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基于新多媒体基础的机械制图改革

［摘要］机械制图作为机械类学生的必修课程,其根本目的是提升学生的读图、绘图能力,同时其也是承接学生后续相关专业课程学习的过渡与重要基础,有着十分重要的地位.目前现行的教学模式还存在着课堂教学抽象、学生兴趣缺乏、课堂效率较低等问题,导致学生无法形成良好的专业知识体系,在学习后续课程时十分吃力.结合新多媒体数字信息高速发展的背景,通过多媒体融合教学、结合VR 技术辅助教学、融合AutoCAD 与机械制图课程教学的教学模式,很大程度上解决了学生想象力缺乏、动手能力差等问题,同时这种教学模式极大地提升了学生的学习兴趣和学习效率,提高了教师的教学效率.学生通过学习改革后的机械制图课程在全国大学生产品建模与机械创新大赛上取得了优异的成绩.

［关键词］机械制图；多媒体融合教学；教学改革；实践创新

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2018）12-0045-04

从事机械行业离不了图纸,机械制图作为机械类学生的一门专业必修课有很强的实用性.但是经过多年的教学反馈我们发现,传统的机械制图教学模式存在诸多问题,现行的教学模式也已经不适应时展的需要［1］.与此同时,VR技术、计算机辅助设计等一系列新多媒体技术的快速发展为机械制图的改革创造了有利条件.

在专业知识的学习中,因为机械制图具有较强的思维发散性、知识专业性,所以要将机械制图的知识融会贯通,需要具备一定的思维拓展能力和机械专业知识,这就需要我们尝试用不同的教学模式,创造性地启发学生的思维创新能力［2］.从实际的教学效果来看,要培养更多创新型制图人才,需要我们合理地调整教学思路,改革创新教学模式.目前,新多媒体信息飞速发展,但许多教学模式还比较落后,存在很多弊端.对此,教育者必须结合时展的需求,改革创新教育模式.这就要求我们在机械制图教学时注重对知识主体框架的搭建,避免填鸭式教学,注重学生创造力和学习兴趣的培养,提高机械制图的教学质量,为机械类专业学生后续相关专业知识的学习构建好知识体系框架［3］.

机械制图作为机械类学生的必备科目,是承接学生后续相关专业知识学习的过渡与重要基础.机械制图课程的根本目的是提高学生的绘图与识图能力,为学生的后续机械原理、机械设计等专业课程的学习做好铺垫［4］.机械制图教学是一门锻炼空间思维能力的课程,通过学习机械制图能够培养学生的发散思维以及空间构图能力［5］.不管是从事机械行业还是进行机械方面的科研工作,都会通过工程图纸对机件的一些工艺信息、公差配合进行表达,因此,机械制图同样具有很强的基础性.机械制图课程作为学科基础课一般在大学第一个学期开设,若此阶段的学习没掌握好容易让学生对机械这个专业产生畏难心理,一旦产生这种心理就会在很大程度上影响学生的后续机械原理、机械设计等专业课程的学习［6］.

综上所述,机械制图对于机械类学生来说是一门十分重要的课程,它能很好地提升学生的绘图及识图能力.掌握好机械制图课程的内容能为学生后续专业知识的学习以及个人将来的发展提供极大的帮助.

一、国内现行机械制图教学模式

目前国内的机械制图教学模式大多数为填鸭式,学生被动地接受教师所讲的内容而不加以理解消化［7］.这种教学模式使得学生自己独立思考的机会大大减少.同时,机械制图课程一般在大一上学期开设,这时由于大一新生刚入学,疲于参加各类社团活动,没有充足的时间对教师课堂讲授的内容进行消化,以及对教师课后布置的习题进行练习,这导致学生不懂的部分越来越多,久而久之形成恶性循环,使得学生畏难心理越来越严重,从而对机械专业失去信心,在大学的塔里迷失自我［8-9］.具体来说,目前传统机械制图教学模式存在以下问题.

（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.比如在机械制图教学过程中教师提出一个过盈配合的名词,虽然书中对此做了详细的解释,教师也对其做出了详细的讲解,但由于学生对机械专业刚接触,只是强行记忆了过盈配合这个概念,而并没有理解这个配合方式,无法判断什么条件下该使用这种配合方式.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［10-11］,教师没有注意对学生自主想象力的培养.由于现在大多数学校的机械教学模具还比较少,有的学校甚至没有,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.

（二）忽略了对学生学习兴趣的培养

兴趣的培养对刚入学的大学生而言十分重要,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.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［12-13］.等到四年本科学习结束,学生的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,课程的教学质量大大降低,学生制图水平仍处于一个较低的水平.

（三）孤立AutoCAD与机械制图教学

随着数字化信息的发展,AutoCAD已经广泛应用于机械设计的各行各业中.与机械设计一样,AutoCAD 也是机械类大学生本科阶段的必学课程,这两门课程都需要很强的动手操作能力.两门课程在内容上有着密切的关系,但目前大多数高校都将这两门课程分开教授,彼此之间缺乏联系.怎么使AutoCAD制图与机械制图有机融合,形成以机械制图教学为主,计算机辅助画图为辅的教学模式,这是我们教育改革一直在探索的方向.将机械制图与AutoCAD孤立教学不仅使教师的教学周期拉长,教学任务加重,而且会使两门课程缺乏联系,不利于学生对制图知识的总体把握［14-15］.而在机械制图课程中合理地穿插讲解AutoCAD软件,既有利于学生对整体知识框架的搭建,又能有效提高两门课程的教学效率.

二、机械制图教学新模式

（一）结合多媒体教学模式

随着多媒体技术的发展,多媒体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,可利用多媒体工具展示该机构的三维图形或者爆炸视图,让学生能更形象地观察到机构的结构形状,不至于让机械制图显得那么抽象.同时可以利用多媒体将产品加工的方法展示出来,例如在画退刀槽时利用多媒体向学生展示车床加工轴的操作方法,让学生理解画退刀槽的实际意义,而不是单纯的记忆退刀槽的概念.

多媒体教学可以深化学生对机械制图教学内容的理解,可以通过多媒体形象地将机械构件的形状结构、加工流程展现给学生.特别是对于大型的教学模具而言,在无法全面地展示给学生观看设计时,通过多媒体教学模式,可以对模型进行有效的拆分展示,清晰地展示构件的三维立体图,增强学生的记忆效果和对该课程内容的理解.可见,利用多媒体教学的方式,展现机构的三维立体图,以更加真实的空间立体学习方式增强教学真实感,能够让学生构建更加合理的机械模型映像.

（二）结合VR技术的教学模式

VR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.其可以通过计算机仿真成像技术,让人们更立体地观察到事物的整体内部结构,以此激发人们的创造力.此技术设计主要从三个因素着手：可用性、叙述因素以及信息呈现.目前在VR技术的应用中,网络技术、计算机图像、分布计算技术虚拟现实技术应用较为广泛.VR技术成本低、体验效果好、传输速度极快,这一系列优点决定了VR技术有很大的发展前景,将会被应用于越来越多的领域.

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整个过程,并通过传感器装置让学生感受机械工艺的整个流程,让学生更加直观立体的观察到整个构件的工艺加工流程,从而使其更加深刻的理解机械制图各种画法的实际意义.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,增强学生机械制图的能力.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,不断完善机械制图的教学模式.另外,应用VR技术虚拟制图过程,能明确教师对机械制图教学改革方向的把握.因此将VR技术融入机械制图的教学过程,不仅有助于学生创新思维的培养以及学习兴趣的提升,还能为机械制图教学模式的改革提供切实可行的方案和宝贵的经验.VR技术作为最近兴起的一项热门技术,有巨大的应用潜力,我们要抓住这个大好机遇,合理地将其融入机械制图的教学课程中去,让VR技术惠及更多的学生和教师.

（三）融合AutoCAD软件与机械制图的教学模式

AutoCAD软件随着计算机技术的普及已经成为机械类学生的必备技能,AutoCAD软件教学也成为了机械类学生的入门必学软件.机械制图教学和AutoCAD制图软件教学在内容上有很大的相关性,但在以前的教学模式中二者是彼此孤立的,这使得教学内容无法有机融合,教师的教学效率和学生理解程度都大打折扣.因此,如何将这两门课程有机融合是个值得思考的问题.在此笔者提出一个融合方案：建议以机械制图基础知识讲授为主,AutoCAD软件教学为辅贯穿整个课程讲授的主线,课时按照1∶3的比例来分配.机械制图作为主体内容讲解,AutoCAD上机教程作为穿插及课后作业,在AutoCAD的授课中时复习机械制图的各种画法、公差基准等,做到AutoCAD与机械制图教学的有机融合.

例如学生在AutoCAD课堂教学中使用“圆弧连接”命令时,教师必须让学生理解,无论是直接用“圆角”命令,还是做圆再去“修剪”,其理论基础还是来源于机械制图,只不过用计算机来做简单快捷罢了.同时学生需要分清哪种情况是“内接”、哪种情况是“外接”,什么时候是（r1+ r2）,什么时候又是（r1- r2）.理论基础对于机械专业学生的学习是十分重要的,将AutoCAD与机械制图课程融合教学,需要保证两门课程在教授内容上的同步性,使两门课程的知识相互贯通,进而让学生通过Au?toCAD软件将机械制图的知识有效表达.

在将AutoCAD软件教学融入机械制图课程时我们要合理安排教学任务,合理布置课后练习.根据多年的课堂教学经验和学生实际反馈,分开讲授这两门课程时,在课堂上大多数学生都能理解教师所讲的内容,但在期末测试和课程设计时学生的图纸却表达得很糟糕,这样将二者结合起来教学就具有挑战性了.分析其原因,还是学生没有学会独立思考,没有在课后勤加练习.制图课程是一门注重动手操作的课程,需要我们通过自己动手绘制才能有效理解机械制图当中基本概念的具体含义.因此,融合AutoCAD制图与机械制图的教学模式,需要我们加大对学生作业辅导的课时比例,通过大量的练习让学生掌握制图的基本概念.我们应该充分认识到“教有法,教无定法”,随着新多媒体技术的飞速发展,机械制图教学模式也需要不断改革创新.与时俱进,这才是亘古不变的真理.

三、新多媒体融合教学模式下的教学效果

在实际中运用这几种机械制图教学模式后笔者发现,其对学生的学习兴趣和课堂效率提升效果十分显著,具体表现在以下几个方面.1.课堂多媒体播放让学生深入了解机械工艺的各项流程,让学生更直观地了解到各项机构的形状结构,同时大大激发了学生的学习兴趣,提升了学生的想象力.2.学生的积极性得到提高,通过VR教学模式不仅很好地激发了学生自主学习的兴趣,而且很大程度上启发了学生的思维发散能力.新的机械制图教学模式被应用于本学校机械类专业40余个班级的教学实践中,已使近千名学生直接受益,研究成果被周边高校借鉴并且反映良好.3. 通过融合Auto?CAD与机械制图的教学模式,让学生更好地接受这两门课程,大大提高了课堂效率.两门课程互补互足,在减轻教师教学负担的同时,也让学生更好地理解所学的两门课程知识.通过融合两门课程的教学模式使得学生的专业技能得到很好的提升,毕业生一次就业率得到较明显的提升.4.通过融合新多媒体教学培养模式使得学生的制图能力得到很大提升,学生在全国大学生产品建模与机械创新大赛上取得了比较优异的成绩,本科生获得省级以上专业竞赛奖励80余项,发表科研论文20余篇,申请专利40余项.这种多媒体融合的教学模式的优点得到了广大学生和教师的认可.

四、结语

随着当今数字化多媒体信息的飞速发展,越来越多的多媒体技术被应用到我们的日常生活中,多媒体技术也在很大程度上提高了我们的生活质量.将多媒体技术、VR技术以及AutoCAD与机械制图的教学相融合的教学模式,能在很大程度上解决学生想象力缺乏、动手能力差的问题,同时还能极大地提升学生的学习兴趣,提高课堂学习和教学的效率.

在信息技术快速发展的时代背景下,如何将多媒体技术、VR技术以及多媒体软件教学和机械制图这门课程有机的融合是我们需要仔细思考的问题.笔者以新多媒体技术飞速发展为背景,提出基于多媒体、VR技术、以及AutoCAD融合机械制图的教学模式.实践证明,这种机械制图教学模式效果显著,得到了广大学生和教师的认可.通过推广这种教学模式,能在促进新多媒体技术发展的同时提高机械制图的教学质量,培养出更多高质量的机械人才.

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