基于SolidWorks的机械制图体验式教学改革设计与实践

周蕊+洪振宇+金玉阳

【摘 要】针对机械制图课程教学中遇到的问题，文章提出研究性教学改革设计方案，使学生在学习操作SolidWorks软件的同时，逐渐培养空间想象力，形成由三维实体到二维平面图相互转换的思维能力，同时结合CAI课件举例说明各重点章节的教学方法，以实现学生从以教促学方式向自主学习方式的转变，发展学生的自我探究意识与构思创想能力。

【关键词】体验式教学 机械制图 SolidWorks

一、引言

机械制图是一门着重培养学生空间思维能力和构思创想能力的课程，同时也是一门实践性非常强的重要专业基础课程。学习这门课程对学生的空间认知能力、想象力、绘图能力都有较高的要求[1-2]。但在实际教学中发现，很多学生形成三维空间想象力很困难，即使采用现代教学演示方法，如多媒体教学等，效果也并不显著。

故笔者认为，基于虚拟教学平台在三维虚拟学习环境中进行体验式教学应该是一种不错的尝试，将讲授控制在必要的范围之内，利用有限的教学时间让学生由被动学习变为主动学习。

二、基于SolidWorks虚拟三维环境的体验式教学

机械制图课程经历改革之后，几乎都以CAI课件进行讲授，较之前看挂图、黑板手绘讲解的时代，课堂效率更高，也更易被学生接受。但由于课时大幅压缩，学生在课堂上看得多动手少，学习效果并不理想，这一现象可由经验之塔[3]理论做了很好的诠释。单纯完成讲授，往往是基于完成教学任务、方便教师教的角度设计的，而不是从学生的学习需求和学习可能性出发。尤其是对大学生，要更多地鼓励他们以主动的方式去学习，将培养学生探究的态度、意识及能力当作教学的重要任务[4]。

下面举例说明如何利用上机课营造的CAD虚拟学习环境，同时结合CAI课件完成体验式制图课堂教学。

（一）平面与立体相交

关于截切，很多初学者认为很难想象出物体截切后的样子，画出其三面投影更是无从下手。若在课堂上利用SolidWorks演示物体截切过程，且采用多视图展开显示（如图1所示），可启发学生的空间想象力。学生由三维模型入手，亲自体会模型中点、线、面在三视图中对应的位置关系，更容易理解吸收。

（二）立体与立体相交

相贯的难点在于，随着两个相交立体尺寸的变化，相贯线的形态、位置呈规律性变化。若用SolidWorks构建两个相交立体，利用模型树展开特征编辑尺寸，可随时改变其中一个立体，使学生方便观察相贯线的变化过程（如图2所示），发展学生的形象思维，便于其总结归纳出相贯线的变化规律，同时再结合CAI课件讲授如何利用表面取点法和辅助平面法来进行相贯线的求解。

（三）组合体

组合体的绘制需要学生具有一定的空间想象力，通过已知两个视图的投影构思出立体模型，然后进行未知视图的投影；若用SolidWorks進行模型的构建，可利用特征树当中的回溯棒来模拟学生的构思过程（如图3所示），帮助学生进行立体思维训练，提升形象思维能力和空间创新能力，逐步掌握形体分析法和线面分析法的求解过程。

（四）剖视图

剖视图需要表达立体内部的结构形状，更是需要学生具有很好的空间分析能力。学生总是搞不清楚哪里需要剖切，哪里应该画剖面线。利用SolidWorks的拉伸切除功能不仅能帮助学生构思建模，还可沿假想平面切开，使学生真实观察到不同剖切位置得到的内部结构形状（如图4所示），从而加深学生对剖视图画法的理解和认识。

（五）零件图和装配图

由于缺乏工程实践经验，学生对零件图和装配图的认读不够深入。若在CAI课件讲解的基础上结合SolidWorks建模、装配以及工程图的相关功能，可以很好地将零件图和装配图的有关知识串联在一起，加深学生的理解，提高学生的识图读图能力。

以装配体齿轮减速器为例（如图5所示），通过拉伸切除功能即可让学生在上机时自行完成零件轴、端盖以及齿轮的构建，其他零件由于课时有限，由教师辅助完成。学生通过亲自建模，可加深对零件上的工艺结构的理解。然后通过装配功能，让学生自己观察各零件之间的联接关系、传动路径以其在装配体中的作用。待完成装配关系之后，可利用工程图模块，将零件或装配体进行自动投影，选择适合的剖切方法完成视图表达（如图6所示），进一步加深学生对装配体内部结构及装配关系的认识。

三、结论

本文提出的基于SolidWorks的体验式教学改革设计， 可以在很大程度上实现以教促学方式向自主学习方式的转化，将计算机绘图与机械制图课程相结合，在采用CAI课件讲授的同时让学生逐步掌握软件建模的基本功能，使学生可以主动探究，独立学习。

通过部分上机课程实践，学生反馈出了很好的吸收效果。此种教学模式强调了学生通过自身体验来获得知识，教师为促进学生探究而讲授，将讲授控制在必要的范围之内，留出指导、辅助学生学习的时间，让学生自己去发现问题。

【参考文献】

[1]杨惠英，王玉坤.机械制图[M].北京：清华大学出版社，2011：1-5.

[2]孙兰凤，梁艳书.工程制图[M].北京：高等教育出版社，2014：1-10.

[3]孙子娴.基于VR-Platform的三维虚拟学习环境的设计与开发[D].上海：上海师范大学，2009.

[4]陈佑清，吴琼.为促进学生探究而讲授——大学生研究性教学中的课堂讲授变革[J].高等教育研究，2011，32（10）：94-99.