“Top—Down—Top”机械制图Ⅱ教学改革研究

杜勇 解继红

摘要：基于“整体—部分—整体”的认识论，按照“Top-Down-Top”组织架构将机械制图、机械测绘、三维建模进行知识融合对机械制图Ⅱ进行教学改革，形成“项目式”课程。根据新的教学内容组织进行了教学大纲与教学计划的修订，借助一体化的教学环境与教学资源，采用多样化教学手段进行教学实施，提高了学生的学习兴趣，促进了理论知识的掌握，提高了学生的绘图技能，培养了学生的创新实践意识。

关键词：机械制图Ⅱ；机械测绘；三维建模

中图分类号：G424 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）09-0132-03

整体是构成事物的诸要素的有机统一，部分是整体中的某个或某些要素。整体与部分是标志客观事物的可分性和统一性的一对哲学范畴。整体和部分的范畴有重要的认识论意义。整体与部分在认识过程中，人们总是先对整体有大致的了解，继而分析研究其部分，并在这个基础上综合地、具体地认识整体。揭示事物的各要素是了解整体的基础，而有了整体性的知识又可以进一步认识其部分。在机械制图教学中，装配体即整体，零件即部分，根据认识论，先要对装配体有大致的了解，在此基础上研究分析零件，最后再综合地、具体地认识装配体，这样从装配体到零件再到装配体的学习过程即“Top-Down-Top”。

目前，机械制图的教学内容一般由画法几何和机械制图两部分组成，后续有制图测绘、计算机二维绘图、三维建模等课程。笔者所在高校机械类专业机械制图按照教学计划分在三学期进行，第一学期机械制图Ⅰ主要是画法几何部分，内容包括制图基本知识，点、线、面的投影，基本体的投影和组合体投影；第二学期机械制图Ⅱ主要是机械制图部分，内容包括机件的图样画法，零件图，标准件和常用件，装配图；第三学期是制图测绘。本文仅探讨对机械制图Ⅱ进行“Top-Down-Top”教学改革。

一、“Top-Down-Top”机械制图Ⅱ教学改革理念

机械制图是机械类专业的专业基础课程，是后续的专业核心课程机械原理、机械设计、机械制造、互换性与测量技术等课程的先修课程，该课程的教学效果直接影响后续课程的进行。目前，机械制图Ⅱ的教学计划中机件的图样画法、零件图、标准件和常用件都属于零件也就是部分，最后是装配图也就是整体，即“Down-Top”的内容组织方式，这样先部分再整体的教学过程是符合人的认识过程的。

1.“Top-Down-Top”教学内容的组织架构。“Top-Down-Top”组织架构即按照“装配体—零件—装配体”进行内容组织，如图1所示。首先通过对装配体进行拆装进行工作原理分析，并按照普通零件、常用件、标准件进行零件的分类，通过该部分的学习对装配体和零件都形成了一个总体的认识，特别是对各类零件的用途为后续内容的学习奠定了基础。第二部分主要是对普通零件、标准件和常用件进行内容组织，将普通零件、常用件和机件的图样画法进行结合。第三部分在装配体拆装和零件图的基础上进行装配图的讲解。

2.机械制图、测绘课程与三维构形融合构建“项目”式课程。根据教学内容“Top-Down-Top”的组织，将机械制图与测绘课程内容进行整合。“Top”层由齿轮油泵、千斤顶、一级减速器、球阀等一般测绘装配体组成，每个装配体为一个总体项目。“Down”层对装配体进行项目分解，零件分为普通零件、常用件、标准件，对普通零件按照轴套类零件、轮盘类零件、叉架类零件、箱体类零件进行分类，归类分析其三维构形特点，在此基础上进行零件图样画法及尺寸标注等内容的讲解，将三维构形与表达方案融合，可以把握“三维—二维”转换的本质。在“Down”的基础上对装配体重新回装，完成“Top”层项目的相应装配图。

表1以一级减速器为例进行项目式课程设计。其余千斤顶、齿轮油泵、球阀项目以此为例，拓展教学内容。例如可以将齿轮油泵、一级减速器中的齿轮轴归为一个类型，总结其功用及结构特点，包括设计结构和工艺结构，然后进行相应知识点的讲解及相应任务的完成。

二、“Top-Down-Top”教学改革实施

1.教学大纲与教学计划的制定。在现有的教材中，机械制图、制图测绘、三维建模是独立的三个内容，也有机械制图与CAD结合，或机械制图与机械测绘结合的教材，但是CAD与机械测绘在教材中仍是独立于制图内容的，没有真正实现内容的融合。因此，首先要将三部分内容的知识点进行提炼融合，编写新的教材，制定全新的教学大纲和教学计划。

2.教学环境与资源一体化。“Top-Down-Top”教学改革要求将课堂教学、制图测绘室、CAD/CAM实验室多元化教学环境一体化，按照实际教学内容合理安排教学环境。在教学资源上，突破传统的单纯机械制图课本、习题册资源，将测绘实物模型、三维模型纳入，实现实物模型—数字化模型—工程图资源一体化，并借助现代媒体技术开发丰富的教学视频及在线资源。

3.师资水平的提高。“Top-Down-Top”项目式课程的构建对教师提出了更高的要求，要进行传统机械制图知识点、制图测绘和三维构形进行融合，教师就要对知识点进行提炼融合，这就要求教师具有宽厚的知识基础，不仅具有制图理论，而且具有零件设计及工艺制造知识。另外，教师要具有较强的实践操作技能，能在课堂内随时采用草图绘制、计算机建模等多种技能进行教学。

4.教学手段的多样化。教学过程以学生为主体，课内融合项目进行知识传授，借助实物拆装进行功能展示，视频进行加工演示，结合CAD软件进行构形分析和建模，采用讨论法与演示法结合进行课堂教学。课外以项目进行分组分工合作，按照项目的进行完成特定任务，课外任务的完成强化了课堂教学内容，同时提高了学生的实践能力。

5.考核体系综合化。项目式课程设计将项目分解成小项目，并对应一定的任务，这就要求考核体系不能仅局限于最终的考试成绩，而是将过程考核与最终考核进行综合。过程考核主要是对任务完成的考核，包括装配体示意图、零件模型、零件工程图、装配体模型和装配体工程图。综合化考核体系中该部分任务性考核占40%，平时成绩占20%，考试成绩占40%。

三、教学实践效果

该教学改革仅在自动化专业进行了试点班的教学尝试，并取得了比较明显的教学成果。（1）“Top-Do-

wn-Top”教学内容的组织符合学生的认识思维，使得理论知识不再枯燥。例如在学习了一级减速器拆装后，在学习轴类零件时，学生明白轴类零件的主要功用是承载传动件——齿轮，为了进行装配，会加工有键槽，这样的学习过程理论联系实际，达到学有所用的效果，这使得学生理论知识的学习更为扎实。（2）机械制图、测绘课程与三维建模的融合促进了知识的理解。例如齿轮参数的学习可以指导齿轮三维模型的生成，反之三维模型的生成验证了参数的计算。这种融合同时也提高了学生的尺规作图和计算机绘图技能。（3）多样化的教学手段活跃了课堂气氛。学生在课堂中讨论解决问题，参与度的提高激发了学生的积极性。（4）考核体系的综合化。让学生更注重过程任务的完成，减少了制图测绘突击完成的现象，更多地增加了思考实践，提高了学生的创新实践意识。

四、结论

“Top-Down-Top”机械制图Ⅱ教学改革符合人们的认识过程，将机械制图、机械测绘、三维建模相融合，提高了学生的学习兴趣，培养了学生的实践能力。下一步我们将继续推行教学实践，形成完善的“Top-Down-Top”机械制图Ⅱ教学新体系。

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