机械工程制图课程教法探索及教具设计

摘 要：学生对投影理论和三视图相关知识的掌握情况，是决定学生能否正确绘制图样以及识读图样的关键。为研究高职学生对投影理论和三视图知识的掌握情况，本文首先分析了《机械工程制图》课程的特点;其次使用抽样调查法对汽车检测与维修技术专业学生进行学情的问卷调查;然后对《机械工程制图》课程的授课方式进行了探索;最后利用CREO三维建模软件设计了一种可用于课堂教学的三视图投影教具。

关键词：教法 教具 三视图 投影特性

Abstract：Students mastery of projection theory and three-view related knowledge is the key to determining whether students can correctly draw and read patterns. In order to study the mastery of projection theory and three-view knowledge of vocational students， this article first analyzes the characteristics of the "Mechanical Engineering Drawing" course; secondly， it uses the sampling survey method to conduct a questionnaire survey of the academic conditions of the students majoring in automobile inspection and maintenance technology; the teaching method of "Mechanical Engineering Drawing" is explored; finally， a three-view projection teaching aid that can be used in classroom teaching is designed using CREO three-dimensional modeling software.

Key words：teaching methods， teaching aids， three views， projection characteristics

1 引言

《機械工程制图》是高职学校汽车检测与维修技术专业的专业基础课，是以图样为介质进行工程交流的技术语言，开设该课程的目的重在培养学生读图和绘图的能力[1，2，3]。因大多数高职学生对高中以前的基础知识掌握较差[4]，所以要如何教好《机械工程制图》这门课是所有制图任课教师要深思的问题。

2 《机械工程制图》特点分析

《机械工程制图》课程主要内容有制图基本知识、投影理论知识、立体的投影、组合体、机件的表达方法、零件图以及装配图等[5]。学生对制图基本知识，投影理论以及立体投影的掌握情况将直接影响到组合体、相贯体、装配图等相关知识的学习，甚至是影响后续某些专业课的学习。

对于高职学生来说《机械工程制图》是一门专业性较强，具有较强理论逻辑性和实践性要求的全新的专业基础课程。学生要学好这门课，掌握“读图”和“绘图”的技能，就要求学生具备空间想象、逻辑思维以及图形分析的能力，此外，不仅要能手绘图样，还要能使用AutoCAD、UG、SolidWorks等绘图软件。

3 学情调查分析

目前来说，高职学生的生源主要有中职升高职、分类招生、以及高中报考高职这三类学生。本文使用抽样调查的研究方法对汽车工程学院2019级汽车检测与维修技术专业已学过《机械工程制图》课程的200名学生进行问卷调查，其结果如下。

从图1可以看出，其中22%的学生为中职升高职的生源;78%的学生为高中报考或分类招生升学的生源，且高中学理科和学文科的学生人数相差不大，分别为40%和38%，即“文”和“理”相对平衡。

图2为学生现在对学过的《机械工程制图》中投影、三视图相关知识记忆情况图，由图可知到现在为止还完全记得的仅占15%，记忆比较模糊的学生占72%，其原因是大部分学生在学习该部分知识时的掌握程度仅能应付考试，并没深刻理解，因而遗忘较快。

图3为不同生源学生对空间想象能力的自我评价图，从图可以看出高中学理科的学生空间想象力整体较高中学文科学生或“中升高”学生要高;空间想象力较好的“中升高”学生仅有2人，空间想象力较差的中升高学生达8人，出现此现象的原因是“中升高”的学生没有经历高中阶段的系统性训练，所以他们的空间想象力，逻辑思维能力整体较差。

图4为不同生源学生自我评价学习难度对比图，从中可以看出，高中学理科的这部分同学大都认为《机械工程制图》课程学习难度一般，认为学习难度较大的为“中升高”学生和高中学文科的学生，分别为16人和18人。这一现象和他们对空间想象力自我评价数据结果相对应。

图5为学生在学习《机械工程制图》课程时对投影、三视图知识掌握情况图，由图可知，有26人表示当时就没有理解和掌握，真正完全理解的也只有30人，掌握不透彻或者模模糊糊的占144人，这样的结果并不是教师所希望的。

图6为教师对现有教具使用情况以及研究新教具来辅助学习理解投影、三视图知识知识点的必要性调查结果图，由图可知，有128人认为教师在上课过程中使用教具较少或教具单一。高达194人认为研究新型教具使用与教学过程中来帮助学生理解知识点很有必要。

综上所述，学生生源“文”，“理”较为平衡，但整体对投影和三视图知识的掌握情况并不乐观，85%的学生没能完全掌握投影和三视图的相关知识，所以，教师要使用什么样的教学方法使高职学生能掌握这门需要空间想象、逻辑思维能力的《机械工程制图》课程是值得深思的问题。

4《机械工程制图》教法探索

一般的课程重在传授学生理论知识，教师的教学也重在强调学生对理论知识的记忆，忘记了高职学生与本科生不同，对于高职学生应更强调应用，更强调“技能”。所以，使用合理的教学方法，培养学生的抽象空间想象力以及逻辑思维能力，让学生能读懂图样并能绘制图样是教师教学的重点任务。鉴于《机械工程制图》课程的特殊性，教师在教学过程中可应用教具、制图软件以及多媒体等工具。

教具。日常所见所用之物利用好了都可以成为教师授课时的重要教具。比如，在讲解一个长方体被一平面截切，得到两个什么样的立体时，教师可以先让学生思考答案并说出理由，然后拿出绘图工具包里的橡皮擦，当着学生的面用小刀对长方体的橡皮擦进行截切。在这样的互动教学过程中，不仅激发学生的空间思维能力，同时利用教具将一个抽象的空间物体进行了具象化，学生思考的答案立刻得到了验证，有利于学生进行反思，从而更加深刻的掌握知识点。

制图软件。能绘制二维平面图、三维立体图的软件有很多，如AutoCAD、PRO/E、3Ds MAX、CREO、UG、CATIA等。对于充满好奇心的学生来说，教师在讲课过程中使用新的软件，可以激发学生的学习兴趣，比如课堂现场建立一个三维模型，学生可以看到面是如何被拉伸成体的，使用“视图功能”还可以让学生看到立体被剖开后得到的剖视图，这些都能够帮助学生对知识点掌握。

多媒体。用PPT、动画、视频来演示制图过程，从视觉和听觉上来激发学生开放思维，在强化学生记忆的同时可培养学生空间想象力。

5 投影教具设计

5.1 现有教具对比

为提升教学质量，根据科学原理，对特定教学内容使用简单的机构设计特定的教具应用到实际课堂教学中，将抽象的知识直观化、具体化，形象化，从而帮助高职学生对理论知识掌握具有实际意义[6，7]。

在《机械工程制图》课程授课过程中教师常用的教具有工具类、模型类、挂图类以及多媒体类等[8]。对于大多数教师来说工具类教具是徒手绘图精度的保证，是上课的必备工具，但部分教师在板书作图过程中容易陷入完全不使用作图工具，即徒手绘图，或者逢图必用作图工具这两个误区。在学生学习前期，使用工具类教具有利于让学生跟上进度，培养学生空间想象力。在学生学习中后期，因学生已具备一定的识图、绘图能力，教师可徒手绘图来提高效率。在讲解某些特殊制图方法的时候，教师应重在技巧的传授，这时对于所画图的精度则没有很高的要求，若教师逢图必用作图工具，则会严重影响教学进度。模型类教具由于结构固定，可在学生学习前期使用，让学生对抽象物体具象化，学习后期则不再实用。挂图类教具可清楚展示图样的整体效果，适合在学生学习后期使用，重在培养学生读图的能力。多媒体类教具形式多样化，有PPT、GIF图、视频和音频等，多媒体教具的合理使用能使学生了解绘图步骤，培养学生逻辑思维，但过多使用会弱化学生自我学习的思考，致使教师成为了多媒体的播放者，学生成为了欣赏者，形成学生“一看就懂，一画不会”的尴尬局面。

每一类教具都有着各自的优点，合理使用才能发挥出最大的用处，达到事半功倍的效果，但它们都具有“学生只能观看，而不能参与其中”的缺点。

5.2 投影教具的设计

无论多么复杂的物体都是由点、直线和平面这三个基本几何元素构成的，理解掌握了这些基本几何元素的投影规律，是能否学好《机械工程制图》课程的基础。常用的投影法有两种：中心投影法和平行投影法。中心投影法的投射线是由一个点发出，所得的投影图的大小与投射中心、投影面以及投影体三者之间的距离有关，不具真实性。平行投影法的投射线是平行的，所得投影图的大小能反映投影物真实大小，根据投射线是否垂直于投影面又分为斜投影法和正投影法[5]。机械工程图样的绘制主要采用正投影法，所以，对要求能绘制工程图样的高职学生来说，正投影法是必须掌握的内容。

利用CREO三维建模软件设计的三视图投影教具，如图7所示，其结构组成包括：正投影板、水平投影板、侧投影板、支撑杆、托盘、投影演示物、灯具（LED灯具和普通灯具）等。

如图8所示，（1）当投影物选择平面且平行与正投影板，灯具选择普通灯具且安装于1槽中时，在正投影板上可得到平面的主视图。将支撑杆沿着滑槽移动，可得到不同大小的投影图，即反映出了中心投影法得到投影图的大小与投射中心、投影面以及投影物体三者之间的距离有关的投影特性。（2）当投影物选择平面且平行与正投影板，灯具选择LED灯具且安装于1槽中时，在正投影板上可得到与平面大小相等的主视图，即反映了正投影法的真实性。将托盘顺时针或逆时针旋转45度（1～89度均可），此时平面与正投影板倾斜相交，在正投影板上可得到一个长和平面的常相等，但宽小于平面宽的一个视图，即反映了正投影法的类似性。将托盘顺时针或逆时针旋转90度，此时平面与正投影板垂直，在正投影板上可得到一条长和平面的宽相等的线，即反映了正投影法的集聚性。此外，把灯具安装在槽2中或选点（或直线）作为投影演示物同样可以演示出中心投影法和正投影法的区别以及各自的投影特性。

教师在讲授投影理论知识以及点线面三视图时，则可以使用该教具来辅助授课。首先，教师对全班学生分小组。其次，让每小组的学生自行选择灯具和演示投影体，并确定灯具安装位置。在学生作业过程中，要求学生重点观察并记录不同情况下得到的投影图。最后，让每组学生对每种情况下得到的投影图进行分析讨论，总结出两种投影法的区别以及每种投影法的投影特性。本投影教具的合理使用，能让学生参与知识探索的过程，提高学生学习主动性，进而提高教学质量。

6 总结

投影和三视图相关知识是《机械工程制图》课程中的重点和难点之一，为探索教师如何较好该课程，文章首先分析了《机械工程制图》课程的特点;其次使用抽样调查法对200名学生进行学情问卷调查，其结果表明，空间想象力最差生源为的中职升高职的这部分学生，对理论知识掌握不透彻或者模模糊糊的高达144人，128人认为教师在上课过程中使用教具较少或教具比较单一，高达194人认为研究新型教具使用于教学过程中来帮助学生理解知识点很有必要;然后探索了3种《机械工程制图》课程的教学方法;最后利用CREO三维建模软件设计了一种可让学生参与教学过程中来探索投影、三视图相关知识的投影教具。

基金项目：1.机械制图课程中三视图投影教具的研究（项目编号：1-ZZYB-202009）;2.汽车专业教学仪器设备研制团队（项目编号：遵职科合[2019]）。

参考文献：

[1]唐建成.机械制图基础及CAD[M].北京：北京理工大学出版社，2017.

[2]邵红薇. 浅谈中职机械制图中点线面的投影[J].学周刊，2017（24）：18-19.

[3]高琳. 传统与多媒体教具在制图课中的完美应用[J].中国教育技术装备，2011（23）：65-67.

[4]韩力军. 教具在高职课堂教学中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2016（11）：107-108.

[5]王斌，王亮. 机械制图与CAD基础[M].北京：机械工业出版社，2019.

[6]]贾科选. 初中物理自制教具的开发与应用[D].合肥师范学院，2021.

[7]孙相春. 信息化背景下傳统教具在高中地理教学中的应用研究[D].鲁东大学，2019.

[8]祁燕. 对多媒体在《机械制图》教学应用中的几点思考[J].读与写（教育教学刊），2014，11（05）：242.

作者简介

符耀民：（1993—），硕士，助教。研究方向：汽车及其零部件设计理论与方法。