教学新模式在机械制图课程中的运用

摘 要：针对机械制图课程教学中存在的问题，从课程结构体系、课堂教学等方面进行教学改革与实践，把AutoCAD和SolidWorks 两门课程的教学融入到机械制图课程的学习当中，充分利用VR（虚拟现实）技术和AR（增强现实）技术辅助教学，提高了学生的学习兴趣及教师的教学质量。

关键词：机械制图;教学新模式

0引言

机械制图是一门研究空间几何问题图示法和图解法的技术基础课，其主要目标是培养学生在平面上用几何作图的方法来解决空间几何问题的能力，逐步培养学生的空间想象力和空间构思能力，是机械类学生的一门专业基础课。

经过多年的课程教学我们发现，传统的机械制图课程教学存在诸多问题，现行的教学方式与方法已经不适应时代发展的需要，随着AutoCAD和SolidWorks 两门课程的引入与开设，VR（虚拟现实）技术和AR（增强现实）技术等一系列新技术的快速发展，机械制图课程的教学改革也势在必行。

1机械制图课程教学中存在的问题

1.1 教学方法单一，课堂教学过于抽象化

目前，大多数的机械制图课程教学都以教师讲解PPT或者课本内容为主要形式，这种课堂教学忽视了学生对抽象概念的理解。例如教师提出一个过盈配合的名词，由于学生对机械专业刚接触，只能强行记忆了过盈配合这个概念，并没有理解这个配合方式。这种教学模式导致学生对教师所教内容遗忘快、难以真正理解。由于现在大多数学校的还停留在纠结机械教学模具的多少，这就无法使学生直观地了解构件的结构，更无法了解某种工艺流程在此构件加工时的具体作用。

1.2 教学内容枯燥，难以培养学生的学习兴趣

我们常说兴趣是最好的老师。若能在学期一开始就能激发学生对机械制图的兴趣，让学生产生自主学习的思想，这在很大程度上能让机械制图的教学事半功倍。大多数高校在大一的时候就开设了机械制图这门课程，但这一阶段学生对制图的基本操作以及常用的制图工艺都缺乏深层次的理解，在这种模式下学生难以将机械制图的整体知识脉络把握清楚，更无法将其应用到产品设计当中去。[1]由于机械制图并不像机械原理那样具有综合性，这导致学生在后续的学习中会刻意地避免机械制图的使用，这就使得机械制图的教学目的无法达到[2]。等到四年本科学习结束，学生对图形的表达能力严重匮乏，其具体表现在难以选择合理的图形表达方式，技术要求、尺寸公差不知如何标注，学生制图水平仍处于一个较低的水平。

1.3 教学手段单调，不适应现代化技术的发展

随着数字化信息技术的发展，AutoCAD 、SolidWorks已经广泛应用于机械设计的各行各业中。AutoCAD 、SolidWorks和机械制图这三门课程都需要很强的动手操作能力，这些课程在内容上有着密切的关系，但目前大多数高校都将彼此分开教学，这样不仅使教师的教学周期拉长，教学任务加重，而且会使这些课程缺乏联系，不利于学生对制图知识的总体把握。而在机械制图课程中合理地穿插讲解AutoCAD、SolidWorks 软件，既有利于学生对整体知识框架的搭建，又能有效提高这些课程的教学效率。

2机械制图课程的教学新模式

2.1课程教学体系的重新构建

从培养“卓越工程师”的目标出发，结合机械学院各个专业特点，完成了从二维平面绘图到三维设计的制图类课程体系的重新构建，进行了画法几何与机械制图课程的教学改革。

在新的课程体系中，由以往机械制图教学的独立式教学模式逐步过渡到了主线式教学模式，并实现机械制圖、二维CAD、三维CAD三者并重的学习一体化教学体系。我院机械类专业设置了机械制图、计算机辅助设计和计算机辅助设计训练课程。其中计算机辅助设计课程安排在了第一学期临近期末并进行为期两周的基础性学习，包含二维CAD（以AutoCAD为主）及三维CAD（SolidWorks）两类设计软件的基础性学习;计算机辅助设计训练则安排在了第三学期机械制图课程教学完后并进行为期两周的上机操作学习。在新的教学体系中，突出了以CAD教学为主线的一体化教学模式，在开出的机械制图课程中逐渐渗透以二维CAD绘图和三维CAD设计的思想理念。面对现代工程实际中二维与三维设计并存的问题，通过课堂讲授和加强实践环节，实现机械制图、二维绘图与三维设计的有机结合。

2.2教学方法的改革

随着多媒体技术的发展，利用多媒体进行辅助教学已越来越受到广大师生的青睐。例如教师在讲解某个机构需要用视图来将其表达清楚时，可利用SolidWorks建模来展示该机构的三维图形或者爆炸视图，并且可进行任意的放大与缩小以及剖切，让学生能更形象、直观地观察到机构的内外结构形状，不至于让机械制图显得那么抽象。同时还可以利用多媒体动画将产品加工的方法展示出来。教师在讲解如何画组合体的三视图时，可以结合AutoCAD边画边进行讲解，使“长对正，高平齐，宽相等，前后对应”的原则更容易记忆与理解，使学生更容易进行知识的学习与掌握，既学好了机械制图的知识，也掌握了AutoCAD的部分绘图技巧，达到了事半功倍的效果。

通过多媒体教学模式，可以对大型模型进行有效的拆分展示，清晰地展示构件的三维立体图，以更加真实的空间立体学习方式增强教学真实感，增强学生的记忆效果和对该课程内容的理解。

2.3教学手段的改革

2.3.1 VR（虚拟现实）技术的应用

VR（虚拟现实）技术是 Virtual Reality 的简称，其通过细微的传感器与计算机技术的融合创作出一种让人们沉浸在感官世界的新型人机交互方法。

在VR 技术发展如此迅速的今天，我们可以通过 VR 技术虚拟呈现机械制图的测绘的整个过程，让学生更加直观立体的观察到各个零件的安装、拆卸的过程，并可以亲身参与到其中，从而使其更加深刻的理解机械制图的测绘环节的实际意义。借助VR 技术辅助机械制图教学可以让每一个学生能亲身感受机械构件加工成形的每一个过程，这能有效激发学生的想象力。借助三维立体空间虚拟现实环境进行机械制图的教学，能让每一个学生都感知到机械制图的要领，这能增强学生真实制图的体验。因此将VR 技术融入机械制图的教学过程，有助于学生创新思维的培养以及学习兴趣的提升，为机械制图的改革提供切实可行的方案和宝贵的经验。

2.3.2 AR（增强现实）技术的应用

AR（增强现实）技术作为最近兴起的一项热门技术，有着巨大的应用潜力。例如学生在看书或者做作业看图时，难免出现或多或少的问题，利用AR（增强现实）技术，通过手机扫描相应的平面图形可以出现相关的动态的空间立体，学生可以对空间立体有一个直观的感觉，甚至可以与空间立体互动（放大、缩小、剖切等）来实现对空间立体的认知与掌握，从而能完成平面图形三视图的绘图。

借助AR 技术辅助机械制图教学，合理地将其融入机械制图的教学课程中，让AR 技术惠及更多的学生和教师是我们努力的方向。

3机械制图课程教学改革的成效

通过对机械制图课程教学改革的摸索与探究，取得了一定的成绩，教学效果良好。具体体现在以下几个方面：

（1）在实际教学中的课堂出勤率可以达到100%，增强了学生对该课程的学习兴趣。极大的学习兴趣历来是促进教学，提高教学质量的内动力，也是检验教学效果的重要标志。

（2）与传统教学相比，学生能够在更短的时间里掌握机械制图、AutoCAD 、SolidWorks等相关知识，同时也增强了学生对这些课程的学习兴趣，自主学习的积极性有了很大的提高。

（3） 实现了以学促赛，以赛促学的良好环境。通过在机械学院举办一年一度的制图手工、二维CAD及三维CAD比赛，学生的参与热情高涨，并由此选拔了一批学生参加了全省、全国的相关比赛并多人次的取得了好的成绩。

4结束语

随着当今数字化多媒体信息的不断发展，行业需求技能的不断更新，还会出现新的问题有待我们去研究、实践和总结，由于机械制图课程具有基础性、实践性和应用性强的特点，我们的教学要始终坚持以行业需求为导向，从行业对人才的技能要求出发，围绕着提高学生应用绘图能力和设计能力的目标，优化教学方案，改进教学方法，培养出适应社会经济发展的机械专业技术人才。

实践表明，机械制图教学改革不仅提高了学生的学习积极性，而且真正提高了学生的自学能力及实际操作能力。当然，教学改革是一个永无止境的过程，还需要我们不断地更新教学理念、拓展教学思路来提高教学质量和效果。

参考文献：

[1] 张志祯. 虚拟现实教育应用：追求身心一体的教育—从北京师范大学“智慧学习与VR 教育应用学术周”说起[J]. 中国远程教育，2016（6）：5-15，79.

[2] 刘哲雨，王志军 . 行为投入影响深度学习的实证探究——以虚拟现实（VR）环境下的视频学习为例[J]. 远程教育杂志，2017（1）：72-81.

作者簡介：

第一作者：翟彤，1969年8月，男，汉，湖南省南山人，硕士，武汉轻工大学机械工程学院，副教授，研究方向：机械设计，