王黎光 劉芹

摘 ?要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，三維建模技術(shù)被引入了機(jī)械制圖的教學(xué)過程。該文針對SolidWorks三維建模技術(shù)與高職《機(jī)械制圖》課程教學(xué)相結(jié)合的具體應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)踐和研究，并對教學(xué)過程進(jìn)行了反思。通過該教學(xué)研究，為《機(jī)械制圖》課程的信息化教學(xué)改革積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：SolidWorks ?機(jī)械制圖 ?信息化教學(xué)

中圖分類號：TH126-4 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）06（b）-0060-03

1 ?高職《機(jī)械制圖》課程

該課程是一門培養(yǎng)學(xué)生識圖和繪制機(jī)械圖樣能力的技術(shù)基礎(chǔ)課[1]。在教學(xué)過程中，需要逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和構(gòu)思能力。傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)，通常使用PPT圖片或者實(shí)體模型來展示形體的外部形狀特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。圖片立體感欠佳，且不能從多方位觀察模型。實(shí)體模型雖然能很好地展現(xiàn)機(jī)件內(nèi)、外部的結(jié)構(gòu)，但是模型體積較小，課上的展示效果并不理想。

2 ?SolidWorks軟件

SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的三維CAD軟件，該軟件以參數(shù)化特征建模為基礎(chǔ)，具有功能強(qiáng)大、易學(xué)、易用等特點(diǎn)[2]。SolidWorks的工程圖是全相關(guān)的，例如當(dāng)修改圖紙時，三維模型、各個視圖、裝配體都會自動更新。SolidWorks軟件可以在一個CAD文檔中，通過對不同參數(shù)的變換和組合，派生出不同的零件或裝配體?；赟olidWorks強(qiáng)大的建模功能，將三維虛擬模型引入到機(jī)械制圖的課堂上，用以豐富教學(xué)形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 ?SolidWorks在高職《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用

結(jié)合高職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，教師要不斷地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，可以從提供具體形象的刺激入手[3]。將三維實(shí)體的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件SolidWorks應(yīng)用到機(jī)械制圖的教學(xué)實(shí)踐中去，形成新的多媒體教學(xué)，形成圖、文、聲、像、動畫、視頻的有機(jī)結(jié)合，表現(xiàn)一般教學(xué)手段不易表達(dá)的內(nèi)容，展示現(xiàn)場觀察不清楚的細(xì)節(jié)，將抽象的概念轉(zhuǎn)化為生動活潑的畫面，使課堂教學(xué)直觀易懂，易于接受和理解[4]。從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極和課堂的教學(xué)效率，同時增強(qiáng)機(jī)械制圖的教學(xué)效果。

（1）SolidWorks在立體及其表面交線教學(xué)中的應(yīng)用?；倔w的投影包括平面基本體的投影和曲面基本體的投影兩部分，在教學(xué)中引入SolidWorks軟件制作的三維模型，一是可以全面觀察基本體的形狀;二是SolidWorks的四視圖命令能夠同時展示三維模型和三視圖，從而幫助學(xué)生理解基本體各個面的投影特征及三視圖長寬高的對應(yīng)關(guān)系，幫助學(xué)生在三維立體和二維平面圖形之間建立聯(lián)系，培養(yǎng)空間想象能力;三是四視圖的對應(yīng)顯示，這個功能便于學(xué)生理解三視圖中點(diǎn)、線、面的對應(yīng)關(guān)系。如正六棱柱的四視圖（見圖1），當(dāng)用鼠標(biāo)選中某一點(diǎn)、邊或面時，選中的部分會變色以突出顯示，在其他視圖上與之對應(yīng)的部分也會變色突出顯示。

（2）在平面切割回轉(zhuǎn)曲面體和相貫線的教學(xué)中，一是由于模型數(shù)量的限制，相貫線的形成和投影一直是教學(xué)的難點(diǎn)，而SolidWorks的建模功能能夠突破實(shí)物的限制，讓學(xué)生看到更多的三維模型，使學(xué)生更容易理解和記住相貫線的形狀;二是通過更改SolidWorks模型參數(shù)，可以演示平面切割回轉(zhuǎn)曲面體的截交線或者相貫線的變化規(guī)律。比如截平面與圓柱軸線成不同角度時形成的切割體的三視圖及截交線的變化規(guī)律（見圖2），以及不同直徑的圓柱相貫時，相貫線的變化規(guī)律。三維虛擬模型的演示能使學(xué)生獲得豐富的感性知識，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)觀察能力和抽象思維能力，學(xué)生學(xué)習(xí)更加直觀易學(xué)。

（3）在切割體和切割型組合體的教學(xué)中，切割體形狀復(fù)雜，學(xué)生缺乏空間想象力，注意力很難集中，需要老師對著圖片重復(fù)幾遍，學(xué)生思考很久才能理解空間形體的結(jié)構(gòu)。這既影響學(xué)習(xí)效率，也打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。利用SolidWorks建?？梢院芎玫卣故究臻g形體的結(jié)構(gòu)和切割過程，使得切割過程易于理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。具體做法是：課前用SolidWorks建模，將模型逐步切割，上課時在SolidWorks的設(shè)計(jì)樹中移動退回控制棒，來逐步演示模型的切割過程。在演示過程中，切割體的三視圖在學(xué)生的腦海中就已經(jīng)成形，適時用PPT動畫或板書演示切割體三視圖的作圖過程，學(xué)生能夠正確、快速地看出切口在三視圖上的投影形狀。這樣不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也提高了學(xué)習(xí)效率。

（4）疊加型組合體的教學(xué)過程中，用SolidWorks將疊加體的每一部分單獨(dú)建模，并進(jìn)行裝配。講授的過程中，可以通過移動/旋轉(zhuǎn)零件來展示各部分的形體特征，逐個畫出各部分的基本體;還可以將三維虛擬模型放大觀察各形體間的連接關(guān)系和細(xì)節(jié)，用來檢查形體間表面連接處的投影是否正確。如圖3和圖4、圖5，在剖視圖、斷面圖的授課過程中，可以用SolidWorks建立三維模型，通過剖面視圖功能或者切除命令進(jìn)行剖切，來輔助授課。比如在講授幾個平行的剖切平面時，先在SolidWorks中建立三維模型，再用拉伸切除命令進(jìn)行切除。授課過程中，通過移動SolidWorks設(shè)計(jì)樹中的移動退回控制棒，可以從各個方位展示機(jī)件完整的外部結(jié)構(gòu)和剖切后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。還可通過二視圖命令，將軸測圖和剖視圖同屏顯示，進(jìn)行對照講解（見圖5）。通過觀察右側(cè)軸測圖來理解實(shí)體左側(cè)階梯孔之間粗實(shí)線的由來。

（5）在裝配圖的教學(xué)中，SolidWorks建模能清楚地表達(dá)各個零件的結(jié)構(gòu)形狀（見圖6）;在使用配合功能裝配的過程中，讓學(xué)生直觀地觀察每個零件在裝配體中的功能和零件間的裝配關(guān)系;裝配完成后，通過動畫功能可以演示機(jī)器或部件的工作原理。如千斤頂裝配圖（見圖7），當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺桿時，螺桿會相對于底座做上下方向的直線運(yùn)動。SolidWorks建模使千斤頂各零件的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系更加直觀，工作原理更易于理解。學(xué)生通過對SolidWorks模型的觀察，主動進(jìn)行思考并得出結(jié)論，從而使教師由教學(xué)過程的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。

4 ?SolidWorks在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用反思

（1）在機(jī)械制圖課程中，用三維虛擬模型替代實(shí)體模型具有以下幾個優(yōu)勢：一是可以建立大量的模型，為學(xué)生在課中和課后作業(yè)中遇到的各種組合體、裝配體建立模型庫;二是SolidWorks軟件可以展示模型的變化過程，如切割體的切割過程、相貫線的變化過程等;三是可以展示不易觀察的細(xì)節(jié)特征，使授課過程變得更加直觀;四是可以展示零件的裝配關(guān)系和機(jī)器或部件的工作原理。

（2）通過SolidWorks模型的應(yīng)用，能夠幫助學(xué)生在二維圖形和三維立體之間建立聯(lián)系，培養(yǎng)觀察能力和建立空間想象能力，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提升學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而起到提高學(xué)習(xí)效率的作用。

（3）SolidWorks在教學(xué)中的使用必須結(jié)合PPT和板書來講解投影規(guī)律、作圖方法以及總結(jié)讀圖的規(guī)律和要領(lǐng)，促使學(xué)生通過觀察模型獲得的感性認(rèn)識向理性認(rèn)識轉(zhuǎn)化，達(dá)到理解知識、加深記憶的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)

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[3] 郭英，張靂.高等教育心理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2018：55.

[4] 王福娟，李耀輝.SolidWorks在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2013，34（2）：228-229，242.