高职机械制图课程信息化教学设计

阎汉生 刘林 熊巍

【摘 要】组合体三视图的画法是机械制图课程从画法几何部分向机械零件表达部分过渡的重要环节，也是传统的教学难点。针对当代高职学生的特点，综合应用云课堂、微课、AR虚拟交互、软件实操、网络课程等信息化手段，对该课程单元的教学策略、教学过程进行创新设计和实践，激发了学生的学习兴趣，教学效果得到明显提高。另外，通过教学竞赛对该教学设计进行推广，也获得了同行的认可和肯定。

【关键词】信息化教学；机械制图；组合体

中图分类号： G712 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）27-0120-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.054

【Abstract】The drawing of the three-view of the combination is an important part of the mechanical drawing course transition from the geometric part of the drawing to the expression part of the mechanical part，and it is also a traditional teaching difficulty.In view of the characteristics of contemporary higher vocational students，the application of cloud classroom，micro-class，AR virtual interaction，software practice，online courses and other informational means， innovative design and practice of the teaching strategy and teaching process of the module，stimulated students.The learning interest has been significantly improved.In addition，the teaching design was promoted through the teaching competition，and it was also recognized and affirmed by the peers.

【Key words】Informational teaching；Mechanical drawing；Combination

0 引言

我國正在加快从制造大国到制造强国的转变，不但需要发展高端制造技术和装备，也需要培养大量制造业高技能人才[1]。工程图纸是设计方案的载体、加工制造的依据，工程图纸的识图与绘图能力，是高职机械类学生必备的核心能力之一。教育部工程图学教学指导委员会制定的课程基本要求指出：需培养学生对空间形体的形象思维能力和逻辑思维能力，能依据投影法用二维平面图形表达三维空间形体。组合体的视图表达正是其中关键，然而组合体的三视图画法一直是制图教学中的主要难点之一，原因在于这个环节对学生的空间想象力要求较高，同时要求学生严格按照制图国家标准绘图，学生掌握难度较大。

2010年以来，在国家中长期教育改革和发展规划纲要的指导下，国内各高职院校都在进行信息化教学改革的探索，其基本思路是利用丰富的信息化技术手段，对原有教学资源、教学方法、教育模式和理念进行全面改进，促进学生自主学习，提高学习效果[2]。另一方面，教育部推动的职业院校信息化教学大赛也有效的提升了教师的信息化水平和信息化教学能力。本文研究将以机械制图课程中的“组合体三视图的画法”单元为例，对其进行信息化教学设计，探索信息化技术手段在高职课堂里的综合应用。

1 教学分析

1.1 教学内容与学情分析

本课程单元包含2学时课堂学习和30分钟线上慕课学习，我校已通过学堂在线建成了广东工贸慕课平台，引入了清华大学田淩教授主讲的机械制图国家精品课程，有大量生动清晰的教学录像供学生自学。教学内容“组合体三视图的画法”在整个课程中起到了承上启下的作用，既是组合体构型方式的深入应用，也是学生后续学好机械零件表达的基础。

笔者教授的是机械制造及自动化专业大一学生，学生毕业后大多进入机械加工制造企业工作，工作岗位对机械图纸的识图绘图能力要求较高。当代高职学生的优势在于思维活跃、喜欢实际操作、对新软件接受很快[3]。他们在之前的课程中已经掌握了组合体的组成形式和基本体的三视图画法，但对复杂组合体的空间想象力还需提高。学生的不足主要表现在学习专注度较低、课外很少看书、手机依赖度较高。后续将针对学生特点进行教学策略设计。

1.2 教学目标和重难点

教学目标包含知识目标、能力目标和素质目标。知识目标是理解形体分析法的含义，掌握组合体三视图绘图方法和步骤。能力目标是能使用形体分析法画出支座的三视图，提高组合体形体分析能力。素质目标是培养认真、严谨的工作作风和积极参与的团队协作精神。根据教学目标和教学经验，总结出本次教学的重点是掌握组合体三视图的绘制方法，难点是正确对各类组合体进行形体分析。突破重难点的关键：采用Flash动画软件进行组合体的拆装演示、教师采用Rhino软件实时切割组合体帮助学生充分理解组合体的构型方式，然后指导学生现场进行尺规绘图以加深知识的应用。

2 教学策略

在教学策略上，采用混合式学习模式下任务驱动的方式，通过自主学习、实操演练、讲解点评的方式，实现做中学、做中教，结合多种信息化手段，最大化激发学生的学习兴趣[4]。为了解决教学难点，采用了AR交互先体验、拆装动画分形体、透明剖切解疑难三种手段。为了突破教学重点，采用了软件投影找主视、平面动画定线条、尺规作图加印象三种手段。信息化手段和传统教学的融合应用构成了混合式教学的线下环节。而线上环节则通过微课视频、云课堂、网络课程平台等方式综合应用，起到了课前预习基础知识、课中提高课堂效率、课后提升作业质量的作用。线上线下混合式学习模式示意图如图1所示。

3 教学过程

3.1 课前预习

在课前预习环节，从微信和Q群向学生推送清华大学、华中科技大学等国内顶尖大学的慕课、微课教学视频，学生可通过手机、电脑，利用碎片化时间了解课程基础知识。针对学生空间想象力较弱的问题，利用AR增强现实技术，学生通过手机摄像头扫掠书本中的图纸，便会在手机屏幕上浮现出该图纸对应的三维模型（如图2所示），可通过触摸进行旋转缩放，有助于更直观的理解该组合体的结构形式[5]。

3.2 课中学习

课中学习阶段划分了4个环节，新课导入、提出任务、任务实施和总结评价。通过情境模拟，导入新课。为学生安排一个模拟企业任务，让学生体验在未来工作岗位中可能遇到的情况[6]。例如公司生产的整平送料机中有一支座零件的图纸不慎遗失，需要学生根据现有零件实物绘制其三视图，用于企业后续生产。带着任务学习可激发学生的求知欲。

要准确画出组合体三视图，必须先弄清组合体是由哪几个基本形体构成，以及这些基本形体之间的位置关系，可以播放课件里的三维拆装动画。如果有学生仍然不能理解组合体中被遮挡的内部结构，教师可以通过现场操作Rhino三维软件，切换组合体为半透明状态，甚至切开组合体，暴露其内部结构，供学生观看，如图3所示。这就要求制图课教师也要与时俱进，提高自身信息化教学能力，至少熟练掌握一门三维软件的操作[7]。

学生在理解了组合体的构成之后，就要选定主视图的投影方向了。教师通过三维软件，从X/Y/Z三个假想的方向投影出三个候选主视图，让学生直观判断，哪个方向的主视图最能反映组合体整体结构特征和各基本形体的位置关系，就选择哪个作为主视方向。接着，取代传统的教师手绘方式，通过flash软件制作的二维动画，形象的演示了支座组合体三视图的绘图步骤和注意事项，二维动画演示快速而准确，提高了课堂效率。演示之后立刻布置一道较简单的习题，让学生们当堂手工绘图。在学生绘图过程中，教师及时纠正学生不规范的作图习惯并表扬先进。

完成绘图任务后，学生拍照上传到蓝墨云班课，老师登录教师端，打开图纸同屏投影在挂幕上，先由学生互评，最后由老师进行总结点评。后续课程环节，采用蓝墨云班课进行随堂测验，学生在手机上作答提交、教师观看实时交卷情况，并集中讲解[8]。在云课堂信息化技术辅助下可立刻获得测试统计信息，包括平均分、区间分布、每个题的错误率、每个学生完成时间，大大提升了教学效率。

3.3 课后提升

课前课后虽然采用了信息化教学手段，但主要作用是激发学生学习兴趣，帮助理解学习难点，并不能代替课后作业。其他某些课程的课后练习可能适合用信息化手段完成，例如在手机、电脑上作答选择题、填空题。但对于机械制图课程来说，最有效的练习方法仍然是手工绘图，任何信息化方法，都无法取代学生亲自手工绘图得来的体会[9]。所以要布置足够数量的手工绘图作业才能加深学生对各种不同构型的组合体的理解，同时使学生对制图国标的掌握得更熟练。课程为学生提供了习题集所有作业题的STP通用格式三维模型库，可辅助学生课后思考，也便于学习能力强的学生做一些作业之外的难题。教师批改完作业后，将优秀的学生作业，扫描为电子图纸，上传至学校《机械制图网络课程》平台，供学生对比标杆，自我提高。

4 教学反馈

完成一个学期的信息化教学后，进行了问卷调查，统计学生对信息化教学的反馈意见。如图4所示。

从统计数据可知，近七成学生都能很好的完成支座组合体三视图的绘制任务，近九成学生认为信息化教学手段融入后课堂积极性和专注度得到明显提升。学生最感兴趣的方式是AR交互、软件实操演示和云课堂。而学生希望增加课堂练习时间的建议，则说明手工绘图仍然不可替代，传统教学与信息化方式需取长补短，相互融合[10]。

5 总结

总的来说，本课程单元的信息化设计，摆脱传统的“以教师演示为主”的授课模式，通过模拟企业任务情境，引出教学重点，采用组合体基本形体拆装动画分析和三维软件Rhino现场实操，解决教学难点，再借助平面Flash动画演示绘图过程、学生随堂练习、教师及时指导、观看网络教学视频、AR虚拟交互和“机械制图网络课程平台”等多种信息化教学方式，将组合体三视图的绘制方法具象化，通过“做中教、做中学”，实现了抽象理论具体化、例题习题三维化、预习测验移动化、操作软件互动化，优化了教学过程，最终促使信息化教学手段与传统教学方式取长补短，相互融合，提高学生学习兴趣，达到提升教学质量的目的。

【参考文献】

[1]国务院.关于印发《中国制造2025》的通知[Z].国发[2015]28号，2015-05-08.

[2]林书兵，张倩苇.我国信息化教学模式的20年研究述评：借鉴、变革与创新[J].中国电化教育，2015（09）：103-110+117.

[3]李薇，赵国伟，张艳琴.高职机械制图课程信息化教学设计——以螺纹的规定画法为例[J].内燃机与配件，2018（12）：250-251.

[4]于泉伟.信息化背景下《建筑构造与识图》课程教学模式创新的研究与实践[J].科技视界，2018（19）：175-176+138.

[5]刘咏涛，张柏.华腾魔眼（AR）在信息化教学中的应用[J].科技風，2018（22）：15.

[6]韩庆英，张喜瑞，李昊.基于任务驱动的教师信息化教学思维新探[J].软件导刊（教育技术），2016，15（12）：33-35.

[7]滕罕.高职院校教师信息化教学能力培养的意义及策略[J].长春教育学院学报，2014，30（20）：25-26.

[8]钱文娟.基于蓝墨云班课的混合式学习评价在高职院校公共课程的研究[J].职教论坛，2018（06）：69-72.

[9]熊巍，刘林，陈锦昌.现代工程制图课堂教学改革的探索与实践[J].图学学报，2014，35（02）：296-300.

[10]余明浪.“工程制图”教学改革的反思和探索[J].工程图学学报，2009，30（05）：157-162.