基于三维建模的“机械制图”课程改革实践研究*

张约美

（常州铁道高等职业技术学校，江苏 常州 213011）

“机械制图”课程要求学生具备一定的空间想象能力以及空间思维能力。 对于目前的“机械制图”课程而言，在教学实践中，高职学生自我学习能力普遍不高，传统的教学使用模型和挂图，而且模型数量和品种也很有限，严重束缚着教学内容的安排，学生的思维比较单一，不能做到将所学的内容灵活应用，导致学生的空间想象能力较弱，会使学生产生一定的畏难情绪，对于课程学习感到枯燥，缺乏兴趣，进而影响学生学习的积极性。 如何更好地让学生能够独立地去思考， 如何更好地建立起知识与能力之间的对应关系，随着计算机技术的发展，利用三维软件建模能够向学生展示各种零件结构， 可以增强学生的空间想象能力，同时教师利用二维软件展示零件的图形，有效缩短教师在课堂上的绘图时间， 保证在相同时间内有更多的输出信息量，具有较强的实用性，在教师教学过程中也不仅要关注对零件的表达， 还要提高学生对这门课程的兴趣，以此提高学习效果。

1 基于三维建模的“机械制图”课程教学方法改革

1.1 指导思想

本着强化“以就业为导向，以服务为宗旨，以职业能力为本位，以职业实践为主线”的职教理念，改革传统的课程模式，开发探索以多媒体教学为主的课程模式，增强课程的实用性、灵活性和适应性，实现培养目标与社会对人才需求的对接。 以培养高等技术应用型人才为根本任务，以适应社会需求为目标，以培养技术应用能力为主线设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案；毕业生具有基础理论知识适度、技术应用能力强、知识面较宽、素质高等特点，课题组从“机械制图”课程教学改革的实践与应用的角度，改革教学方法，创新空间想象能力培养方式，完善实践环节，改变传统模式，运用多媒体和软件新技术手段建立了针对职业教育特点的教学模式。

1.2 研究目标

1）本研究针对五年制高职“机械制图”课程教学问题，依据五年制高职机械专业的培养目标，体现“职业性、技术的应用性和示范性”， 探索适合当前学生特点的教学方法和教学手段，为进一步深化课程改革、提升专业建设的水平服务。

2）强化“以就业为导向，以服务为宗旨，以职业能力为本位”理念，以职业实践为主线”的职教理念，改革传统的课程模式，开发多媒体和绘图软件教学模式，增强课程的实用性、灵活性和适应性，实现培养目标与社会对人才需求的对接。

3）教学利用二维软件与三维软件相结合模式，为了增强学生的空间想象能力，提高学生绘图和读图能力，提高学生的职业实践能力。

1.3 研究思路

课程学习中采用理论与实践相结合的方法，使学生掌握基本的工程图样绘制能力和识读能力。 整个课程教学中注重学生应用能力的培养，激发学生兴趣，体现以学生为主体的方法和思路。 采用多媒体教学和绘图软件相结合的方式，可有效提高学生读图的应用技能，从而为后续课程奠定了良好的基础，也提升学生的职业实践能力。 实践证明，这是行之有效的方法[1-2]。

1.4 研究方法

1） 组织比较实验教学。在高职机械类专业中，分别组建实验班（A 类）和参照班（B 类），并配置以相同的学生人数、教学场地、任课教师；A 类班采用多媒体模型教学法组织教学，B 类班采用传统教学法组织教学， 全程教学时间均核定为两个学期。 在前面的实践探索基础上，2013 级高职机械类数控专业全部采用多媒体模型教学法，并配置相同的教学场地、任课教师。

2） 对比性教学效果评价。 对比性教学效果评价是A类班和B 类班教学质量优劣的评价， 原则上实行考教分离， 即A 类班和B 类班由专业科依据同一课程标准组织教学，最后统一主持期末考试，评定教学效果。

3） 以典型理论知识与实践知识以及计算机绘图的有关内容为基础，设计学习性工作任务。

4）利用三维软件建立三维图库，同时生成二维图库，从而丰富“机械制图”教学资源。

2 基于三维建模的“机械制图”课程教学方法改革实践研究

在传统教学的基础上，进行“机械制图”教学方法改革实践研究，就是要充分将理论与实践相结合。 为了加强学生空间想象能力和读图能力， 课上充分利用多媒体教学手段， 充分利用三维软件对典型例题以及各种习题进行建模。 在课程进行中要利用大量效果清晰、重点突出、讲解连贯的图片加以辅助说明。 利用二维、三维动画软件演示零件结构、绘图过程、零件加工装配过程。 三维建模软件教学内容包括设计环境设置、特征和零件设计、工程图设计和装配体设计等几部分内容， 利用三维软件绘制的模型绘制步骤可以通过分解的命令展示给学生， 同时利用学校的多媒体教室， 通过录制的模型制作和生成过程的录像，能够较好地训练学生的形体制作想象能力。 比如讲解“组合体的识读与绘制”叠加和切割形式，分步进行让学生观看零件的叠加或切割过程以及三视图的变化，讲解“剖视图”可以将剖开的零件展示给学生看，讲解“零件图”时对照二维和三维图形展示，充分让学生理解零件的结构形状、尺寸标注、技术要求等。 然后，再利用三维软件生成二维图形，软件界面有：各种绘图命令和编辑命令的应用、 图形的属性设计和修改绘图环境设计，“机械制图”中的用投影规律“长对正，高平齐，宽相等”。 可以用CAD 软件中的“极轴”或“正交”命令来实现，对于不同线型，软件中可以对不同的线型进行加载设置，并采用不同的颜色进行区别，图形清晰明了。 学生将传统课程教学与现有的课程教学进行对比学习， 能更快地建立二维到三维的思维转换模式。 通过课堂上计算机软件的展示，为今后二维和三维软件学习打下良好基础[3-4]。

2.1 实施方案

将机械制图分为重点模块、 三视图模块、 组合体模块、图样表示法模块、零件图模块和装配图模块，对各个模块进行实践研究教学。 以组合体模块为例进行说明。

1）三维软件展示空心圆柱体的立体模型（见图1），二维软件讲解其三视图的画法（见图2）。

图1 空心圆柱立体

图2 空心圆柱三视图

2）三维软件展示第一次叠加后的组合体（见图3），二维软件讲解其三视图的画法（见图4）。

3） 三维软件展示第二次叠加后的组合体 （见图5），二维软件讲解其三视图的画法（见图6）。

图3 第一次叠加后的组合体

图4 第一次叠加后的三视图

图5 第二次叠加后的组合体

图6 第二次叠加后的三视图

在教学过程中，采用三维模型展示立体模型，二维软件辅助绘制三视图， 并采用图层颜色区分不同的结构，绘图步骤清晰，便于理解，学生的学习积极性得到了很大提高，同时教师也节省了时间，提高了课堂效率。

2.2 实施效果

1） 在2019 年的高职数控类班级中，A 类班采用三维建模的课程改革教学法组织教学，B 类班采用传统教学法组织教学，配置以相同的教学场地、任课教师和相同的评价方法，通过两个班的实验结果进行比较，统计发现学生的考试成绩有显著提高，其中不及格率大幅降低，及格率和优秀率均有明显的提高。 图7 与图8 分别为是2019 届第一学期和第二学期实验班与参照班期末成绩对比图。

图7 第一学期参照班与实验班的成绩对比图

图8 第二学期参照班与实验班的成绩对比图

2） 通过课题的开发研究实施， 教师将自己的教学活动和课堂情境作为研究的对象,对教学行为和教学过程进行反思和总结,通过探索和尝试，不断完善教学方法和使用方法，并将其发挥至极致，教学效果会稳步上升。

3 结束语

通过合理的教学内容安排、科学的教学方法和实用的教学手段，可以培养具有扎实机械制图绘制和识读能力的高素质技术人才。 在教学内容上强调基础性与实用性的和谐统一， 在教学方法上以调动学生学习积极性和参与性为目的， 充分强调理论教学与实践教学并重， 重视在实践教学中培养学生的实践能力和创新能力，团队合作能力及分析问题、解决问题的能力， 力求具有鲜明的教学特点和显著的教学效果。 文章根据基于三维建模的“机械制图”课程教学方法，将其应用于教师的实际教学当中，通过实践可以证明，将“机械制图”课程教学与三维建模充分的结合可以有效实现教学方法的一体化， 将二者相结合的教学方是一种十分有效的教学方法。