结构分析法在表达方法教学中的应用

李 卉，刘慧玲

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

目前制图课程采用传统教学模式一般包含三大模块，即画法几何、制图基础和专业绘图。而制图基础属于全课程承前启后的关键部分，对培养学生掌握科学思维方法，增强工程意识和创新意识有着重要的作用。其教学内容包含三部分，第一部分主要介绍国家标准《机械制图》基本规定的相关内容；第二部分属于制图课程教学理论，可理解为画法几何理论的延伸，从几何角度出发将任何复杂的形体称为组合体，并提出了形体分析法与线面分析法两种思维分析方法，目的是解剖形体，让复杂问题简单化；第三部分重点介绍图样画法的相关内容，属于国家标准内容理解及课程理论应用范畴。因大学一年级的学生严重缺乏工程背景知识，对产品结构设计制造没有任何感性认识，导致表达方法章节学习时产生了明显难度。多年的教学实践经验表明，在零件与组合体之间建立桥梁，从功能角度出发，运用结构要素概念，将结构分析法作为一种补充的思维方法纳入到制图教学中，可突破学生对形体结构理解与表达方法综合应用的瓶颈，达到令人满意的教学效果。

1 结构分析法应用基础及特点

1.1 应用基础

结构分析法作为一种思维方法尽管在制图教材中未与形体分析法和线面分析法并列提出，但“结构要素”概念已明确存在。见GB/T4458.6-2002《机械制图》第5.7条，“带有规则分布结构要素的回转零件，需要绘制剖视图时，可以将其结构要素旋转到剖切平面上绘制，见图19。”GB/T4459《机械制图》结构画法中还明确规定了常用结构要素表示法，即零件上的螺纹结构、齿轮轮齿结构、花键结构、中心孔结构的规定表示法。

结构分析法在一些国家级规划教材中已有初步应用。如东华大学朱辉等编《画法几何及工程制图》（第六版）第8章零件的常用表达方法，华中科技大学等院校编《画法几何及机械制图》（第六版）第十章机件形状的常用表达方法，大部分例题视图都有对应的零件名称，结构形状分析时用到了一系列结构要素名称，如“凸台”、“凸缘”、“U 形槽”、“油孔”、“螺纹孔”、“长圆形孔”、“阶梯孔”等，在表达方法综合举例中进行结构和视图分析时应用更显突出。钟家麒、钟晓颖编《工程图学》（中英双语）第13章图样画法第101页内容“当剖切面通过由回转面形成的通孔或盲孔的轴线时，该孔的轮廓应完全画出。”此句话将国家标准中提到的“孔或凹坑”结构要素已清晰明朗化。

1.2 特点

（1）结构功能化。结构分析法主要从机件功能出发进行结构拆分，整体可拆分为安装部分结构、支承部分结构、连接部分结构等，局部有安装孔、支承孔、销孔、键槽等结构要素，逐步引入产品设计制造基础知识，突破形体分析法的单一思维模式。

（2）名称形象化。结构分析法将图形特点与结构功能相结合来命名结构要素，便于理解记忆。

（3）类型系列化。结构分析法按形状和作用对结构要素进行分类，达到知识的延伸与记忆的储存。

（4）画法规范化。结构分析法将典型结构要素画法融入教学实例中，通过不断的应用让学生达到非常熟练的程度，变成记忆中的图形符号。

2 结构分析法引入制图教学中的必要性

（1）1+1思维模式的局限性。在制图课程教学中对于视图、剖视图、断面图解题的基本方法常规是以形体分析法为主，线面分析法为辅，分析物体内外结构形状及其各组成部分的相对位置，选用适当的表达方法。学生在分析物体内外结构形状时，因对常见结构要素记忆不清晰，投影不明确，在采用剖视图时常出现剖切面选择不当、对相同结构要素重复表达或出现不完整结构要素等。

（2）2+1思维模式的优越性。在学习常用表达方法章节时学生已基本具备一定的画图和看图能力，形体分析法和线面分析法已成为学生看图的基本思维方法，如果教学中再融入结构分析法，将物体上各种结构要素进行功能化、形象化、系列化、规范化处理，从而逐步渗透到制图教学活动中，并加以相应的构形训练，将结构表达提升到结构设计、理解与应用的高度。这样不但可增强学生对结构形状的感知力、记忆力以及分析能力，更重要的是将明显提高学生对表达方法的综合应用能力，为零件图的学习奠定坚实基础。

3 结构分析法在制图课程教学中的实践

在表达方法教学过程中，引入结构分析法，主要是从组合体结构功能理解出发，将形体分析法分解后的基本形体按功能命名，如“底板”、“安装板”、“连接板”、“肋板”、“法兰盘”等，并引入“零件或机件”的概念。对于机件内部结构即空腔结构，强调“结构要素”类型及名称，比如孔按形状分有“圆柱孔”、“圆锥孔”、“通孔”、“盲孔”、“阶梯孔”，按作用分有“支承孔”、“安装孔”、“沉孔”、“螺纹孔”、“销孔”、“油孔”等；槽按形状分有“直槽”、“U 形槽”、“长圆形槽”、“弧形槽”，按作用分有“活动槽”、“键槽”等。

教师在课堂讲解剖视图的种类和剖切面的种类时，针对给出的已知视图，先引导学生应用形体分析法分析整体即外部结构，弄清其基本体构成数量、形状与相对位置，并按各组成部分功能命名理解；再利用结构分析法重点分析机件内部结构，弄清其内部不同结构要素的数量、位置、形状及常规功能。这种由整体到局部由实到虚由外到里的分析思路完全吻合画图与看图的步骤，机件到底属于外形简单、内部复杂的物体还是内外形均复杂且结构基本对称或内外形均复杂且结构不对称，另外剖切面到底需要采用单一剖切还是阶梯剖切或旋转剖切，应用情况一目了然。这样学生对教材上“结构要素”概念理解也变得十分具体而清晰。

表达方法章节学习的过程实际是不同类型机件表达方案优化的过程。学生通过不断地看图，应用各种视图、剖视图、断面图及简化画法来表达机件形状，对常见结构形状及表达已产生一定的记忆，此时通过适时地布置一些简单的结构改型练习或布置已知条件下典型结构重组构型练习，对知识的巩固大有益处。

4 结构分析法应用于表达方法教学应注意的问题

（1）结构要素类型归纳。因一般教材上对于组合体视图与机件表达方法两章节举例图形都附有立体图，教师可在机件表达方法章节学习前布置预习作业，要求学生根据教材上两章节所有图形进行结构要素罗列整理，然后由教师总结归纳。这是一个对教材知识内容的梳理和连贯的过程，十分必要。

（2）视图对称与结构对称比较。到底什么情况下采用全剖视图、半剖视图或局部剖视图，学生学习时常常难以把握。对于半剖视图的应用需重点强调，只有具有对称平面的机件才可选用半剖视图，不能盲目地在对称的视图上作半剖。课堂上需提醒学生仔细分析机件内外结构，因为视图对称并不等于机件结构一定对称。

（3）相同结构要素与不完整结构要素处理。不同剖切面种类的应用，目的是在各种剖视图上清晰简单地获得不同位置不同内部结构要素的投影，应避免相同结构要素的重复表达和不完整要素的出现。同时应对一种特殊情况进行说明，即当剖切后产生不完整要素时，应将此部分按不剖绘制。

（4）结构要素应用比较。结合实际对同类结构要素的应用从功能到投影进行比较，比如将安装板上的四个圆孔改成两个“U”形槽，将机件主体支承孔由通孔改成阶梯孔，或将通孔改成盲孔，圆柱孔改成圆锥孔等。通过各种应用比较将结构投影分析上升到结构设计高度，激发学生的学习兴趣。

5 结语

制图课程属于高校理工科学生一门必修的技术基础课程，重点强调的是能力的培养，科学思维方法的训练，如何让学生达到能画图、看图、更能空间构图，从有形到无形的能力提升，是教师与学生的共同愿望和课程学习的最高境界。多年的制图教学经验总结，只有突破学生因缺乏工程背景知识而产生的学习心里障碍，将结构形体表达提升到结构设计的高度来激发学生的学习兴趣，不但可解决课程的重点和难点，更重要的是可让学生持续的获得成就感。在机件常用表达方法章节学习时采用“2+1”思维模式进行教学，既是必要的也是可行的。

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