黃燕鈞（梧州學(xué)院）

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基于立體化教學(xué)的機(jī)械制圖課程實(shí)踐平臺設(shè)計

黃燕鈞
（梧州學(xué)院）

摘要：學(xué)好機(jī)械制圖是走進(jìn)機(jī)械大門的第一步，擁有各種各樣的輔助學(xué)習(xí)工具和方法，然而更需要一個可以動手實(shí)踐的平臺來加深學(xué)生對知識的理解。機(jī)械制圖課程實(shí)踐平臺則可以為學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖提供幫助。學(xué)生通過自選型腔模塊，用橡皮泥填充，可以做出任何想要的模型，然后通過投影得到相應(yīng)的視圖。如果發(fā)現(xiàn)投影得到的視圖與要求的不一致，可以重新做一次，直到正確為止。實(shí)現(xiàn)了由圖到物和由物到圖的雙向功能，不但大大減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和空間想象能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；模型；投影；實(shí)踐

機(jī)械制圖是進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)機(jī)械專業(yè)的第一門課程，為后續(xù)的專業(yè)課程打基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)的過程中，雖然課堂有老師的PPT講解，三維軟件的建模或者是用木模演示，但這畢竟有很大的局限性。這些只是針對書本上的例子來舉例，可能學(xué)生聽過后會明白，但一到課后練習(xí)或遇到難一點(diǎn)不會做的題目時，由于剛接觸這門課程，空間想象能力不是很強(qiáng)，所以會束手無策。為此，對機(jī)械制圖課程改革進(jìn)行了很多方面的研究。在這種情況下，有必要設(shè)計一個立體化教學(xué)的機(jī)械制圖課程實(shí)踐平臺，通過機(jī)械制圖課程實(shí)踐平臺，學(xué)生可以根據(jù)所給的視圖，選取相應(yīng)的型腔，做出想要的實(shí)體模型，通過對比投影視圖，得出所需答案。機(jī)械制圖課程實(shí)踐平臺的意義在于，它可以充分調(diào)動學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，通過自己實(shí)際動手操作，解決學(xué)習(xí)中的疑難點(diǎn)，加深學(xué)生對課本知識的理解。

機(jī)械制圖課程實(shí)踐平臺的構(gòu)思：機(jī)械制圖課程是機(jī)械專業(yè)的基礎(chǔ)課，同時也是電機(jī)類專業(yè)的必修課。本著為學(xué)生能更好地掌握制圖的這門課程而設(shè)計的實(shí)踐平臺。

針對學(xué)生剛接觸這門課程時，不能準(zhǔn)確地在腦海中將零件的三視圖對應(yīng)的三維立體圖想象出來，導(dǎo)致在看圖、識圖到畫圖的整個過程中存在困難。比如，在學(xué)習(xí)相貫線或其他組合體，或者是通過兩個視圖，想出立體模型，再畫出第三個視圖等這些知識難點(diǎn)時，需要學(xué)生充分發(fā)揮空間想象能力，初學(xué)者一般達(dá)不到此要求。因此，我們的機(jī)械制圖課程實(shí)踐平臺可以輔助學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程。本實(shí)踐平臺由兩大部分組成，即機(jī)械模型實(shí)踐部分和投影儀部分。前者包括操作底板，型腔模塊，橡皮泥；后者包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，無線模塊，電動機(jī)驅(qū)動模塊及燈光系統(tǒng)。學(xué)生可以根據(jù)零件的三視圖，合理選擇型腔模塊，用橡皮泥填充并壓緊，得到相應(yīng)的實(shí)體模型，加深對投影知識的理解，最后還可以放到投影臺進(jìn)行投影，體驗一下正投影的感覺。本實(shí)踐平臺可以實(shí)現(xiàn)零件三視圖和三維實(shí)體之間的雙向知識流動。下面介紹實(shí)踐平臺的設(shè)計過程：

一、機(jī)械模型設(shè)計

結(jié)合工程實(shí)際中典型的形體結(jié)構(gòu)，做出型腔模塊。通過選取所需的型腔模塊，放在操作底板上，逐漸填充橡皮泥，用塑料棒壓緊，完成后取出模型。對于相貫?zāi)Ｐ?，分兩步進(jìn)行，可以選擇用塑料貼膜隔開，得到相貫實(shí)體的一部分；另一部分選用不同顏色的橡皮泥，便可得到明顯的相貫線。還可以通過對橡皮泥的切割，自由組合成不同的組合體。各模型實(shí)體效果圖如圖1、圖2、圖3。

圖1　

圖2　

圖3　

二、投影電路控制部分

1.單片機(jī)最小系統(tǒng)

圖4是單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路設(shè)計原理圖，此電路的主要功能是用程序控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。

圖4

2.電動機(jī)驅(qū)動模塊

如圖5是電動機(jī)的驅(qū)動模塊，通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作。

圖5

3.無線模塊

通過遙控器發(fā)射信號解碼板接收信號傳遞給單片機(jī)，從而控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，使展示平臺變得方便控制，課堂變得智能、靈活。如圖6。

圖6

4.燈光系統(tǒng)

燈光照射系統(tǒng)由照射燈、旋轉(zhuǎn)臺和投影板組成，我們將制作成功的模具平放在電動機(jī)上面讓它轉(zhuǎn)動，通過燈光的照射使影子投影到投影板上，通過讓模具90°、180°、270°、360°的旋轉(zhuǎn)，可在投影板上呈現(xiàn)不同的光影，可以直觀地看到模具外輪廓的投影。

三、創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

（1）在機(jī)械制圖學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生面對一堆的點(diǎn)、線、面和復(fù)雜的立體時，難免會覺得枯燥乏味。通過本實(shí)踐平臺，學(xué)生親自動手做出模型，則可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在趣味中培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

（2）該制圖實(shí)踐平臺簡單易行，成本低。由于使用的是橡皮泥，所以可反復(fù)利用，且做出的實(shí)體模型可以剖開，方便觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

（3）把傳統(tǒng)的純理論機(jī)械制圖教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄碚?實(shí)踐”相結(jié)合的教學(xué)方式，使學(xué)生更好地理解書本知識。

（4）學(xué)生通過自己的實(shí)踐操作，可以促進(jìn)學(xué)生的互動性，提高空間想象力，同時還可以提高學(xué)生的動手能力。

機(jī)械制圖課程實(shí)踐平臺能實(shí)現(xiàn)動手制作制圖模型，達(dá)到便于理解制圖知識重點(diǎn)和難點(diǎn)的目的，且結(jié)構(gòu)簡單、靈活多變、成本不高，可以應(yīng)用在機(jī)械制圖實(shí)驗室，為機(jī)械制圖初學(xué)者提供更好的幫助。隨著型腔模塊的多樣性，還能推廣應(yīng)用到其他機(jī)械類課程中。

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·編輯溫雪蓮

基金項目：廣西高等教育教學(xué)改革工程項目（2013JGA238）；梧州學(xué)院教育教學(xué)改革項目（wyjg2008A007）。