張衛(wèi)芬 李永梅 董祥國(guó) 嚴(yán)紅霞
摘要:隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的機(jī)械制圖的課程內(nèi)容、教學(xué)模式等已不能滿足智能制造對(duì)人才的需求,機(jī)械制圖的教學(xué)改革勢(shì)在必行。本文分析了機(jī)械制圖教學(xué)改革的必要性,提出了三融合策略,即教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械制圖與三維設(shè)計(jì)軟件相融合,教學(xué)模式采取線上教學(xué)與線下教學(xué)相融合,實(shí)踐教學(xué)采用綜合測(cè)繪與數(shù)字化設(shè)計(jì)相融合,實(shí)踐證明學(xué)生主動(dòng)意識(shí)增強(qiáng),教學(xué)效果良好,對(duì)智能制造背景下機(jī)械制圖的教學(xué)提供改革思路。
Abstract: With the development of intelligent manufacturing technology, the traditional course content and teaching mode of mechanical drawing can't meet the demand of intelligent manufacturing for talents, so the teaching reform of mechanical drawing is imperative. The paper analyzes the necessity of teaching reform of mechanical drawing and three-integration strategies are proposed, which include three parts: integration of traditional mechanical drawing and 3D design software, integration of online teaching and offline teaching on teaching mode, integration of comprehensive mapping and digital design on practice teaching. The practice proves that the students' initiative consciousness is enhanced and the teaching effect is good, which provides a reform idea for the teaching of mechanical drawing under the background of intelligent manufacturing.
關(guān)鍵詞:智能制造;機(jī)械制圖;教學(xué)改革
Key words: intelligent manufacturing;mechanical drawing;teaching reform
0 ?引言
隨著新一輪科技和產(chǎn)業(yè)的變革,智能制造已成為全球制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展需求,而“智能生產(chǎn)”是智能制造的主題之一,要實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn),除了要具有系統(tǒng)化結(jié)構(gòu)化的專業(yè)知識(shí)之外,現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用、信息技術(shù)的應(yīng)用等也必不可少,這些因素的有機(jī)融合才能實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)、智能制造技術(shù)的應(yīng)用。因此,學(xué)校和教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充和調(diào)整課程內(nèi)容、教學(xué)方式,充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”和“智能+教育”以滿足智能制造的發(fā)展需求。
機(jī)械制圖是機(jī)械專業(yè)學(xué)生較早接觸的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程,它對(duì)學(xué)生的制圖識(shí)圖能力、空間想象能力、工程素養(yǎng)、創(chuàng)新精神等方面的培養(yǎng)具有重要的地位和作用,為后續(xù)相關(guān)課程奠定了重要的基礎(chǔ)。為適應(yīng)智能制造的發(fā)展趨勢(shì),本文提出以機(jī)械制圖為載體,以三維設(shè)計(jì)軟件為工具,以混合式教學(xué)為教學(xué)模式,強(qiáng)化數(shù)字化設(shè)計(jì)、師生互動(dòng)、實(shí)踐教學(xué),努力提高課程的教學(xué)質(zhì)量,將傳統(tǒng)機(jī)械制圖改造升級(jí)為具有信息時(shí)代特質(zhì)的特色課程。
1 ?智能制造背景下機(jī)械制圖教學(xué)改革的必要性
①智能制造的發(fā)展下,智能工廠對(duì)機(jī)械專業(yè)人才的職業(yè)能力和綜合素質(zhì)提出了更高的要求,現(xiàn)代機(jī)械工程師不僅需要具備傳統(tǒng)的機(jī)械學(xué)科知識(shí)與專業(yè)技能,同時(shí)利用三維設(shè)計(jì)軟件完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的知識(shí)和能力也必須具備。順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì),更新機(jī)械制圖的教學(xué)內(nèi)容以滿足機(jī)械工程師職業(yè)崗位對(duì)設(shè)計(jì)制造信息化的知識(shí)、技能、能力要求,是高校提高專業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和畢業(yè)生就業(yè)質(zhì)量的必然選擇[1]。
②學(xué)生的自身特點(diǎn)變化隨著社會(huì)的快速發(fā)展和時(shí)代的差異,目前“00”后的學(xué)生的思想比較活躍,自信而張揚(yáng),自我約束較弱,且容易自我為中心,對(duì)電子產(chǎn)品喜愛(ài)且操作比較嫻熟[2]。傳統(tǒng)的“滿堂灌”、“填鴨式”的教學(xué)模式過(guò)于單一,學(xué)生普遍認(rèn)為課程缺乏吸引力,枯燥乏味,學(xué)生的課堂參與程度較低,有效聽課率較低,學(xué)生對(duì)機(jī)械制圖的掌握和教師的教學(xué)效果并不理想。因此,如何根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)調(diào)整教學(xué)模式,吸引學(xué)生的注意力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,這也是亟待解決的問(wèn)題。
③企業(yè)對(duì)人才的需求隨著智能制造的提出,企業(yè)的用人標(biāo)準(zhǔn)和需求也在不斷變化。在眾多企業(yè)中,機(jī)械制圖在圖樣表達(dá)時(shí)也從二維平面圖向三維空間圖形轉(zhuǎn)換,目前學(xué)校與企業(yè)、社會(huì)多元協(xié)同教學(xué)仍然比較缺乏,企業(yè)對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生的能力需求得不到滿足,學(xué)校與企業(yè)的無(wú)縫對(duì)接還需加強(qiáng),機(jī)械制圖的課程內(nèi)容與實(shí)踐結(jié)合不是很緊密。因此,有必要對(duì)機(jī)械制圖要進(jìn)行一些改革和探索以滿足企業(yè)和社會(huì)的發(fā)展需求。
2 ?智能制造背景下機(jī)械制圖三融合教學(xué)研究
2.1 整合教學(xué)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械制圖與三維設(shè)計(jì)軟件相融合
我國(guó)高校在機(jī)械制圖與三維設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合的過(guò)程中大都采用“外掛式、分段式、融合式”等方式[3]。隨著三維軟件的迅速發(fā)展,在機(jī)械制圖與三維軟件如何相融這一問(wèn)題上也有各種方式。
為此,我校進(jìn)行了兄弟院校和企業(yè)走訪,吸取優(yōu)質(zhì)經(jīng)驗(yàn),提出的教學(xué)方案是:以機(jī)械制圖為載體,三維設(shè)計(jì)軟件NX為工具,使機(jī)械制圖與三維設(shè)計(jì)軟件NX完全融合,建立制圖的知識(shí)傳授與三維軟件操作的技能訓(xùn)練并重的教學(xué)形式,將傳統(tǒng)機(jī)械制圖中由“二維向三維”這一“讀圖”過(guò)程利用三維軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn),再利用軟件中的制圖功能實(shí)現(xiàn)“三維到二維”的表達(dá)。
上課在機(jī)房進(jìn)行,每位同學(xué)一臺(tái)電腦,利用教師機(jī)和局域網(wǎng)對(duì)學(xué)生機(jī)進(jìn)行控屏和反饋,在授課時(shí)能統(tǒng)一安排。在講授制圖中的理論知識(shí)遇到需要進(jìn)行三維表達(dá)時(shí),利用三維軟件進(jìn)行構(gòu)形,學(xué)生在學(xué)習(xí)軟件操作的同時(shí)也思考了機(jī)件的構(gòu)形,做到所想即所見,所見即所得。比如,在講投影法這一基礎(chǔ)理論時(shí),利用軟件的制圖功能,使學(xué)生掌握“長(zhǎng)對(duì)正、高平齊、寬相等”的投影規(guī)律。在講組合體這一章時(shí),學(xué)生在建模和標(biāo)注尺寸的同時(shí)也更為深刻地理解“形體分析法”的意義和作用。在講機(jī)件的表達(dá)方法時(shí),比對(duì)二維和三維,對(duì)剖切位置、剖切方向、剖切方法等有了更為深入的理解。在講標(biāo)準(zhǔn)件和常用件這一章時(shí),利用NX的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)和GC工具箱完成調(diào)用,強(qiáng)化學(xué)生對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的二維表達(dá)、規(guī)格標(biāo)注、結(jié)構(gòu)用途等方面的認(rèn)知。在零件圖這章,利用制圖模塊對(duì)零件的表達(dá)方案、尺寸標(biāo)注、形位公差標(biāo)注、表面粗糙度標(biāo)注等進(jìn)行強(qiáng)化,使學(xué)生掌握各種常見零件的三維構(gòu)形和二維工程圖。在裝配圖這章,通過(guò)對(duì)裝配體的裝配和拆卸過(guò)程,學(xué)生能更快掌握裝配關(guān)系,再加以裝配表達(dá),使學(xué)生能更好地理解裝配圖的繪制。通過(guò)機(jī)械制圖與三維設(shè)計(jì)軟件的有效融合,學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊操作軟件,再?gòu)能浖僮鬟^(guò)程中反思機(jī)械制圖的投影理論,學(xué)生獲得很大的成就感,對(duì)機(jī)械制圖的畏難不再有,有的學(xué)生還會(huì)嘗試各種方法進(jìn)行反復(fù)建模以求對(duì)機(jī)件的構(gòu)形和二維圖作進(jìn)一步把握。
2.2 更新教學(xué)模式,線上教學(xué)與線下教學(xué)相融合
隨著智能手機(jī)、QQ、微信公眾號(hào)、雨課堂、慕課堂等線下教學(xué)工具的飛速發(fā)展,我校機(jī)械制圖也更新了教學(xué)模式,由于三維軟件操作要點(diǎn)比較多,若課堂教學(xué)占用大量時(shí)間講解軟件操作勢(shì)必造成機(jī)械制圖的課時(shí)受到影響,因此有必要將部分三維軟件操作要點(diǎn)和部分機(jī)械制圖理論知識(shí)延伸到課外才可以完成教學(xué)任務(wù),微信公眾號(hào)和雨課堂為解決這一問(wèn)題提供了有效的技術(shù)手段。
課前主要進(jìn)行預(yù)習(xí),由教師發(fā)布相關(guān)課程資源,包括軟件操作微視頻(每個(gè)微視頻在五分鐘左右)、課件、作業(yè)等,學(xué)生先進(jìn)行學(xué)習(xí)部分知識(shí)點(diǎn)和軟件實(shí)操,完成相關(guān)作業(yè),作業(yè)的客觀題一般為選擇題,考察學(xué)生對(duì)機(jī)械制圖理論知識(shí)的掌握情況,可線上答題。主觀題一般為軟件操作題,學(xué)生畫完后統(tǒng)一提交電子作業(yè),以此來(lái)檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,了解學(xué)生的學(xué)習(xí)盲點(diǎn)。課中主要重點(diǎn)講解課程的理論難點(diǎn)和操作難點(diǎn),加大與學(xué)生的互動(dòng),在解題、上機(jī)實(shí)操中鞏固所學(xué)的知識(shí),針對(duì)學(xué)生在軟件操作中遇到的具體問(wèn)題進(jìn)行個(gè)性化輔導(dǎo)。課后再次布置相關(guān)作業(yè),利用QQ群、微信群進(jìn)行在線答疑,增強(qiáng)教師與學(xué)生的互動(dòng),就某個(gè)共性問(wèn)題也可發(fā)起討論,組建討論小組,鼓勵(lì)學(xué)生充分利用各類網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行探索,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,教學(xué)模式更加靈活多樣,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2.3 改進(jìn)實(shí)踐教學(xué),綜合測(cè)繪與數(shù)字化設(shè)計(jì)相融合
機(jī)械制圖課程結(jié)束后隨之會(huì)安排綜合測(cè)繪,測(cè)繪是學(xué)生們接觸的第一個(gè)比較綜合的實(shí)訓(xùn),涉及機(jī)械制圖、互換性與測(cè)量技術(shù)、工程材料及熱處理等課程的知識(shí),對(duì)后續(xù)的課程設(shè)計(jì)如“機(jī)械設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)”、“復(fù)雜零件綜合實(shí)訓(xùn)”、“機(jī)械制造綜合實(shí)訓(xùn)”等都有很大影響。因此,為了讓學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)且能靈活應(yīng)用各相關(guān)課程的知識(shí),選擇一些典型的部件(如齒輪油泵、一級(jí)圓柱齒輪減速器、機(jī)用虎鉗、球閥等)進(jìn)行訓(xùn)練,安排三周的學(xué)時(shí),四位同學(xué)為一組,每組需完成兩套部件的測(cè)繪與建模,學(xué)有余力的同學(xué)可選擇三套。首先給學(xué)生講解各種裝拆方法和測(cè)量方法,隨后學(xué)生進(jìn)行拆卸部件,拆完后每個(gè)零件進(jìn)行測(cè)繪尺寸并記錄數(shù)據(jù),然后根據(jù)測(cè)繪尺寸進(jìn)行零件的三維實(shí)體建模和裝配建模,在此過(guò)程中學(xué)生可自由發(fā)揮對(duì)部件進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),最后按照要求由三維軟件出標(biāo)準(zhǔn)的零件圖和裝配圖并進(jìn)行打印。通過(guò)上述訓(xùn)練,學(xué)生不僅掌握了測(cè)繪的方法,而且對(duì)“自底向上”的設(shè)計(jì)流程也有所了解,學(xué)生能親手操作,興趣較濃,加強(qiáng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)教育和工程意識(shí)的培養(yǎng)。
3 ?教學(xué)效果
3.1 機(jī)械制圖更具吸引力,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高
傳統(tǒng)的機(jī)械制圖學(xué)生苦于手工畫圖和空間想象,部分學(xué)生覺(jué)得晦澀難懂,出現(xiàn)厭學(xué)情緒,也會(huì)影響其后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)課程改革,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣有了很大的提升。首次課會(huì)強(qiáng)調(diào)機(jī)械制圖課程的重要地位和作用,介紹三維操作軟件在各企業(yè)的應(yīng)用情況,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在線下課程中,學(xué)生會(huì)經(jīng)常討論如何進(jìn)行操作軟件以及為什么要這樣表達(dá)等問(wèn)題,相互學(xué)習(xí),效果較好,三維作圖的速度和準(zhǔn)確度都有很大提升。
3.2 學(xué)生課外參賽活躍,成績(jī)顯著
積極組織學(xué)生參加各級(jí)各類機(jī)械制圖類學(xué)科競(jìng)賽,從比賽中檢驗(yàn)教學(xué)成果,吸取經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)教學(xué)不足,補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容,學(xué)生在比賽中得到成長(zhǎng),教師從比賽中總結(jié)得失促進(jìn)教學(xué)并進(jìn)行改進(jìn)。例如,自本課程教學(xué)改革后,本專業(yè)學(xué)生連續(xù)多年參加華東區(qū)CAD應(yīng)用技能大賽,獲得一、二、三等獎(jiǎng)若干名和團(tuán)體獎(jiǎng)若干次,學(xué)生以老帶新,每屆傳承,學(xué)習(xí)氛圍濃厚,掀起學(xué)習(xí)制圖的熱潮,起到了很好的帶動(dòng)作用。
3.3 多課程聯(lián)動(dòng)改革,學(xué)生的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)能力得到提高
由于機(jī)械制圖的教學(xué)改革,其它相關(guān)課程也進(jìn)行了部分改革,多課程進(jìn)行聯(lián)動(dòng)提高學(xué)生的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)能力。如機(jī)械設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn),充分利用NX軟件中的功能,從傳統(tǒng)的“自底向上”設(shè)計(jì)方法改革為“自頂向下”的正向設(shè)計(jì)方法,在三維設(shè)計(jì)環(huán)境中構(gòu)建起結(jié)構(gòu)化的“從無(wú)到有、從虛到實(shí)、從粗到細(xì)”的產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)一般流程和操作方法,更符合企業(yè)對(duì)機(jī)械類畢業(yè)生產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程和綜合設(shè)計(jì)能力的需求,也符合智能制造對(duì)機(jī)械類學(xué)生在數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)方面的培養(yǎng)要求。
4 ?結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)機(jī)械制圖的三融合教學(xué)研究,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣增強(qiáng),學(xué)習(xí)積極性提高,機(jī)械制圖理論部分的有效掌握程度逐步上升,三維軟件操作水平大幅度提高,為適應(yīng)智能制造所提出的對(duì)人才的要求,探索培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)模式打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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基金項(xiàng)目:2019年度江蘇高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究一般項(xiàng)目《智能制造背景下機(jī)械專業(yè)信息化改造的研究與探索》(項(xiàng)目編號(hào):2019SJA2041)。
作者簡(jiǎn)介:張衛(wèi)芬(1981-),女,江蘇泰州人,碩士,東南大學(xué)成賢學(xué)院講師,研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械教學(xué)。