拆分式组合体模型的研发与在工程图学实践教学中的应用

摘要：本文探讨了“拆分式组合体实训教学模型”的设计思想，模型包括多个具有组合体结构特征的单元体，单元体之间采用磁铁吸力联接成一组合体模型，具有良好的拆分性和组合性。该模型设计的零件素材方案，难易程度有别，以适应不同专业、多方案的需求，将基本立体、截切立体、相贯立体、组合体、图样画法和计算机绘图等内容贯穿于相关实践教学中，重点突出课程体系的有机衔接，应用于工程图学实践教学的实施方案，并取得了良好效果。

关键词：拆分式组合体模型；实践教学；工程图学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）04-0177-02

工程图学课程是研究工程与产品信息表达、交流与传递的学科，工程图作为工程与产品信息的载体，是工程界表达、交流技术思想的语言，同时工程图学也是高等院校理工类学生的一门必修基础课，在工程素质人才培养中发挥着重要的作用[1]。传统的工程图学教学组织严谨，注重基础理论的完整性，但随着学生数的增多、学时数的减少等客观因素的影响，学生对制图知识在生产实际中的应用情况了解得不够深刻，实际锻炼机会有所缺失，往往出现低年级学制图，而高年级做课程设计、毕业设计时却不会画图的现象。出现上述情况的原因之一是没有将制图教学的相关内容与产品设计，特别是现代产品设计的过程紧密联系在一起。因此，在工程图学课程中注重以产品设计过程为线索组织教学内容显得尤为重要。

一、模型研发

1.设计目标。工程图学课程中的组合体内容一般采用将整个组合体作为教学对象，学生根据形体分析法及线面分析法进行画图和读图练习。由于组合体整体实物结构相对单一，学生对物体的多种特征要素得不到充分、广泛地观察，不利于学生逆向思维的提升以及工程实践能力和创新能力的培养。

天津大学教师于2010年独立自主研发了“拆分式组合体实训教学模型”（专利号：ZL2010202087755.0）应用于工程图学的实践教学，其主要设计思想是将基本立体、截切立体、相贯立体、组合体、图样画法和计算机绘图等内容贯穿于相关实践教学中，重点突出课程体系的有机衔接。该可拆模型可增强学生对立体组合方式的认知，培养形体分析与线面分析能力、构型能力和投影绘图能力，对增强学生的工程和创新意识有着重要的作用，而且为后续课程提供必备的基础知识与基本技能，在工程图学教学中有着不可替代的作用。

2.模型设计。拆分式组合体实训模型包括多个具有组合体结构特征的单元体，每套含40余种零件单元，单元体之间采用磁铁吸力联接成一个组合体模型，具有良好的拆分性和组合性。该模型设计的零件素材方案难易程度有别，以适应不同专业、多方案的需求。供拼装的零件单元分为：柱体零件单元、底板零件单元、顶板零件单元和肋板零件单元等，如图1所示。学生可以利用其中的特征单元拼接不同的组合体，且具有实际工程意义的有效形式，如图2、图3所示。在认知多种形体结构和组合方式的同时锻炼了空间思维能力。

二、组合体模型在教学实践中的应用

1.建立分层递阶，深广结合的教学构架。目前“组合体模型”每年面向天津大学机械设计制造及其自动化等专业约100余个教学班学生选用。以先进的教学理念指导教学方法的改革，灵活运用各种教学方法，调动学生学习的积极性，促进学生能力的发展。

“拆分式组合体实训教学模型”教学实施过程主要应用于组合体、物体图样画法、轴测图等教学内容的画图、读图及计算机绘图（二维工程图、三维造型、3D打印）阶段的实践练习模型，也可在基本立体、截切立体、相贯立体等教学阶段选用[2]。作为课程必修、选修、观摩、综合训练、科技大赛、课外实践等多层次实践模式之一，使学生在课程学习中有所发现，有所创造，有利于激发学生的创造激情和个性发展。采用研究型的教学方式，增强了学生自我拓展知识的能力。改变了单纯由教师传授知识、学生接受知识的传统教学方式，结合不同阶段的教学内容，布置一些开放性的训练题目，强化对学生创新意识的培养，鼓励学生通过研究问题，自觉拓展知识，最终解决问题，达到个人实践能力与创新能力的提高。实践教学新模式不仅使工程课程基础知识提炼得更精，横向的知识面更宽，而且使工程图学课程内涵得到提升，在工程教育创新人才培养中可发挥更大的作用。

2.实施效果。本模型在实践教学中的实施能够体现“厚基础，宽口径”的人才培养模式的要求，强调素质、基础和知识拓展能力，突出实践性和对知识的运用能力的培养，面向后续课程，面向个性培养，有利于营造培养学生具有扎实的图学理论基础和工程创新能力的教学体系，可实现从图形理论到结构设计的延伸，从绘图技能到设计思维的跨越，引导学生从注重“考试结果”向注重“学习过程”转变，增强学习的主动性。在近年的天津市“投影制图竞赛”和“CAD”竞赛中获得一、二、三等奖等奖项的学生约50余名，并且在后续的“机械设计创新大赛”等赛事中屡获佳绩。

三、结语

组合体模型为教师在教学过程中利用形体分析法培养学生的空间想象力和创造性思维，将图形理论与实践有机结合提供了行之有效的载体，大大激发了学生的学习热情和工程兴趣，学生实践能力和动手能力由此获得了较大的提高。对学生实践能力的培养模式，得到了全国工程教育专业认证专家委员会委员的高度评价，作为天津大学工程图学课程的亮点，建议在高校制图课中参照推广。

参考文献：

[1]徐健，等.机械制图（非机类）[M].天津大学出版社，2007.

[2]姜杉，等.机械制图习题集（非机类）[M].天津大学出版社，2007.

Development the Detachable Combination Model and Application in the Engineering Graphics Practice Teaching

XU Jian1，HE Ting-ting2，JIANG Shan1，YANG Lin3，XU Hui3

（1.Mechanical Engineering College ，Tianjin University，Tianjin 300072，China；

2.National Clothing Quality Inspection & Supervision Center （Tianjin），Tianjin 300384，China；

3.Beijing School of China University of Mineral & Technology，Beijing 100083，China ）

Abstract：This article discusses the design idea of detachable combination practice teaching model. The model includes multiple elements of combination structure characteristics. We can connection between elements into a combination model by magnetic suction. There are good separation and combination. The parts plan is different from level，to adapt to the needs of different professional and more solutions. The basic solid，truncated solid，Intersection solid，combination solid，pattern drawing and computer graphics and other related content through practice teaching. The course system is organic linked. The implementation plan which be applied in practical teaching of engineering graphics，achieved good effect.

Key words：detachable combination model；practice teaching；engineering graphics