基于虚拟技术的《机械制图》教学改革构想与实践*

李洁（泸州职业技术学院 四川 泸州 646005）

基于虚拟技术的《机械制图》教学改革构想与实践*

李洁
（泸州职业技术学院 四川 泸州 646005）

为培养适应新形势的高级技能型应用人才，创建虚拟模型库，并利用UG和Pro/ENGINEER软件创建通用机械零件的虚拟模型，进行机器的三维装配和运动仿真，构建基于虚拟装配的《机械制图》虚拟实验教学模式，改革教学方法，激发学生的学习兴趣，为后续课程打下基础。

虚拟技术；机械制图；教学改革；构想

《机械制图》是高职机电类专业学生必须掌握的一门实践性较强的技术基础课，其主要任务是培养学生具备识读和绘制中等复杂的零件图、简单装配图的能力。高职学生学习《机械制图》的一大障碍就是缺乏空间想象力，这使学生感到学习《机械制图》很困难。尤其是在学习零件图和装配图时，由于高职学生抽象思维能力一般不强，无专业工作经历，在校“见识”机会又少，在书本和黑板上见到一些机构和零件图，他们无法与实际工作中的实物联系起来。因此，在教学中首先应解决学生的感性认知问题。

对此，我们创建了虚拟模型库，利用UG和Pro/ENGINEER软件对工程中的一些典型机构进行虚拟零件的创建，并采用虚拟装配和动态演示的方式构建了《机械制图》虚拟实验教学模式。通过产品的运动模拟，学生可清楚认识机械零件的机构运动规律及其工作原理，更容易理解机械零件的二维设计图，提高学习兴趣，为后续课程的学习打下基础。

《机械制图》教学现状

在传统的《机械制图》教学中，教师采用大量板书、板画，再加上挂图、实物模型进行课堂教学，教师讲起来费劲，学生听起来也很吃力，教学效果并不理想。

随着计算机科学技术的迅猛发展，目前，国内高职院校《机械制图》课程大多已将《机械制图》与《AutoCAD》进行了融合，应用计算机辅助绘图平台，创建虚拟模型库，用三维空间培养学生的想象力和创造力。但利用AutoCAD的实体造型功能创建的虚拟实体还只能给学生呈现直观的三维动态对象，并未真正实现机械零件及其装配构型的三维实体动态演示教学，学生难以想象出机器的装配构型和运动关系，仍不易学会读、绘装配图。

通过对我院机械系2008、2009级学生的调查发现，目前《机械制图》教学主要存在以下问题：（1）学生总体素质较差，缺乏空间思维能力，对《机械制图》教学难以适应；（2）在分析几何形体的结构以及讲解机件表达方法时，缺乏形象生动的教学手段；（3）教师教学观念、教学方法存在差异，部分教师在教学上以教师为中心，以知识传授为主，没有探讨出体现个性化、灵活的教学方法，面对众多后进生，感到无所适从，只是一味抱怨，这种以教师为中心的行为教学模式不利于学生学习能力的提高；（4）实践机会少，“闭门造车”使教学脱离实际；（5）绘图软件太单一，不利于学生能力的提高。

为了更好地激发学生学习《机械制图》课程的学习兴趣和学习主动性，我院教师一直在寻找更好的教学方式，而虚拟现实技术给我们提供了很好的平台。运用虚拟现实技术，可把学生感到抽象难懂的内容用直观形象的虚拟模型展示出来，并通过虚拟装配和动态演示方式给学生呈现出较真实的运动关系。这样，可大大激发学生的学习兴趣，提高学习效率。运用虚拟现实技术制作的课件与传统课件相比交互功能更强，传输速度更快。

改革的思路

我们结合本院各专业特点和用人企业的要求，将专业必需的制图知识进行优选重组、整合，在课程体系、教学内容、教学方法、考核手段等方面进行了大胆改革。课程整合时，淡化理论，突出知识的应用，强化理论与实际的紧密联系和能力培养，并将工程实例引进课堂，利用计算机辅助平台，通过虚拟装配和动态演示方式增强学生的感性认识，围绕学生职业能力需求和国家职业资格考试大纲设计实践教学内容，有效促进了学生实际技能的提高，使课程具有很强的实用性，更好地体现了高职高专的办学特色。

通过改革，重点培养学生的以下能力：（1）空间思维和几何抽象能力；（2）绘制和识读零件图及装配图的能力；（3）利用现代设计技术进行工程设计与表达的能力；（4）自学能力。

改革的内容

（一）构建新的教学体系

通过借鉴国内高职院校《机械制图》课程的教学改革成果，并结合用人单位对课程的教学要求，我们对本课程内容进行了较大幅度的改革。改革主要表现在以下几方面：（1）将画法几何内容适当削减，删减点、线、面的投影分析部分，在教学中突出体的地位。画法几何的点、线、面是空间几何物体的抽象，我们尽早引入体的概念，尽量将抽象的点、线、面与立体联系起来。（2）突出图示法，削减画法几何图解部分，如投影变换求一般位置直线实长及一般位置平面实形、平面与直线的交点等不再讲授。（3）降低画法几何中截交线及相贯线内容的难度，只要求学生掌握其概念、画法和大致趋势。（4）调整教学内容，把三维设计技术融入《机械制图》教学，加强学生对三维形体的想象、构形、分析、表达的能力以及三维形体和二维图形相互转化的能力。（5）在零件图部分采用案例教学法，将工程中典型机构以虚拟装配形式演示给学生，再以机构中的典型零件为案例进行零件图的绘制和分析。表1为《机械制图》课程的教学安排。

表1 《机械制图》课程学时及内容安排表

这样，通过对《机械制图》课程教学内容的调整，构建了适合高职特点和学生认知规律的《机械制图》教学模式。通过遴选工程中典型机构，开发典型机构产品案例库，并对机构进行虚拟装配和动态演示，从而形成了一套《机械制图》虚拟实验教学模式，更有利于基础课与专业课程融合。

（二）改革教学方法

长期以来，课堂讲授、课后学生做作业、理论课后再进行实验教学是各院校专业课程的一般教学模式。这种教学模式不利于培养学生的创新思维能力。因此，应改变这种传统的教学模式，尽量多给学生留下思考的时间和动手的机会。

结合《机械制图》教学现状，为了满足机械类专业培养高级技能型人才的需要，我们对《机械制图》的教学模式进行了一定的改革。（1）改变传统的挂图教学模式，引进虚拟技术；（2）根据学生的个体差异，实行分层教学；（3）改革成绩考核方式，综合评定学习成绩；（4）注意理论与实践相结合，加强实践性教学，着力培养和提高学生的动手和创新能力；（5）精讲多练，提高学生的空间想象力。

（三）创建虚拟模型库及典型机构

为帮助学生增强感性认识，达到空间思维能力培养的目的，在《机械制图》教学中使用模型是必不可少的。但传统的模型存在携带不便、数量有限、色彩单调、不便于学生课后自学等不足。我们利用AutoCAD的实体造型功能，将习题中的相关实体创建出来，构建虚拟模型库，并将其上传到互联网上。这样，使得在教学中对知识难点的讲解更加清晰、生动、形象，教师可以针对不同的教学对象、教学要求调整现有的模型，按需求造型以及修改模型。建立虚拟模型库后，学生在课后自学过程中遇到困难，可通过校园网进入虚拟模型库，找到习题对应模型，进行三维观察，辅助完成课后练习，从而方便学生课后自学。

对零件图和装配图部分，由于高职学生缺乏实践经验，对装配体的结构、工作原理、零件间的装配、连接关系及主要零件的结构形状都缺少感性认识，普遍感觉学习比较困难。我们结合各专业的特点，分别遴选两到三个典型机构，利用UG和Pro/ ENGINEER提供的装配机构模块和动画模块，将机构中的各零件制作成三维实体，再把多个三维实体零件装配在一起形成装配体，并对装配体进行了模拟装配和动画演示。

为了适应社会生产变革的需要，必须加强《机械制图》课程的改革，对原有课程调整、合并、精简，对学生加强轴测图、草图绘制和计算机绘图技能的训练，以及标准意识的培养，使学生自觉贯彻最新标准。我们在《机械制图》课程中融入计算机绘图、三维数字建模相关知识，在教学内容与教学方法上进行改革，重新调整了本课程的发展方向，优化了学生的知识结构，加强了工程技术基础知识的传授。此外，“三维实体造型”内容的引进，进一步丰富了《机械制图》教学的内涵，为在开发学生创新能力培养体系中确立本课程的基础地位发挥了积极的作用。

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G712

A

1672-5727（2011）09-0167-02

李洁（1973—），女，四川泸州人，泸州职业技术学院副教授，主要从事机械基础系列课程教学与研究。