组合体视图“四位一体”教学改革的探索

李荣敏，龚婵媛，薛梁，申燚

（1.江苏科技大学 张家港校区，江苏 张家港 215600；2.江苏科技大学 苏州理工学院，江苏 张家港 215600）

0 引言

工程图学是工程界的语言，是研究如何用图样表达设计思想的课程。其中“组合体的视图”是该课程的一个非常重要知识点，根据教学计划，它通常被安排在基本体学习之后零件图学习之前，它是基本体学习的延申，同时又是学习零件图的重要基础，所以在课程学习中起着举足轻重的作用。组合体不同于简单的基本体，它是由一系列的基本体按照一定的组合方式组合而形成的，所以结构相对比较复杂。大部分院校的工程图学课程通常安排在大一第一学期，此阶段的学生缺乏实践知识，在高中阶段没有进行该方面的知识学习，所以对于此时的学生来所，该知识点又是一个难点。如何让学生更好掌握该知识点，是任课教师常思考和讨论的一个问题。笔者根据教学经验，总结出针对“组合体”的“四位一体”教学法，可以较好地提升教学效果[1]。

1 问题的提出

组合体这部分内容主要包括：组合体的画图、组合体的尺寸标注和组合体的读图等内容。其中组合体的画图主要是指根据组合体的立体图绘制三视图，读图主要是指根据视图读懂组合体结构。但有些学生在画图时看不懂立体结构，主要因为学生实践经验较少，对于一些内部结构有些或者三维图形被遮挡部分结构不能够正确分析，造成绘图错误。组合体的读图，主要是根据平面图形想象立体结构，由于学生空间想象能力培养较少，在这方便普遍比较欠缺，所以普遍存在困难。

鉴于以上教学中种种困难，提出了针对组合体的“实践、理论、三维建模、三视图”四位一体教学改革（图1）。根据学生知识结构特点，学习过程中首先进行实践引入，然后再进行理论教学，力求能够做到理论指导实践，实践提升理论。

图1 组合体的视图“四位一体”教学改革

2 构建“四位一体”的教学内容

2.1 实践引入

工程图学通常安排在大一上学期，新入学的大学生还没有参加金工实习、认识实习和生产实习，实践知识比较匮乏，对于实践经验严重不足的学生来说，学习工程图学有些困难，所以为了帮助理解，首先引入实践，让学生有初步的实践认知，这样对学习很有帮助。比如学习组合体部分，先从简单的零件引入。在此处可以引入的样例很多，以常用的一些零件为佳。此处以在各种系统中常用的三通为例。三通管的作用便是用于改变流体方向，主要用于机械、医学、水利等工程领域。实践引入可以进行视频、图片展示等，分析其重要作用和结构特点，让学生明白学习其重要作用，可以有效提升学生实践知识以及激发学习积极性。其中图2是零件三通。图3是此类型的三通常见的实际应用场景。通过零件以及实际应用场景的讲解，可以让学生很好地掌握此类组合体的结构特点、使用场合以及材料和技术要求等内容[2]。

图2 三通

图3 三通的应用

2.2 理论

实践极为重要，但是对于大学生来说，仅仅实践是不够的，必须把知识再进一步上升到理论高度，才能达到学习的高度和层次。以组合体理论知识讲解和学习为例。组合体是基本体经过叠加和切割而形成的，组合体的组合方式有两种：叠加和切割。对于学生来说，叠加和切割都比较抽象，难以理解，如果此处有些实践经验，就有助于理解。根据零件三通讲解组合体的理论知识则大有助益。三通可以理解成两个圆柱正贯而形成的，也可以通俗来说两个圆柱体相交而形成的，此处就属于叠加。三通用于连接管道连接，即中间必须有孔，所有两个圆柱必须加工孔，此处就属于切割。两个圆柱相交，外表面就会产生交线，此处的交线就称为相贯线。圆柱中间打孔，两个孔相交，内表面就会有交线，该交线亦是相贯线。此处可以根据需要，进行一系列的拓展。

2.3 三维建模

学习的过程是从实践到理论，最后再服务于实践。近些年来，先进成图技术飞速发展，极大拓展了零件的表达方式方法，这也为工程图学提供了较大的发展空间。学生不仅要掌握传统的草图、尺规作图，还应该掌握三维建模，这有助于对知识的掌握。通过三通的建模，学生可以进行三维建模的拉伸、抽壳等基本命令，能够掌握简单组合体的建模方法。通过实操建模，能够深刻理解零件的结构、形成等，可以加强对零件更进一步掌握[3]。其中图4是三通的三维建模。

图4 三通的三维建模

2.4 三视图

三维图样可以直观表达零件的结构，但是三维图样是在二维空间表达三维的形状，有自身的局限性，比如有些结构、尺寸[4]就不能够很好反映出来。所以虽然三维建模技术发展迅速，但是二维图样作为加工、制造、设计的基础，它的作用是不可替代的。在教学中，要加强二维图样的学习，在组合体部分，三视图是重点掌握的内容。通过学习三通的三视图（图5），可以掌握三视图的概念以及三等关系和方位对应关系等内容，可以掌握组合体结构的分析方法、绘图视图的方法与步骤、尺寸标注的方法和进一步巩固重点图线的画法等[5]。

图5 三通的三视图

目前，绘制三视图常用的方法有3种：（1）尺规作图，尺规作图在图学掌握过程中起着举足轻重的作用，所以首先要加强尺规作图绘制三视图学习；（2）直接利用二维绘图软件进行绘制，常用的软件是Auto-CAD；（3）利用三维图形直接生成三视图。前两种方法对于基础知识的掌握和基本能力的提升很有助益，目前实践中用得比较多是第三种方法，这3种方法互有助益。

3 组合体视图“四位一体”教学实施方案

四个项目之间层层递进，互相影响，如果有其中一项完成的效果不理想，就会影响到整个进度和效果。所以在实施过程中要加强过程控制、过程监督和考核。

按照授课计划，组合体视图共4学时，学时分配见表1。实践课程1学时，在实验室进行，实验室里有种类丰富的组合体供学生使用。为了提升实践效果，在实践之前下发实践问卷，方便学生有针对性提前查阅资料和进行实践，问卷题目主要涉及组合体的基本概念、组合体的结构和组合方式等内容，由于课时的限制，预习采用在线课程的形式，在实践过程中，教师给适当的引导，学生根据实践问卷内容仅对部分有代表性的内容开展实践。通过该阶段的学习，学生会对组合体的概念和结构有了初步理解，增加学习兴趣。第2阶段是1学时理论教学，该部分主要教学内容是基本概念、组合体的组合方式、三视图的绘制方法和尺寸标注等内容，学生有了实践基础，会对组合体的基本概念和组合形式有更深入的了解。三视图的绘制方法和尺寸标注内容是重点和难点，需要重点加强。通过该阶段的学习，学生掌握组合体结构的分析方法，掌握的三视图的绘制方法。第3阶段是1学时三维建模，主要教学内容是二维草图绘制和最基本的三维建模的方法，教学方法采用课堂讲授和实操两种方式，通过此阶段的学习，学生能够掌握简单组合体的建模方法。第4阶段是1学时三视图的实操练习，此阶段首先练习传统的用尺规绘制三视图的方法，然后再学习立体图形生成三视图的方法，由于利用立体图生成三视图是比较流行和快捷的方法，所以在此处重点进行学习。该部分的教学主要在实验室和机房完成，实验室里满足学生需要的模型，机房设备配置齐全，可以较好满足理论教学和学生实操训练的要求。

表1 组合体视图教学方案实施

4 组合体视图“四位一体”学习过程考核方案

考核是手段而不是目的，为了提升学生积极性和参与度，在教学过程中加强讨论、互动和过程考核。考核项目有五项，分别为课前预习、实践、出勤、三维建模、三视图，各项占比依次是10%、15%、5%、35%、35%。第1项考核内容为课前预习。由于课时的限制，课前预习在学习通通过视频和线上答题形式学习进行，视频时长约20 min，视频学习完成之后，有10个在线问题检测学习效果。第2项过程考核是实践环节，在课程安排中，有1学时的实践环节，该部分实践质量主要根据实践问卷的答题质量评定，问卷的题目主要为简答题和绘图题两类。第3项考核内容为上课的出勤率。第4项过程考核是三维建模，考核内容主要为提交作业的质量，即立体图绘制的正确与否，此处主要考核是基本的建模命令是否掌握。第5项考核内容是三视图绘图的质量，此处主要包括三视图的线型是否标准、尺寸标注是否正确、内容是否齐全等。评定等级分为优、良、中、及格和不及格五个等级。考核方案科学、合理，并且具有可操作性，并覆盖教学全过程。

表2 组合体视图学习过程考核

5 结语

组合体部分在工程图学学习过程中起着举足轻重的作用，该部分内容掌握程度决定后续零件图学习。为了学生更好掌握，提出了“四位一体”的教学改革，即实践引入、理论教学、三维建模（三维图形）、三视图（二维图形）四方面进行学习。组合体部分通过实践引入，能较好解决了学生实践知识匮乏的问题，理论教学又把实践提升了一个高度，三维建模（三维图形）是紧跟现代科技的步伐，利用先进成图进行图样再现，三视图（二维图形）较好的反映零件的结构形状。四个方面即独立又互相促进，相辅相成。教学方法较好，学生参与度较高，在教学中就会取得较好效果，在结尾，又提出了过程考核的方式方法，提高了学生的学习积极性。