浅谈机械制图“实物化”教学

2015-12-30孙玉新,闫思江,李凡国等

职教通讯 2015年21期

关键词：空间想象力机械制图高职

浅谈机械制图“实物化”教学

孙玉新，闫思江，李凡国，赵剑波

摘要：“机械制图”学习中怎样才能有效地提高学生的学习兴趣，并快速训练学生的空间想象能力，一直是授课过程中的难点。对“实物化”教学的益处和“实物化”教学的实现两方面进行了分析，并经过实践教学检验，证明“实物化”教学能取得一定的教学效果。

关键词：高职；机械制图；“实物化”教学；空间想象力

基金项目：青岛港湾职业技术学院教学研究课题“‘机械制图’三维模型库建设”(项目编号：GW2012B20)

作者简介：孙玉新，女，青岛港湾职业技术学院讲师，硕士，主要研究方向为机械设计与模具设计；闫思江，男，青岛港湾职业技术学院教授，博士，主要研究方向为机械设计与制造；李凡国，男，青岛港湾职业技术学院讲师，硕士，主要研究方向为机械制造和模具制造；赵剑波，男，青岛港湾职业技术学院讲师，硕士，主要研究方向为机械制造。

中图分类号：G712

“机械制图”作为机械类和近机类专业的专业基础课程，在教学过程中主要存在两个问题：(1)课程中某些部分理论性过高，具有一定的难度，学生学习起来困难；(2)看图过程中，需要学生具有良好的空间想象能力，才能有效地把图纸和零件结合起来，但部分学生的空间想象力难以建立。[1]而“机械制图”又是后续专业课程的基础，因此，机械制图课程学习的效果，直接影响了专业领域最终的学习。如何让学生学好“机械制图”，看懂图纸并能有效的绘制图纸，就成为摆在我们面前亟待解决的问题。

笔者在教学过程中反复进行改革创新，发现进行“实物化”教学，能快速提高学生的学习兴趣，达到良好的学习效果，也就是：先有感性认识，再上升到理性认识，最后应用于实际。

一、“实物化”教学能有效提高学生学习的积极性

高职学生具有文化课底子薄弱、课堂注意力不集中、没有掌握恰当的学习方法、喜欢实际操作、不喜欢填鸭式教学等特点。这样的特点决定了他们对于课堂学习的兴趣缺乏，如果还是按照传统进行课堂教学，学生存在上课走神、睡觉、玩手机等现象，学生的学习学习效果也不会好，究其根本原因就是学生缺少兴趣。而我们现在精心选取准备了与授课内容相匹配的“实物化”模型，学生能够亲自动手摸一摸，看一看，把看到的形状存储在头脑中，并与相应的问题结合起来，问题就得到了解决，这样学生的学习兴趣明显的提高了，学习的积极性和主动性也提高了。若学生再进一步动脑思考，把具体形象思维上升到抽象思维，拓展思维能力，便能使学生在学习机械制图过程中变“要我学”为“我要学”，更进一步上升到“我爱学”的境界。

二、“实物化”教学能较好地培养学生的空间想象能力

“机械制图”中的空间想象力是人们对空间几何体或机件的形状进行观察、分析、绘制的抽象思维能力，它主要包括三个方面的内容：(1)能根据空间几何形体或机件的视图，正确想象其直观图；(2)能根据空间几何体或机件的形状，完成表达其结构形状的图纸；(3)能对头脑中已有的空间几何体或机件进行分解、组合，产生新的空间几何形体，并正确分析其位置关系和数量关系。学生空间想象力的培养是“机械制图”课程教学的重要任务之一，同时，也是最大的难点。如果在教学过程中只是一味的提出空间想象力的培养，而缺少相应的方法和措施，仅仅依靠理性分析，不能形成感官上的配合，结果可能会是少部分悟性好的学生的空间想象力得到了极大的提高，而大部分学生则收益甚少或原地踏步，甚至于视“机械制图”的学习为不可逾越的障碍。

随着教学改革的进一步推进，高职院校安排的课程越来越多，导致机械制图的课时越来越少，那么如何在短时间内培养学生良好的空间想象力呢？我们通过教学发现，如果能够提供“实物化”的模型，让学生先看看“实物”，再对应相应图纸，则学生在后期的学习过程中，如果出现了类似的图形或者结构，学生因为见过实物，就很容易想象出来。随着“实物化”模型数量的增加，学生在头脑中的感性认识模型越来越多，空间想象力也就一步步建立起来了。

三、“实物化”教学有助于学生画图能力的培养

绘制图形也是学习“机械制图”中需要培养的一项重要技能，部分学生的空间想象力很不错，能够较快通过图纸完成空间几何体的构建，但是一旦遇到绘制物体其他结构图形的问题，往往容易出现某些结构绘制不正确，或者多线、漏线等问题。如果有“实物化”的模型，那么学生在对照模型的过程中，很容易找到画错的线、多的线和遗漏的线条，问题也就得以解决。长时间的积累下来，学生以后再遇到类似的结构也就不容易出错，学生的绘图能力能得到很大的提高和改善。

“实物化”教学对学生学习机械制图、培养良好的空间想象力、绘制正确的机械图纸具有良好的效果。但“实物化”教学如何有效地出现在教学的课程中成为一个难题。如果全部依靠实物的教学模型显然难以实现：(1)模型的成本过高，而且数量难以满足50人以上的课堂；(2)模型的种类较少，很多的图纸没有相匹配的模型；(3)模型的体积较大，教师上课携带的东西太多，而且一旦损坏，难以修补。通过教学实践，“实物化”教学的实现途径可以有以下几种：

(一)木制模型

高校在开设“机械制图”课程的同时，都购买了不同厂家的相应的木制模型，在本校的模型室中也有不少的模型(如图1)，有很多是和教学内容相匹配的。在上课的过程中，教师精心选取具有典型意义的模型，学生在学习之前先进行传阅，形成感官上的认识，然后通过图纸(如图2)各个线条的讲解，上升到理性的层次，既完成了课堂内容的学习，又有效的培养了学生的空间想象力，学生学习起来比较轻松，课堂气氛也非常活跃。

图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2

(二)自制模型

木制模型能够有效地解决空间想象力的培养，但其存在笨重、数量少、类型少的缺点，即有很多模型不存在。那我们在课堂中遇到这样的问题该怎么解决呢？一些相对比较简单的平面体，我们可以采用硬度适中、便于切削的物品来自主完成，例如苹果，萝卜等。学生在制作模型的时候，兴趣非常浓厚，从基本体的成型，每一个切削面的位置，切削后的形状都可以让学生独立完成，这比直接看到模型观察得更加仔细，空间想象力得到了极大的提升，效果非常好。

(三)轴测图

自制模型能够解决一些相对简单的平面体的问题，但如果是曲面体的话，自己制作变得比较困难，教师可以通过在黑板上绘制轴测图，或者学生在图纸上绘制相应的轴测图(如图3)来体现其结构。众所周知，轴测图作为“机械制图”中一个章节，从来不是作为重点来讲解的，一是其内容较为简单，二是受到总课时的限制。但我们不得不承认，轴测图确实对培养学生的空间想象力很有帮助，而且绘制轴测图显然有利于提高空间想象能力。我们在教学中加重了轴测图的绘制，让有能力的学生边绘制轴测图边培养空间想象力。而能力相对弱一些的学生通过分析其他同学绘制的轴测图来提升空间想象力，很多学生反映确实达到了教学效果。

图3

(四)软件模拟实物，并制作动画

“机械制图”中有些实物的内形过于复杂，自制模型和绘制轴测图都难以完成。我们在此借助三维软件UG，对难以用自制模型和轴测图完成的图形进行绘制并剖切，在展现其外形的同时，把内部形状也展示出来，即便不进行剖切，也可以通过调整透明度的方式(如图4)展示内部形状。由于输出格式的限制，只用JPG格式图形显示总有部分被遮挡，通过UG中的运动仿真制作多方位的旋转动画，并输出为AVI格式影片(如图5)，这样在课堂上可以完整展示在学生面前，学生看到的和实物没有区别的影片，就如同见到实物一样，所有的空间结构得以展现，学生的空间想象能力得到了进一步提升。