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高職機械類工程圖學課程的三維化改革
江陰職業(yè)技術學院機電工程系 張良 2021/2/23 8:41:14
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解決微觀層面上項目化教學實施過程中具體的流程編排問題�，F(xiàn)有教材中的三維建模部分基本上采用根據(jù)二維工程圖來進行建模的方式，在教學實施過程中需要讀懂二維工程圖才能進行下一步建模工作，而作為制圖課程教學難點的工程圖識讀還是會成為學生進行三維建模的障礙。課題針對項目教學的實施流程進行改革，每個項目都按照“建模、識讀工程圖、生成二維工程圖和抄畫工程圖”的四步教學法來進行教學。第一步的建模不是根據(jù)二維視圖來進行，是根據(jù)給定零件實物進行三維建模，只需對零件做簡單的尺寸方面的測繪，對尺寸精度不做過多要求，甚至一開始給定標注有完整尺寸的零件立體圖作為建模對象。第二步的識讀工程圖，以零件圖（后期是裝配圖）為對象，對照已建模型理解視圖表達，講解尺寸標注和其他技術要求等相應的制圖國家標準。第三步，由模型創(chuàng)建工程圖。這一步的重點是生成符合國家標準的零件圖和裝配圖，也就是解決由軟件創(chuàng)建工程圖時的合規(guī)性問題。第四步是尺規(guī)抄畫零件圖，徒手抄畫立體圖（正等軸測圖）。對于這種給定實物（或給定帶尺寸的立體圖）進行建模的教學模式，學生沒有畏懼感，建模階段把精力集中在建模技巧上，然后轉成二維圖，再進行二維視圖的抄畫和識讀。由三維到二維的轉換更加符合一般的思維模式。通過這種方式引入三維軟件的造型和創(chuàng)建工程圖功能，解決學生讀圖難畫圖難的問題。
無論制圖改革往哪個方向走，都不能離開課程核心的“構型、讀圖、表達與制圖”4個基本能力的訓練[1]。在四步教學法中，就特別突出了4個基本能力特別是核心的構型與表達能力的訓練。首先是構型與讀圖能力，在第一步建模步驟中，分兩個階段進行。第一階段是給定帶尺寸的立體圖來進行建模，第二階段是給定帶尺寸的三視圖或零件圖進行建模。第一階段根據(jù)立體圖建模，結合組合體形體分析，分析立體的結構特點，是疊加類、切割類還是綜合類，然后確定相應的建模方法，是使用拉伸命令還是拉伸切除命令。這個建模過程就是形體分析在軟件中的再現(xiàn)過程，訓練學生構建空間形體的能力。第二階段的由三視圖或零件圖進行建模，實際上主要訓練的是讀圖能力，并將讀圖結果在軟件中再現(xiàn)，此時讀圖者關于立體的信息和軟件的建模過程相互驗證、修正并完善，可以幫助學生比較高效地提升讀圖能力。其次是表達與制圖能力，現(xiàn)階段的行業(yè)企業(yè)對于尺規(guī)作圖的需求已經(jīng)很小，加工類企業(yè)更加注重于零件圖的閱讀能力，而制造類企業(yè)在設計時通常采用三維設計，然后由三維模型創(chuàng)建工程圖。所以在四步法的教學中，由三維模型創(chuàng)建工程圖是一個很重要的環(huán)節(jié)�？紤]到設計表達的需要，四部法中在第四步訓練學生繪圖技能，重點訓練徒手繪制正等軸測圖的能力。這樣的話，綜合考慮現(xiàn)階段周邊地區(qū)裝備制造類企業(yè)的各類崗位情境，設定相應使用場景，將崗位所需技能結合三維軟件融入工程圖學的教學實施步驟中。
四、開發(fā)助學軟件，拓展教學手段
制作了“機械零部件虛擬模型庫”軟件，獲得第十四屆全國多媒體課件大賽二等獎。在模型庫基礎上開發(fā)了“機械零部件圖紙素材庫”軟件。能夠同時進行三維零部件和配套工程圖樣的展示。系統(tǒng)以軟件的形式封裝，對操作環(huán)境無任何依賴，在沒有安裝二維和三維CAD專業(yè)軟件和瀏覽器的環(huán)境中也可以直接運行[2]。兩個軟件已經(jīng)完成電腦安裝版，學生可以在電腦上隨意瀏覽三維零部件以及相應的工程圖樣，從容研習組合體三視圖、零件圖和裝配圖，培養(yǎng)空間構形能力從而提高閱讀工程圖能力。下一步目標是一個是完善“機械零部件虛擬模型庫”和“零部件圖紙庫”軟件，增加功能模塊，提高易用性，第二準備開發(fā)應用于智能手機的APP，讓學生可以利用手機進行碎片化學習。在長期教學實踐中，所開發(fā)軟件不僅用于機械制圖的教學，還作為機械類專業(yè)課程教學的助學軟件來使用，拓展了課程教學手段，教學效果良好。
五、三維軟件引入工程圖學課程涉及的幾個問題
通過上述四個措施，對機械類工程圖學課程進行了三維化改革。特別是作為課程教改核心的四步教學法，每一步的對象都是具體的，不需要抽象的制圖理論和讀圖技巧，按照四步教學法學習完任意項目單元，學生很自然地掌握了建模、讀圖、創(chuàng)建工程圖以及徒手繪制立體圖的方法。同一流程在不同單元反復練習，受教者的各項技巧不斷完善，直至完全掌握。
三維軟件融入制圖教學的過程中，還是存在一些問題。原因是Solidworks并非國產(chǎn)軟件，從建模思路到工程圖標準等方面與制圖國家標準存在差異。具體教學中以下幾個方面需要加以明確。
1．坐標體系不一致
制圖課程的坐標體系與Solidworks的坐標體系不一致。建模的最終目的是出工程圖，建模前一定要分析清楚擬建模型在軟件坐標體系中的擺放位置，在哪個基準面上繪制草圖，向哪個方向拉伸，這個涉及模型處于第幾象限。另外擬建模型在軟件坐標體系中的擺放方向，也會影響后期（未完，下一頁）
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