形象教学法在机械制图教学改革中的应用探讨

[摘 要]机械制图是工科院校重要的技术基础课，其研究对象实践性强，理论方法抽象，所以学生的学习效果差，这一直困扰着广大制图教师。利用三维绘图软件和网络资源库，在课内外实施形象教学法，能在快速培养学生空间想象力、激发学生创新意识、提高学生工程应用能力方面起到很大的促进作用。

[关键词]形象教学法；机械制图；教学改革

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）06-0119-02

一、 形象教学法在制图教学中的意义

机械制图是工科院校重要的技术基础课，其研究对象实践性强，理论方法抽象，所以学生的学习效果差，这一直困扰着广大制图教师。究其原因有二：一是制图课涵盖了机械专业多领域的内容，但课程开设在第一学期，此时学生没有任何专业知识的铺垫和积累；二是空间想象力的建立需要一定的过程，造成学生对制图课的评价是“抽象难懂，没兴趣”，专业课教师及企业也一致反映学生做完设计后不能正确表达。

目前，机械图的二维表达在我国的制造业中仍占相当大的比重，即使在技术先进的大型国企，虽然三维设计-三维制造占据了主流，但技术人员在设计过程中，对二维图纸的识图能力仍是三维设计的基础。因此，培养学生的二维表达能力依旧是制图课的重中之重。

我们在多年的教学中摸索出一套行之有效的“形象教学法”，即将枯燥的理论知识通过实物、图像直观地表现出来，以增强内容吸引力，激发学生的学习兴趣。形象教学法建立在“体-图”思维方式的基础上，它改变了传统教学 “图-体”的方式，符合从感性到理性，从具体到抽象的认知规律，让学生在直观、形象的教学环境下，接受理论，得到启发，效果显著提高。

二、在课堂教学中的应用

在传统教学中，二维和三维的转换，主要通过教师引导、学生想象，逐步建立起机件的虚幻影像，空间想象力较差的学生几乎不可能完成。多媒体课件可以通过图片的形式将空间结构展示给学生，但这只是把静态的结果直接灌输给学生，对培养学生空间想象力效果不好。课堂上的形象教学法是建立在Pro/ENGINEER的基础上，实时进行建模，可使复杂形体的形成过程直观化、形象化，课堂教学变得生动有趣，从而激发学生对空间结构的求知欲望和学习兴趣。

（一）三维建模

1.基本体。基本体是构形零件的基础，在讲述基本体分类时，通过平面“拉伸”演示棱柱的形成过程，通过素线“旋转”演示回转体的形成过程。在课程伊始就引入ProE，其目的是尽早让学生建立实体建模的概念，为零件的构形设计奠定基础。生成基本体后，将面融入其中，可大大降低其抽象性。引导学生观察立体的表面，总结出各种位置平面，并在三视图中找到其对应投影，最后提炼出各种位置平面的投影共性。表面取点是基本体投影中的难点，在空间想象力不足的情况下，学生很难将表面上点的空间位置与视图中的投影位置对应起来。此时可以利用软件中提供的front、top和left三个不同视图方向，边操作边让学生观察，这样学生很容易就建立了三维和二维之间的对应关系。

2.截交线和相贯线。截交线和相贯线复杂且形状多变，学生普遍认为这是制图的一大难点，由体到图的形象教学法在这个知识点上的优势最为显著。首先是截交线，利用ProE中“去除材料”对基本体进行截切，通过改变创建辅助基准面时的角度或位移参数，可以得到各种形状的截交线，在线框显示模式下学生可以直接观察到它在三视图中的投影，先接受现实，再通过表面取点进行理论求解，学生就易于理解；对于相贯线，如正交两圆柱，通过变化其中一个圆柱的直径，在线框模式下让学生观察两圆柱的直径差对相贯线形状和方向的影响，对其变化趋势加深印象，然后引导学生首先观察柱面有积聚性时相贯线的投影确实是圆，再观察柱面无积聚性时相贯线的投影形状，学生对理论的求解结果就自然而然地接受了。

3.线面分析法读图。线面分析法读图是又一大难点，用不同位置的平面从不同方向对长方体进行切割，产生的交线会围成多个形状复杂的表面，致使切割体的形状异常的抽象难懂。在传统的教学中，要求学生根据两个视图想象这些复杂表面围成的空间结构，再补画第三视图，这种逆向思维给学生带来很大的困惑。利用ProE演示长方体的切割过程，学生可动态观察到每切一刀会产生什么样的交线，它对上一刀所得交线的影响，以及这些交线构成的新表面的形状和位置。再从三个方向观察这些表面的投影，通过由体到图的正向思维过程，学生就容易将复杂切割体的三维和二维联系起来，这可以大大降低线面分析法的抽象性。

4.剖视图。在机件的表达方法中，对剖开之后的形状，学生一般能想象其大概的轮廓，但一些细部结构，如剖切平面后面的可见轮廓总被忽略，因此所画剖视图中存在很多细节上的错误。为解决这个问题，教师在讲授剖视图画法之前对多个形体（课前准备好）进行剖切演示，让学生直观观察到零件剖开之后剖切区域的形状，以及剖切面后面的轮廓，学生有了形状的积累之后再学习画法，不论是学习效率还是学习效果都会有所提高。

5.尺寸标注。学生对组合体尺寸标注中的“完整性”总是把握不好，错误集中在几个方面：（1）少尺寸；（2）多尺寸，不该标注的位置（如截交线、相贯线等）标尺寸；（3）定位尺寸的基准选择不合理。为此，在掌握国标关于尺寸标注的规定后，教师在ProE中一步步演示组合体的建模，调动学生积极参与到建模过程中来。首先是基本体的定形尺寸：在二维草图阶段，引导学生考虑每个图元需要怎样的尺寸才能将其绘制出来，再加上拉伸的高度尺寸，这样学生对基本体的定形尺寸个数就清楚了；接下来是基本体之间的定位尺寸：在创建了作为基准的基本体后，创建下一个基本体时要先创建辅助基准面，此时引导学生考虑基准面的创建需要什么参数（这就是两个基本体之间的定位尺寸）；遇到基本体的挖切，引导学生考虑下刀的位置（即截平面的定位尺寸），一旦切割之后学生会注意到交线是自动产生的，其形状和大小完全取决于截平面的位置。这样学生就深刻理解了只要正确标注了截平面的定位尺寸，截交线的尺寸标注就属于多余尺寸。这个演示过程与传统教学相比不会增加学时，而效果却是传统教学法无法比拟的。

（二）三维装配

画装配图和读装配图对学生来说都有较大难度。在传统教学过程中，画装配图时，部件的组成和工作原理只能通过装配示意图来讲解，对于没有任何工程实训的学生来说，这无异于纸上谈兵；模型教具所起的辅助作用也是微乎其微。这一部分如果讲解不透彻就会导致学生在确定表达方案时无从下手，装配图的画法也会错误百出。读图时，简单部件尚可处理得当，但对于一些较复杂的部件，学生很难将其联系在一起。另外，一些箱体类复杂零件的结构想象也不全面。针对这两方面的问题，利用ProE中的装配模块，将事先建模的各零件逐一调入并按一定的约束方式进行装配，接下来将装配体通过“视图分解”并“编辑位置”，可以生成部件爆炸图，让学生清楚地观察到部件的组成及各零件的形状。再进入机构界面，添加伺服电机，选择主动件的轴线作为运动轴，设置电机的转速，单击“机构分析”工具，接受默认设置，单件“运行”按钮，即可观察部件的运动仿真。通过软件的模拟装配和运动仿真，学生对相关知识能够深刻理解，为画图和读图奠定基础。

（三）加工视频

绘图建模只适用于几何模型，用来培养学生的空间想象力。制图教学的另外一项任务就是要培养学生的工程应用能力。制图课的服务对象是产品设计和制造，而金工实习等实践教学环节都是安排在制图课之后，现场教学因为场地、资金、及教辅人员等问题，目前也不具备实施的条件。这样学生的课程目标不明确，导致不能学以致用。在课件中适当穿插一些短小的加工视频，可以最大限度地弥补这一矛盾，模拟现场教学。另外视频可以使学生对表面粗糙度等加工信息有深刻的印象，这是静态二维图和软件建模无法比拟的，这还对培养学生的工程应用能力起到很大的辅助作用。

三、在课外教学中的应用

要想能正确运用视图来表达设计结果，学生需要在课堂学习的基础上，辅以大量的课外自学和练习。为弥补课外教师面对面辅导的缺失，我们逐渐完善了网络教学资源库，学生可通过校园网的教学平成课前的自学和课后的练习。资源库中的三维模型库可以补充课堂内建模数量的不足，让学生尽量多地积累各种形状，充实头脑，提升空间想象力，培养学生的创新意识；三维动画库，能演示部件的装拆过程，模拟部件工作原理；视频库，可以使学生在接触零件加工方法的同时，对各种机加工设备有所接触和认识，为后续专业课的学习奠定基础，解决了制图课与专业课的脱节问题。

四、结语

采取课堂与网络有机结合的教学手段，将形象教学法贯穿于制图教学的整个过程中，能提高学生对制图课的学习兴趣，对培养学生的创新意识、自主学习能力和工程应用能力起到很大的推动作用。随着教学改革的深入，还需要不断充实、完善网络资源库，并进一步解决学生利用网络资源库的方便性和快捷性，使学生受益的深度和广度进一步扩大。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 杨美平.论形象教学法[J].中国电力教育，2010（24）：68-69.

[2] 裴善报.基于Solidworks 的机械制图教学应用研究[J].科技信息，2011（22）：433-435.