟.两种提升制图能力的强效实训法[J].职业教育研究,2008             

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