基于SolidWorks的《机械制图》教学改革与探索 机械制图答案

　　机械制图是机械专业、工科类专业学生必修的基础课，是专业课程的前沿课程，也是一门实践性较强的技术基础课，对后续专业课程的学习会产生重要的影响。《机械制图》课程的重要任务之一就是培养学生的空间想象能力和形体认知能力，从而提高识读、绘图能力。在传统课堂教学中，教师一般采用的方法是利用实物模型、挂图或者多媒体课件进行辅助教学，而这些方法都存在一定的不足，笔者尝试在《机械制图》教学中应用SolidWorks软件进行辅助教学，优化了教学方法，增强学生空间想象与思维能力、创新能力、工程意识，取得良好的教学效果。
　　一、传统教学方法的不足
　　在《机械制图》课程教学中，教师通常采用挂图、实物模型或多媒体课件进行辅助教学。挂图是平面图形，不直观，难以体现立体感；采用实物模型时，由于模型体积小，学生无法看得清晰，且模型的结构是唯一的，无法改变，有一定的局限性，教师经常为了讲授一节课准备多个模型，搬运和演示都非常麻烦，无法实现实物与视图的快速转换，浪费了大量的课堂教学时间。采用多媒体课件进行教学时，难免出现所选用的课件内容不适合授课内容或教师授课方式的情况，例如当教学过程中演示课件给学生看，学生对某些问题需要进一步的解释或深入理解时，教师往往又不得不重新使用板书绘图讲解。若教师自行制作课件又要花费大量的时间，因此应用课件教学也存在一定局限性。
　　二、应用三维工程软件辅助教学的优势
　　目前在我国制造业普遍使用Pro/ENGINEER、SolidWorks等三维工程软件，因此在各机械专业中也设置了此方面的教学内容。教师在采用三维软件平台进行《机械制图》辅助教学时，由于软件自身所展示的三维实体环境更利于学生认知与理解，教师也可以根据实际情况随时针对学生的问题建立三维模型，使学生迅速、准确地学会相应的知识。可以说，从学生角度和教师角度都得到了方便，同时也为学生今后学习三维工程软件使用奠定了基础。
　　三、SolidWorks在机械制图教学中的应用
　　1．在投影理论中的应用
　　在引导学生开始学习《机械制图》时，最大的难点在于如何让学生理解正确的投影方式。在传统教学过程中，教师要使用挂图和模型，而使用SolidWorks软件辅助教学时，只需通过各视图的动态切换或利用多个视口来观察各视图之间的点、线、面投影关系，这种方式既形象，又直观，可以很好地使学生理解单面正投影和多面正投影所产生的视图、正等轴测图形成的原理与过程，简化了授课内容，使学生印象更加深刻。
　　2．在读组合体视图中的应用
　　在机械制图中要培养学生对三维空间的认知能力，读组合体视图是重要的内容。例如，在学习绘制切割型组合体视图时，教师可使用软件在课堂上一步步地切割建模，让学生充分了解切割过程，特征树中回放步骤功能更能使教师达到灵活讲解的目的。课堂上这种演示叠加型组合体的形成过程及切割型组合体视图的切割过程，使学生印象深刻，同时也培养了学生的空间想象能力。又如在，根据已知组合体两个视图求第三个视图，或补齐视图中缺线的练习中，学生经常由于对三维空间理解能力不够而做错题目，若不能提供相应的组合体实物，而是只泛泛讲解答案，学生是难以理解的。这时若用SolidWorks软件现场绘制立体模型展示，学生会一目了然，疑难问题也会迎刃而解。例如图1所示的组合体视图，根据这两个视图，学生很难想象这个零件的三维形态是怎样的，因此很难画出第三视图，在笔者所教授的制图课中，许多学生对于这个典型问题在读图过程中出现了失误，难以绘制出正确的第三视图，而通过SolidWorks软件的使用，演示零件的建模过程，加深学生对组合体形成过程的理解。零件模型绘制好后可通过软件的多个视口功能，同时展示三视图及轴测图，各视口中的视图间的点、线、面一一对应、一目了然，也可以对零件进行旋转操作，使学生从各个角度都可以直观地观察到该零件的三维模型，第三视图也就很容易求解了，如图2所示。
　　此外，在相贯线的教学中用SolidWorks软件进行教学能使内容直观性增强，学生容易掌握。例如两圆柱相交、两圆柱孔相交、在圆锥表面上打直孔等，只需绘制出两圆柱孔相交、圆锥和圆柱孔相交的立体图，相贯线会自动产生。如图3所示，两个圆柱正交时，可通过改变它们的相对大小来观察相贯线的形状和位置的变化，这样使学生很容易观察到相贯线的变化，从而更好地理解这一内容。同理当两圆柱孔相交时，也可建出模型，采用剖面视图的形式来观察孔内部相贯线的形状。在讲解相贯线画法时，可以很方便地在软件中指出相贯线上的一些特殊点的位置，便于黑板作图讲解。这种灵活展示模型的教学方法使学生更容易理解，从而掌握知识的重点和难点。
　　3．在剖视图中的应用
　　在讲解剖视图中，受实物模型的限制，无法较直观地向学生表达模型的内部结构，通过使用SolidWorks软件，可以直接创建零件模型，通过采用剖面视图的形式来获得剖视图，学生很清晰观察到实体的内部或外部结构，剖视图画法中的难题也迎刃而解。如图4所示的装配体模型，若直接讲解剖视效果，学生想象不出其内容结构，但是在SolidWorks软件中，生成该模型的剖视图时，学生立即理解了该模型的内部结构和各零件间的装配关系，如图5所示。
　　4．在读装配图中的应用
　　在讲解零件的装配关系时，应用SolidWorks软件的装配功能及爆炸视图工具能取得很好的教学效果。在SolidWorks软件环境中可应用装配功能进行各零件间的配合，这样使教师更易讲解装配图中各零件间的相互位置关系及配合方式，并可以通过SolidWorks Animator功能制作动画，将零部件的装配过程录制成动画，学生可通过动画演示直观的看到零件的装配过程，进一步理解各零件间的装配关系，对装配过程有了更加深入的理解。同样可通过SolidWorks Animator功能制作爆炸动画，形象生动地展示爆炸及零部件之间的相互关系。如图6所示，在SolidWorks软件中生成了零部件的爆炸视图，有助于学生对装配过程的理解，提高阅读装配图的能力。
　　在机械制图教学过程中，由于空间想象能力有限，学生对某些难点学习起来较吃力，这时在教学中使用SolidWorks软件辅助教学，将二维视图的概念转换为三维形态，便于学生对难点的理解，同时也能培养学生的空间想象能力，通过教学实践，这种方法取得了很好的教学效果，是非常适合教学的。
　　（作者单位：广东省中山市技师学院）
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