基于PBL的工程制图课程教学设计

刘阳，张兰霞

（1.东北大学机械与自动化学院，辽宁沈阳 110819；2.东北大学工商管理学院，辽宁沈阳 110819；3.东北大学PBL教学创新研究中心，辽宁沈阳 110819）

“工程制图”是面向理工科学生开设的一门重要的技术基础课，担负着工科学生对设计对象进行表达和空间形象思维能力的培养任务[1]。

“装配图拆画零件图”是“工业制图”课程中的一个重要的知识点，也是一个理论与实践紧密结合的关键环节。因此，围绕着“装配图拆画零件图”，基于如图1所示PBL的教学流程进行教学设计与实践，不但会深化学生对相关理论与知识的理解和把握，提升学生解决实际问题的能力，而且对其后续的学习乃至于步入职场后的职业生涯发展都是大有帮助的[2-5]。

图1 PBL的基本教学流程

一、教学目标

通过基于PBL的“装配图拆画零件图”的教学设计与实践，期望实现的教学目标包括：

1.读懂装配图。首先要学会通过装配图的标题栏、明细栏，读懂装配图的工作原理；其次要清楚装配图上每个零件的作用及零件间的相对位置关系；再次要明确装配体的传动路线及孔和轴间的配合关系；最后对某个重要零件的拆装顺序要明确。

2.分离出零件。首先要明确所要拆画的零件，找到其在装配图中位置，即不同视图上的相应投影；其次对不完整的零件视图要根据其相关的零件形状，进行合理地填补视图；最后如有些在装配图中没有表达清楚的结构，需要进行设计，以完善零件图。

3.确定零件图的表达方案。首先判断从装配图中拆画出的零件视图，是否适合作为单个零件的零件图的视图表达方案；若适合的话，则保留原零件视图表达方案；否则，需要进行调整或重新绘制零件视图表达方案。其次对零件图进行尺寸标注及技术要求进行填写。

4.规范地绘制零件图。在绘制零件图时，要遵循《技术制图》和《机械制图》的标准，从而培养学生严谨细致的工作作风。

5.培养学生主动学习、合作学习、人际沟通等复合能力，开发学生的高层次思维。

二、创设问题情境

在设计产品时，一般先画出装配图，然后按照装配图，设计并拆画零件图。在生产中，加工制造各种不同形状的机器零件，主要依据是零件图。机器零件的生产过程，首先根据零件图中零件材料和数量的要求进行备料，然后按图样中零件的形状，尺寸与技术要求进行加工制造。同时还要根据图样上的全部技术要求，检查被加工的零件是否达到规定的质量标准。因此，零件图是生产中进行加工，制造与检查零件质量的重要技术文件。装配图是表达机器或部件的工作原理、运动方式、零件间的连接及其装配关系的图样，它是生产中的主要技术文件之一。在组装产品时，按照装配图进行装配、检查和试验等工作；在使用产品时，装配图是了解产品结构、正确使用调试、维修产品的重要依据。

为了使学生能够更好地掌握“装配图拆画零件图”的理论与知识，培养学生的复合能力，特创建了一个真实的问题情境，即将分度铣具的装配图（如图2所示）提供给学生，学生面对的问题情境是：从分度铣具的装配图中拆画1号件支座的零件图。

图2 分度铣具装配图

三、组成学习小组

工程制图课程通常采用大班授课，学生来自3个自然班，每班30人左右，共计90人上下。在划分学习小组时，教师限定每组人数为5～6人，要求学生自愿组合，共组建成15学习小组[6]。每个学校小组需选出组长1人，记录员1人。从多年的教学实践中发现，多数学生会以寝室为单位组成学习小组，小组成员需要进行分工与合作，共同完成学习任务，所以，学习小组成员间的和睦关系对小组学习的顺利完成是十分重要的[7]。此外，为方便小组合作学习的进行，学校会为学生提供专用的绘图教室。

在组成PBL学习小组之后，学生们首先要完成的学习任务就是确认学习问题。针对工程制图课程中的“装配图拆画零件图”部分，学生要确认的学习问题可能是需要学习或重温的内容：装配图的画法；由装配图拆画零件图的方法；零件图视图表达方案确定的方法；零件的制造及加工方法的不同，所涉及的结构参数如何进行设计；根据制图标准，规范绘制零件图等。

四、寻找知识缺口

在一部机器或设备的装配图中，通常不会将所有零件的投影都表达得非常清楚。因此，在拆画零件图的过程中，有时就需要对相关零件进行形状和参数的设计。为了完成学习任务，学生首先需要弥补的知识缺口就是零件的分类问题。对于传动零件，在机器或部件中是起传递动力和改变运动方向的作用，其结构要素大多已经标准化，并且在国家标准中有其相应的零件图的规定画法。所以，在表达这类零件时，要按照规定画法画出相应的零件图。对于标准件，它们在机器或部件中主要起零件间的连接、联结、支撑、密封等作用。对于标准件通常不必画出零件图，只要标注出它们的规定标记符号即可。对于一般零件，它们的结构形状、尺寸大小常根据其在机器或部件中的作用，按照机器或部件的性能和结构要求以及零件制造的工艺要求进行设计。因此，一般零件都要绘制相应的零件图，这样才能进行加工制造。

学生需要拆画分度铣具中的支座，为零件类型中的箱体类零件。学生需要弥补的知识缺口就是确定支座的视图表达方案。在支座表达方案的确定方面，学生们在小组讨论后决定采纳原装配图中的支座视图表达方案，还是进行调整后继续应用，或者放弃原表达方案，重新确定新的视图表达方案。若能建立三维立体图，会有助于零件图的绘制。

在解决问题的过程中，学习小组成员通过不断地讨论、不断地修改及调整对问题的解决方案。这就是对理论知识不断进行梳理及整合，从而更好地完成学习任务，掌握知识点及其实际应用。

在从分度铣具的装配图拆画支座的零件图的过程中，学生需要学习或重温的内容如下：装配图的内容和作用；装配图的表达方法、装配图的尺寸标注、装配图中零部件序号和明细栏；由装配图拆画零件图步骤；零件图的视图选择及表达方法；零件图的尺寸标注；典型零件的零件图分析零件结构的合理性；极限与配合；几何公差；表面结构要求的表示法零件的测绘。

学生们进行学习分工，学习内容可以进行适当合并或分解，以便能够高效地完成学习任务。在自主学习的过程中，学生们可以利用中国大学慕课（MOOC）平台上的“画法几何及机械制图”课程的内容、教材、相关专业书、参考网上分度铣具的视频及教师推送的各种相关链接等。

五、形成问题解决方案

经过学生们多次反复的自主学习、小组合作学习过程之后，便可以确定如下问题解决方案：

（一）对分度铣具装配图的深度分析

由图2可知，分度铣具是通用性的卡具，利用分度盘上不同的孔数和定位销通过计算来实现工件所需的划分度数。首先要通过明细栏了解组成此装配件的各个零件。其工作原理是工件利用附件（图中用双点划线画出）与顶尖儿固定在一起。分度时，拧松手柄，使夹紧套、松开，然后拔出定位销，转动摇把，按需要的角度将定位销插入分度盘中的另一个衬套的孔中。摇把与主轴间镶有键，摇把转动时带动主轴旋转，由此实现分度。然后拧紧手柄，用夹紧套、夹紧主轴便可以进行加工。

分度铣具总功能，分别是由工件支持功能、分度实现功能、主轴锁紧功能、移动限位功能来完成工件分度。深入分析装配图的各分功能，综合装配体的外形特征、内部结构，进行传动方式、传动路线、连接方式等模块的分析。清楚每个零件的在整体部件的作用，研究装配图上标注的尺寸，为后续拆支座、绘制零件图做准备。

（二）拆画指定的零件，绘制规范零件图

经过系统地分析，明确所要拆卸的支座在装配图中的相应投影后，判断支座在装配图中的视图是否适合其作为零件图时的视图表达方案。

零件图中的一组视图只能表达零件的结构形状，而零件上各结构的精确尺寸及各结构之间的相对位置大小，是通过图样上标注的尺寸来确定的。尺寸是加工和检验零件的重要依据，是一项十分重要的工作。因此，在拆画零件图时，对于尺寸标注需要注意的是：装配图中与该零件有关的尺寸可抄注；有的尺寸可以通过计算来精确确定；对于标准结构，如键槽、倒角、退刀槽等需要查阅相应的标准手册来确定；对于其他的位置尺寸，可直接从装配图中量取，量取的尺寸在标注时应注意圆整和比例的协调转换。

六、展示学习成果及评价

学生展示的学习成果通常有两项内容：

1.提交支座零件图（尺规绘图）。每位同学依据所给分度铣具的装配图，绘制比例为2∶1的支座零件图。

2.以小组为单位，进行20分钟的答辩。在答辩过程中，小组成员或小组成员代表首先会通过PPT阐述其整个学习过程及其学习成果，然后共同就教师及其其他小组同学的提出的问题进行解答。

评价主要采用总结性评价的方式对学生的学习成果进行评价，包括支座零件图部分和小组答辩部分，前者占总成绩的70%，后者占总成绩的30%。学生最后获得的成绩分别为优、良、中、及格和不及格，共5个等级。

在答辩过程中，除了要检验小组合作学习的成效以外，还要根据小组成员对问题回答的准确性、完整性以及小组成员间的合作能力进行评分。学生应该具有团队合作的理念，这是PBL十分重视的学习理念。

七、结论

将“工业制图”中的“装配图绘制零件图”部分进行基于PBL的教学设计，有助于学生对制图基本知识、机件表达方法、装配图等内容知识点进行有机地整合，对教学内容的掌握以及后续课程的学习都是非常重要的。通过基于PBL的教学实践，学生将自己梳理的知识，应用到模拟真实工程的环境中，解决实际的问题。这样，不仅提高学生对专业知识的认知，而且增加了学生的成就感，提升了学生主动学习的积极性。