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        工程制圖課程教學(xué)方法改革與實(shí)踐

        2019-09-10 07:22:44曹鋒李雙營張麗娟
        關(guān)鍵詞:工程制圖傳統(tǒng)教學(xué)教學(xué)改革

        曹鋒 李雙營 張麗娟

        摘要:工程制圖課程是大部分工科專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,該課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式費(fèi)時費(fèi)力,并且學(xué)生的接受效果不佳.本文通過對傳統(tǒng)教學(xué)方式以及所存在的問題進(jìn)行分析,并進(jìn)一步闡述了與MIDAS軟件相結(jié)合的新的教學(xué)方式的優(yōu)勢及意義,對該課程的教學(xué)改革以及學(xué)生的空間想象力培養(yǎng)有重要的促進(jìn)作用.

        關(guān)鍵詞:MIDAS軟件;工程制圖;傳統(tǒng)教學(xué);教學(xué)改革

        中圖分類號:G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? 文章編號:1673-260X(2019)01-0159-03

        工程制圖課程教學(xué)中,對學(xué)生的空間想象力要求較高,然而學(xué)生在課堂講解的短短幾分鐘內(nèi),又難以完全將空間立體模型在腦海中映射出來.工程制圖課程中,立體的投影、截斷與貫穿以及立體的相貫部分內(nèi)容,對學(xué)生的空間想象能力要求更高.在這部分內(nèi)容的講解中,短短幾分鐘時間要求學(xué)生完全想象出立體模型,一部分學(xué)生就會做不到.教學(xué)的結(jié)果,使得部分學(xué)生跟不上課堂節(jié)奏,從而脫離有效的課堂教學(xué).如果教學(xué)過程中,教師用了大量的時間去引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建空間形體,又會造成教學(xué)滯后,空間的想象能力也不會得到提高[1].

        MIDAS FEA軟件可以快速地建立任何立體幾何模型,如果在工程制圖課程教學(xué)中,在講解立體的投影以及立體相貫部分內(nèi)時,結(jié)合軟件建立的未劃分網(wǎng)格的有限元模型,可以給學(xué)生非常直觀地反映.軟件中旋轉(zhuǎn)功能,可以將模型進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn),以及其中的平視圖、正視圖和側(cè)視圖功能,可以很直接地形成立體模型的三面投影圖.

        1 課程與軟件情況

        1.1 課程介紹

        工程制圖是一門主要研究應(yīng)用投影原理進(jìn)行圖示和圖解空間幾何問題的理論與方法的課程.它是工程專業(yè)必修的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程,旨在培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的空間想象力,提高空間分析問題與解決問題的能力[2].

        空間三維形體如何用二維平面表達(dá)或由二維平面圖樣如何想象三維空間形體,這是該課程特有的要解決的主要矛盾.其圖示理論雖然與立體幾何知識有密切關(guān)系,但又是用全新的投影概念去觀察、分析和解決問題的,初學(xué)者往往會感到陌生、抽象和困難[3].

        1.2 MIDAS軟件

        MIDAS軟件是一款專門適用于土木工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計軟件.其中MIDAS CIVIL適用于橋梁結(jié)構(gòu)分析,MIDAS GEN和MIDAS BUILDING適用于結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計,MIDAS FEA適用于土木結(jié)構(gòu)非線性及細(xì)部分析,MIDAS GTS適用于巖土結(jié)構(gòu)與隧道分析等.

        本課題主要采用MIDAS FEA軟件,與畫法幾何課程教學(xué)相結(jié)合.MIDAS FEA軟件主要使用于土木結(jié)構(gòu)非線性及細(xì)部分析,也是目前唯一全部中文化的土木專用非線性及細(xì)部分析軟件[4].它的幾何建模和網(wǎng)格劃分技術(shù)采用了在土木領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的前后處理軟件MIDAS FX+的核心技術(shù),同時融入了MIDAS強(qiáng)大的線性、非線性分析內(nèi)核,是一款專門適用于土木領(lǐng)域的高端非線性分析和細(xì)部分析軟件.MIDAS FEA擁有簡潔直觀的用戶界面,即使是初學(xué)者也可以在短期內(nèi)迅速掌握.特別是工程中比較難處理的各種非線性分析問題,程序不僅提供了簡單的參數(shù)化輸入方法,其全中文化的程序界面、全中文化的技術(shù)手冊、全中文化的培訓(xùn)例題,可以讓初學(xué)者迅速成長為高級分析人員.另外,MIDAS FEA軟件強(qiáng)大的立體建模功能,快速而且簡單,對立體模型的反映直觀明了.

        2 傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)

        2.1 傳統(tǒng)教學(xué)方式

        傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué),在講解立體的投影以及立體的相貫部分內(nèi)容時,對學(xué)生空間分析能力的培養(yǎng),成為教學(xué)的最大難題[5].課堂教學(xué)中,難以在短時間內(nèi)啟發(fā)學(xué)生的空間思維,課堂教學(xué)的效果也難以達(dá)到.傳統(tǒng)教學(xué)中,往往借助實(shí)體模型來直觀地給學(xué)生反映立體形狀,從而形成它的投影圖.

        傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)中,還有一種經(jīng)常使用的教學(xué)方式,老師在黑板上畫出這個空間的立體模型,讓學(xué)生去分析它的三面投影圖.

        2.2 傳統(tǒng)教學(xué)的問題

        工程制圖教學(xué)中,立體的投影以及立體的相貫部分講解,需要學(xué)生較強(qiáng)的空間思維能力.由于部分學(xué)校教學(xué)資源匱乏,可供用于教學(xué)的實(shí)體模型又比較欠缺,尤其是相貫?zāi)P?實(shí)體模型一般比較小,也不一定能完全反映清楚.況且,看到的立體模型,在分析它的三面投影圖時,需要旋轉(zhuǎn),老師在旋轉(zhuǎn)的過程中,角度很不好把握,導(dǎo)致所有學(xué)生看到的投影不完全一致.因此,如何找到一個既經(jīng)濟(jì)又直觀的立體模型,非常有意義.

        傳統(tǒng)的教學(xué)方式中,一種方式是使用現(xiàn)有的立體模型,從而作它的投影圖,另一種方式是老師課堂上現(xiàn)場作圖,做出空間的立體模型,進(jìn)而作其投影.

        方式一的教學(xué)中,立體模型的呈現(xiàn),使得空間形體直觀地反映出來,從而進(jìn)一步直觀地得出其投影.但是,現(xiàn)有的空間實(shí)體模型種類較少,可完全滿足教學(xué)使用的更少.因此,不是輕易就能找到一個符合的立體模型,模型上的尺寸就更難確定了.另外,在立體模型形成三面投影的過程中,需要去手動旋轉(zhuǎn).然而,旋轉(zhuǎn)的角度又難以把握,造成學(xué)生看到的投影又不是完全一致.

        方式二的教學(xué)中,雖然作圖的過程比較清楚,對于簡單的模型,可以清楚直觀地反映.對于復(fù)雜的模型,由于作圖全部由直線或曲線構(gòu)成,因此,完成的圖由于線條非常多,導(dǎo)致空間形體的反映不再直觀明了.在黑板的平面上由眾多線條組成的立體圖形,對學(xué)生的空間想象力造成極大的考驗(yàn).另外,一個復(fù)雜的空間圖形,在黑板上作圖,需要耗費(fèi)大量的時間,多數(shù)情況下一個立體模型的完成需要十多分鐘.因此,這種教學(xué)方式,不但不能提高學(xué)生的空間分析能力,還會對課堂教學(xué)的效果造成很大影響[6].

        3 與MIDAS軟件相結(jié)合的教學(xué)方式

        3.1與軟件結(jié)合的教學(xué)特點(diǎn)

        在工程制圖教學(xué)中,對立體的投影以及立體的相貫部分內(nèi)容講解,結(jié)合MIDAS FEA軟件建立立體模型,能夠準(zhǔn)確直觀地反映其幾何形狀.

        課堂的教學(xué)中,在給出兩面投影的情況下,做出三面投影的問題,需要學(xué)生較高的空間思維能力.或者沒有立體模型的情況下,給了三面投影圖,但是不完全,要求補(bǔ)全投影或者做出相貫線的問題.在學(xué)生難以想象其復(fù)雜模型的空間幾何形狀時,可以將軟件建立的有限元模型直接展示給學(xué)生們,從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思維、分析,如圖1所示.

        在沒有立體模型的情況下,給出不完整的三面投影,要求補(bǔ)全其投影,或者作出相貫線.學(xué)生在足夠時間內(nèi)難以想象出其空間幾何模型的情況下,借助MIDAS FEA軟件建立其空間幾何模型,直觀地展示出來,如圖2所示.

        立體模型展示后,還可以通過軟件的旋轉(zhuǎn)功能,將模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn),從而觀察其各投影方向的幾何形狀,如圖3所示.

        通過旋轉(zhuǎn)立體幾何模型,可以觀察各投影方向的幾何形狀,從而根據(jù)投影原理做出其各面投影圖.投影圖繪制完成以后,如何能夠確定所作圖形是否正確,也是很值得思考的問題.費(fèi)了大量的時間作圖,做出的圖形不正確,那么也是徒勞.再次借助MIDAS FEA軟件,所建立的空間立體模型,可以利用其主視圖、俯視圖及左視圖功能,校核其所作圖形是否正確,如圖4所示.

        3.2 與軟件結(jié)合的教學(xué)意義

        在工程制圖教學(xué)中,講解立體投影及立體相貫部分內(nèi)容,借助MIADS FEA軟件進(jìn)行圖示.這種軟件建立立體模型快而且簡單,可以建立任何教學(xué)中所需要的立體模型.空間立體投影問題的求解,需要很強(qiáng)的空間想象力,在課堂教學(xué)中,短時間內(nèi)學(xué)生又難以想象其完整的空間形狀.因此,借助MIDAS FEA軟件建立其空間幾何模型,直觀地展示給學(xué)生,將會對學(xué)生的空間分析過程中的阻礙不解自開.

        運(yùn)用軟件可以建立教學(xué)中需要的立體模型,并且利用其旋轉(zhuǎn)功能可以360°方位給學(xué)生展示各個方向的幾何形狀.通過立體的模型以及配合旋轉(zhuǎn)展示,可以引導(dǎo)學(xué)生空間想象力的開發(fā),逐步提高其空間分析問題的能力.

        通過軟件所建立的立體模型,配合軟件的旋轉(zhuǎn)功能,可以全方位地給學(xué)生展示其幾何形狀.從而充分發(fā)揮學(xué)生的空間想象力,逐步完成各面投影圖.最后,還可以借助軟件自帶的主視圖、左視圖及俯視圖的功能,來檢驗(yàn)已完成的投影圖是否正確.

        MIDAS FEA軟件在工程制圖課堂教學(xué)中的應(yīng)用,簡單易行且具有較強(qiáng)的可操作性.這樣的教學(xué)方式,不僅使得課堂教學(xué)有效,而且能夠切實(shí)提高學(xué)生的空間思維能力及空間分析能力.

        4 結(jié)語

        (1)工程制圖課程教學(xué)需要學(xué)生具備較強(qiáng)的空間想象能力及分析能力.傳統(tǒng)的教學(xué)方式,由于教學(xué)資源欠缺、實(shí)體模型展示過程中難以精準(zhǔn)把握以及板書及多媒體教學(xué)均無法做到全方位展示,因此該課程的教學(xué)效果極為不佳,對學(xué)生及教師的心理造成了嚴(yán)重的影響.

        (2)與MIDAS軟件相結(jié)合的教學(xué)方式,很大程度上克服了實(shí)體模型不足、展示過程難以全面把握以及現(xiàn)場繪圖費(fèi)時費(fèi)力等弊端.教師易于展示、學(xué)生易于接受,對課程的學(xué)習(xí)起到良性的促進(jìn)作用.

        (3)隨著教育教學(xué)改革的大力發(fā)展,部分課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式已不能滿足學(xué)生需求及社會發(fā)展的需要,尋求新的、有效的教學(xué)方式,使教師易于教、學(xué)生易于學(xué),是教學(xué)改革的必由之路.

        參考文獻(xiàn):

        〔1〕冷繼梅.工程制圖教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2005(03):180-181.

        〔2〕韓麗艷,丁喬,張孟玫.面向工程制圖教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法研究與實(shí)踐[J].教學(xué)研究,2012,35(02):76-78+82.

        〔3〕薛愛文.多媒體技術(shù)在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動化,2004(04):49-50+52.

        〔4〕馬小秋.計算機(jī)軟件在畫法幾何課程中的應(yīng)用[J].四川水泥,2015(01):328.

        〔5〕李雨桐,閆成新.《工程制圖》教學(xué)實(shí)踐中綜合培養(yǎng)學(xué)生工程表達(dá)能力的探討[J].裝備制造技術(shù),2012(10):213-215+234.

        〔6〕周艷華,史佩,高華軍.工程制圖課程教學(xué)方式方法淺談[J].教學(xué)研究,2015,38(04):83-86.

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