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        CAD軟件在高職《機械制圖》教學中的應(yīng)用

        2021-11-23 18:33:09姜明羅逸葦孟鑫沛
        時代汽車 2021年21期

        姜明 羅逸葦 孟鑫沛

        摘 要:《機械制圖》是很多工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,重點培養(yǎng)學生的空間想象力和零、部件工程圖讀圖與繪圖能力。由于高職學生三維空間想象能力相對較差,傳統(tǒng)教學中一直存在“看圖難”和“繪圖難”兩大問題。通過在教學中引入二維、三維軟件,用二、三維軟件的轉(zhuǎn)換講解繪圖規(guī)則,可以極大的幫助高職學生對繪圖規(guī)則的理解,提高他們的讀圖與繪圖能力。

        關(guān)鍵詞:機械制圖 二維軟件 三維軟件

        1 引言

        在高職教育中,《機械制圖》是機械工程相關(guān)專業(yè)學生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課,主要培養(yǎng)學生的空間想象力,以及識讀和繪制機械零、部件工程圖的能力,為后續(xù)《機械制造技術(shù)》、《機械設(shè)計》、《數(shù)控加工》、《模具設(shè)計》等多門課程的教學奠定基礎(chǔ),嫻熟的識圖制圖能力是學生成功走上“繪圖員”、“數(shù)控加工”、“模具設(shè)計”、“質(zhì)檢”等工作崗位的有力保障。在傳統(tǒng)的教學模式中,從點線面的投影開始,由于部分學生空間想象能力欠缺,很難掌握空間與平面間的轉(zhuǎn)換技巧,難以完成用平面表示空間的學習任務(wù),進而覺得這門課程難學甚至放棄。尋求一種簡單可行的方法來演示空間向平面投影的關(guān)系一直是該課程任課老師孜孜以求的目標。

        近年來,CAD軟件功能日趨強大,數(shù)字化加工手段被廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè),很多企業(yè)的工作崗位已不再需要手工繪圖,傳統(tǒng)的“看圖紙加工”的方式正在向“三維模型直接生成加工代碼或加工工藝”轉(zhuǎn)變。為實現(xiàn)高職教育與工作崗位的無縫對接,《機械制圖》的教學改革迫在眉睫,摒棄傳統(tǒng)教學過程中的過時的內(nèi)容和方法,引入先進的CAD軟件演示繪圖原理與規(guī)則,改進和優(yōu)化教學方法,提高高職學生對本課程的學習興趣,夯實他們的專業(yè)基礎(chǔ)能力。

        2 引入CAD軟件后,《機械制圖》在以下幾個方面進行改革

        2.1 修改“點”、“線”、“面”的投影教學順序

        在《機械制圖》傳統(tǒng)教學中,“點”、“線”、“面”的投影知識是本課程的基石,如果沒有熟練掌握,就不可能正確完成手工繪圖。傳統(tǒng)教學中,先講點的投影,兩點構(gòu)成線,三點構(gòu)成面,這部分內(nèi)容占用了較長的學時,對于空間想象能力欠缺的學生來說,這部分內(nèi)容枯燥乏味,讓他們在初步接觸《機械制圖》時,便失去了對課程的學習興趣。改革后,跳過點與線的投影知識,直接進入組合體三視圖的學習。通過三維軟件對典型組合體建模,利用軟件的視圖與顯示設(shè)置,可以從找到面的投影,到面的投影中找特殊線,從特殊線上找特殊點,完成“面”、“線”、“點”的投影教學,增強空間轉(zhuǎn)換能力。

        2.2 二維CAD軟件在《機械制圖》課程中的應(yīng)用

        2.2.1 精準貫徹“國家標準”

        傳統(tǒng)教學中,《機械制圖國家標準》相關(guān)圖幅尺寸、線型、字體、標注等內(nèi)容既需要記憶,又需要在制圖中貫徹,而手工繪圖中對線寬、非連續(xù)線疏密程度、字體大小等只能憑直觀感受,不能嚴格準確度量,而在二維繪圖軟件(如AutoCAD)中,這些內(nèi)容均可設(shè)置,圖框、標題欄等可直接調(diào)用,精準、便捷,大大提高了繪圖質(zhì)量。

        2.2.2 解決手工作圖難點

        手工作圖中的正多邊形、橢圓、等分線段、圓弧過渡、公切線等內(nèi)容,需要學生有良好的幾何功底才能掌握,且繪制步驟繁瑣,效率低。引入二維CAD技術(shù)后,這些內(nèi)容均可以通過簡單的命令實現(xiàn),大大提高了繪圖效率,對于“天生對電腦感興趣的00后們”來說,學習制圖會變得其樂無窮。

        2.3 三維CAD軟件《機械制圖》課程中的應(yīng)用

        2.3.1 解決“截交線”、“相貫線”繪制難點

        傳統(tǒng)教學中,“截交線”、“相貫線”的內(nèi)容抽象難懂,在生產(chǎn)中幾乎無實際意義,但在二維繪圖中又不得不進行繪制,面對二維繪圖無法回避的問題,在三維繪圖軟件中卻可以輕松化解,用三維CAD軟件建模后,“截交線”、“相貫線”可以在建模過程中“自然”形成,無需花費大量課時就可以讓學生在建模中獲得深刻體會,之后再補充少量“截交線”、“相貫線”的二維繪圖技巧,如平面斜切圓柱體,截交線為橢圓,找到橢圓的象限點,直接用橢圓命令即可將其繪出;再如不等徑的兩個圓柱相貫,其相貫線為圓弧,找到圓弧的三個特殊點,或根據(jù)圓弧的半徑即可用圓弧命令完成其相貫線。舍棄了“一般位置點”的作圖,對學生空間想象力的要求大大降低,“截交線”、“相貫線”這樣的傳統(tǒng)教學難點不攻自破。

        2.3.2 解決“讀圖難”問題

        《機械制圖》重點培養(yǎng)學生的空間想象力,受學時和學生基礎(chǔ)限制,這項內(nèi)容一直是傳統(tǒng)教學的難點,教師們采用了各種各樣的方法幫助學生建立空間想象力,如購置教學模型、用橡皮泥塑形,切蘿卜等等,通過實物呈現(xiàn)的方式讓學生先直觀感受,再逐步建立空間想象。這些方法中的教具都是有限的,且不易更改形狀,而引入三維軟件后,學生在學習了常用的建模命令后,可以通過三維軟件,把自己從圖紙上“看到”的物體進行分塊建模,再疊加、切割,建模同時可以實時翻轉(zhuǎn)審查模型是否與二維圖形相符;教師對二維圖形稍作調(diào)整,所表達的立體就有了不同的變化,通過建模的過程可以讓學生體會這些變化與不同,加深對空間立體的理解;分塊建模的思路便于培養(yǎng)學生“由簡單到復(fù)雜”的分析方法的養(yǎng)成,學生建模過程中反映出的錯讀、漏讀信息也可以被教師及時掌握和糾正。三維軟件的引入既提高了課堂效率,也為學生課后自主學習提供了有效手段,空間想象力不足的同學不至于被“卡”在“想象”一環(huán)節(jié)。在“剖視圖”、“斷面圖”等模塊中,學生需要完全靠想象“剖切”實體,對學生的想象力提出了更高的要求,而在三維軟件里,學生可以對三模模型進行任意“剖切”,這是實物教具無法實現(xiàn)的,將知識點由抽象轉(zhuǎn)化為具體,教學難點迎刃而解。

        2.3.3 解決“畫圖難”問題

        “畫圖難”指的是學生不懂得如何表達零、部件。傳統(tǒng)教學中受手工繪圖和二維軟件繪圖速度的制約,教師在“零件圖”的教學中,通常是以講述為主,而沒有充足的時間讓學生在課堂上完成各種典型零部件的工程圖,其實踐訓練的缺乏導(dǎo)致學生在選擇零件表達方法時常常無所適從,除了三視圖外,不知道還可以用什么方法表達零件。引入三維CAD技術(shù),學生可以從虛擬零件庫中調(diào)取零件,通過簡單的“投影視圖”、“剖切視圖”等命令快速生成工程圖, 手工繪圖90分鐘難以畫完的工程圖,往往10分鐘就可以生成,大大提高了課堂效率。課堂教學可以分組進行,將各組對統(tǒng)一模型生成的工程圖進行對比、討論,評選出最符合“看圖容易、畫圖簡單”的工程圖,總結(jié)該類型零件的表達方法,并對大量結(jié)構(gòu)稍有不同的同類型零件進行強化訓練,加強學生對“機件的表達方法”、“零件圖”等知識點的理解,達到靈活表達零部件的目的,解決“畫圖難”問題。

        2.3.4 利用三維軟件的“裝配”、“運動仿真”、“拆裝動畫”功能,解決部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作原理、拆裝工藝問題

        傳統(tǒng)教學中,從“裝配圖”中識讀部件的工作原理和裝配工藝, 雖然可輔以適當動畫演示,但課堂教學仍以教師講授為主,難以安排實踐環(huán)節(jié)訓練學生自主思考。引入三維CAD技術(shù)后,學生可以調(diào)取三維零件模型,進行虛擬裝配和渲染,并根據(jù)小組討論,將部件的工作原理、拆裝順序生成運動仿真和拆裝動畫,再進行分組演示和比較。如遇運動干涉等問題,學生還可以通過修改零件的結(jié)構(gòu)或尺寸來解決,不僅讓學生掌握了零件的結(jié)構(gòu)工藝,還培養(yǎng)了學生的設(shè)計和創(chuàng)新能力。從實踐結(jié)果看,傳統(tǒng)教學中學生“看不懂”的典型部件,在引入虛擬裝配環(huán)節(jié)后,幾乎各組都能生成正確的“傳動原理”和“拆裝順序”動畫。

        3 結(jié)語

        綜上所述,在高職《機械制圖》課程教學中,應(yīng)參考用人單位對相關(guān)工作崗位的知識能力與知識結(jié)構(gòu)要求,刪減手工繪圖知識與能力培養(yǎng)的相關(guān)知識,借助CAD軟件輔助相關(guān)知識點的講解,不僅可以幫助學生輕松理解知識點,突破傳統(tǒng)教學中的“繪圖難”、“讀圖難”兩大難關(guān),還可以建立虛擬資源庫,從根本上解決實訓設(shè)備、實訓場地不足的問題,在相同的時間內(nèi)實現(xiàn)實踐最大化,通過大量的實操練習提高學生的繪圖技能。另外,隨著職業(yè)教育本科化的發(fā)展趨勢,對職業(yè)教育培養(yǎng)對象的要求也會從“操作人員”向“設(shè)計人員”過渡,在《機械制圖》教學中引入三維建模技術(shù),還能實現(xiàn)“從上向下”的設(shè)計過程,讓學生真正理解機械產(chǎn)品的設(shè)計理念與設(shè)計方法,為創(chuàng)新設(shè)計提供可能,只有將這種理念內(nèi)化于心,學生才能在職業(yè)崗位上走得更遠、走得更穩(wěn)。

        二維、三維軟件的學習看似占用了一定的課堂環(huán)節(jié),但“磨刀不誤砍柴工”,其成就的學生自主學習能力、自主思考模式卻能使學生受益終身。在校學習的知識再多,學生走上社會也會深感不夠用,有了自主學習的能力,才能擁有長足發(fā)展的潛力,軟件的學習和思維模式的改變,必將激發(fā)學生自主學習自覺性,提高《機械制圖》教學效果,助力學生在技能大賽中獲得更優(yōu)異的成績,并能更好的勝任將來的專業(yè)工作。

        基金項目:2019年廣東省高職教育機械制造類專業(yè)教學指導(dǎo)委員會教學改革項目普通項目——基于三維CAD 技術(shù)的《機械制圖》教學改革,JZ201905。

        2019年廣東省高職教育機械制造類專業(yè)教學指導(dǎo)委員會教學改革項目普通項目——產(chǎn)教融合背景下高職智能制造專業(yè)群人才培養(yǎng)改革與實踐,JZ201908。

        東莞職業(yè)技術(shù)學院2020年教學改革重點項目——《機械制圖》混合式教學模式探索。

        參考文獻:

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