借助计算机绘图软件提高《机械制图》教学质量
苏 晋
摘要：计算机绘图软件制作的三维模型库和工程图库可以长期保存、使用方便，又便于修改。根据授课内容从多种的绘图方法中选用最实用、最简便的方法，可以大大提高《机械制图》课程授课效率和教学质量。
关键词：Solid edge；三维模型库；工程图库；双向思维训练；模拟组装；多角度分析问题；理论联系实际
职专校《机械制图》教学的任务是：以识图为主，识图和绘图相结合，着重培养识图能力。在《机械制图》的教学过程中离不开图形演示。传统的教学方法依赖粉笔、黑板、木模和挂图，这对提高学生的空间思维能力有一定的效果，但也存在很多不足。首先，教师在上课时要带大量的模型，给教学带来不便；又由于条件有限，模型的数量及种类不能满足教学的需求，需要投入经费购置。再者，挂图、模型只能反映结果，不能表现丰富多彩的动态变化过程，难以满足教学的要求。虽然边讲边画在教学中能产生较好的效果，但对于复杂图形来说，花费的教学时间较长，教师的体力也消耗很大，难以提高效率，课堂上传授的信息量受到很大的限制，无法适应现代教育的需要。随着科技的进步，我们借助计算机绘图软件，可以很方便地制作出各种形状的三维模型，而且可以上色、渲染，达到极其逼真的效果，再利用模拟运动功能，可以观察到它不同方位的结构形状。用它来作为辅助教学手段，向学生展示空间物体结构的变化，既方便实用，又丰富了课堂内容，提高了教学质量。笔者借助Solid edge v16软件在《机械制图》课程教学中做了以下尝试：
一、建立模型库和工程图库，扩大课堂知识容量
相当一部分学生在学习过程中遇到困难时，会逐渐减少对本课程的投入甚至干脆放弃学习。究其原因，主要是学生对所学课程的内容不能很好的理解，没有成就感。于是我们除了备有曾经订制的与课本、习题相配套的实物模型外，还自行制作了三维模型库和工程图库。传统的教学过程中，不可能每个同学都能同时拿到一样的模型，一节课下来，轮流使用的模型也有限，但现在的模型库中的模型，可以满足学生的需求，学生可以自由的选用。我们制作的模型库还根据学生学习的进程和学生的知识水平分层次摆放，学生可以根据自己的掌握程度选择简单或复杂的模型，克服了以前好生“吃不饱”，差生“吃不了”的现象。我们制作的图库分为练习图库和习题图库两大类，练习题中的模型配有工程图与之相对应，学生可验证答案的正确性，及时的予以纠正。在习题中，我们留出一定的空间让学生自己去思考，以提高学生的分析思考能力，避免他们产生依赖思想。有了模型库和工程图库，大幅度地扩大了课堂知识容量，提高了课堂教学质量。有条件的同学，还可以将图库刻录在光盘上带回家中进行练习，提高了学生学习的主动性。
二、将软件灵活应用于《机械制图》教学，扩展学生思路
1、通过演示教学，让学生掌握绘图规律
《机械制图》教学应当遵循直观性原则和可接受性原则。直观性原则是通过具体的实物、模型和挂图，使学生获得直观感性的认识，作为理解教学内容的基础和阶梯。这对于没有实践经验的职专校学生来说，尤其必要。可接受性原则是通过与学生年龄相符的知识结构，应用学生熟悉的例子，引伸教材的内容，采用启发式教学，引导学生掌握教学内容。
学生在学习平面几何体时，老师一般是让学生先画出特征面，再画各条侧棱线。在画棱柱时，只要将特征面沿着与特征面垂直的轴线方向拉出一定的线性尺寸即可；画棱锥时，只要将特征面的各顶点与锥顶点相连接即可。这些以前只能靠老师比划完成的动作，现在通过绘图软件，即可让学生看到平面几何体成形的全过程。
回转体的知识，关键在于掌握“母线”的含义。在以前，老师只是拿着两根木条按照母线与轴线的空间位置，将母线绕轴线绕行一周，学生也只能凭空想象看不到的回转体。而现在老师现场操作绘制回转体，将母线绕轴线旋转的动态过程展现出来，学生可以在电脑屏幕上看到回转体的成形过程，很快就能理解“母线”的含义，并掌握回转体的形成规律——母线如果是直线，只要改变它与轴线的角度，可画出圆柱、圆台或圆锥等回转体；母线如果是曲线，只要改变母线的形状，则可画出球、花瓶和手柄等回转体，如图1所示。学生只要掌握了“母线”的含义，就不难画出它们的三视图。
此处，我引用了一个“花瓶”的例子，它虽非《机械制图》课本中的内容，但在课堂教学中选用贴切生动的实例来讲解知识，不仅能强烈地吸引学生的注意力，而且能够活跃课堂思维，让学生由此产生联想，使本来死板抽象的东西变得具体化，想不通的内容变得简单易懂。再通过老师的操作来演示这一过程，既生动，又直观，使教学可以事半功倍。
2、通过双向思维训练，提高空间想象能力
制图课程的基础是正投影原理和投影制图，主要是研究由空间到平面(画图)和由平面到空间(看图)相互转化的关系、规律和方法。只有不断地通过由物到图、由图到物的反复实践，逐步提高空间想象力和空间分析能力，才能掌握投影理论及其应用。
“空间投影面的展开”是由“物”到“图”转化过程的关键。经过转换，物体的前后面在视图中的方位均产生改变，所以投影作图的第一课应以“体”开篇，以“物”展示为手段，以轴测图为媒介，以三视图为归宿，让学生透彻地理解以“物”成“图”的过程，掌握其投影规律，辩明各视图之间的方位关系，再通过讲与练使同学们弄懂弄通。然后再把这一教学过程反过来从“图”到“物”进行讲解与训练，有效地提高学生基本的读图和空间想象能力。这部分传统的教学方法，是采用挂图或投影箱来实现的。但由于挂图是静态的，而投影箱在实际应用过程中，因为箱体不可能做得很大，在大教室上课时教学效果较差。如果采用绘图软件零件图中的命名视图，让学生认真观察模型从轴测图的位置旋转到主视图、左视图和俯视图三个位置的动态过程，用投影面的平行面模拟投影箱的三个侧面，将模型的轮廓投影到相应的投影面平行面上，再利用工程图结合演示，如图2所示，这样就可以很形象的说明三视图的投影关系，就能让学生很容易的突破知识的难点。
3、通过启发思维，掌握学习的方法
基本体的组合方式、表面连接关系是教学中的重点和难点，也是读图和作图的基础。在讲这部分内容时，常常采用形体分析法和线面分析法。
在形体分析法的教学过程中，可以先让学生熟悉基本体的投影特性；然后利用绘图软件中的装配图功能，将若干简单形体根据它们的相对位置及表面的连接关系进行模拟组装，再利用爆炸视图将组合好的简单形体进行分解，如图3所示。
两种功能的结合应用，可以启发学生进行正确的思维，弄清楚组合体的结构形状，掌握学习的方法。
学习组合体部分的知识，就是要反复进行图——形之间的对应想象，达到密切图——形联系的目的。在此基础上，再对基本体进行切割、叠加、相贯和截交等
变形处理。借助绘图软件，可以让学生观看变形的过程，再通过绘三视图和轴测图中模型的不同表面渲染上不同的颜色，很容易让学生分析出每个线框所表示的表面形状和相对位置，如图4所示。这种方法也可以用于线面分析法读图中，这要比以前老师在黑板上用彩色粉笔根据投影的关系找出每根线、每个线框的方法快捷、直观、明了得多。经过大量的图——形之间识图的练习，学生逐渐的就会运用头脑中丰富的储图，根据投影的基本原理和方法，进行筛选、组合，创造出一个解题的空间模型来求解。
4、通过方案比较，培养分析问题的能力
多练，并不是机械地多做作业，而是从多角度去分析问题。剖视图是表达机件的另一种方法，用剖视图表达的形体常常有较多孔、槽等，因而图形中虚线较多、形体也更加复杂。在讲解剖视图时，由于图形中线条的交叉重叠，使学生对机件的内部结构的理解有困难，对剖切方法的选择、不同剖切面的形式及剖切位置不同和不同的剖视图的理解则更难。传统的方法仅是用一个结论性的模型或挂图加以说明，学生是知其然而不知其所以然。我们用“视图”中的“剖视图”功能，从不同的位置剖切形体，如图5所示。让学生从不同的角度观察剖切的结果，分小组分析比较全剖、半剖、局部剖等多种剖切方案对表达机件内外结构的影响。经过学生的讨论和老师的点评，由学生选择出最合理的表达方法，从而培养学生分析问题和解决问题的能力。
5、通过物理运动分析，将理论联系实际
在讲授装配图的知识时，无论是讲图例、看图还是绘图作业都应从装配体的功能出发，给学生讲清工作原理、传动路线及零件的结构、作用及其装配关系和相互位置，这对培养学生从生产实际出发考虑问题，缩小与生产实际的距离，快速、正确的读图是很重要的。但学生缺乏实际经验，对主要零件的结构形状和装配关系缺少感性认识。在教学中仅靠简单的教具模型，是远远不能满足学生的需要的。而利用软件的物理运动功能，指导学生进行实践操作，就能较好地弥补学生实践经验的不足，帮助学生理解和掌握知识。
老师以千斤顶为例讲解装配图的知识时，就可以在课前先把千斤顶的各个零件图(除标准件外)绘制好。课中，根据选择好的表达方案，从图库中将各个零件一一调入。学生一方面通过模型可以看到每一个装配零件的真实形状；另一方面，通过隐藏某些外部零件或增加外围零件的透明度或采用剖切的方法，可以看清各装配零件的装配关系和动力传动路径如图6(a)；再通过物理运动，就能分析出各个零件在装配体中的作用，发现装配体存在的问题，并及时的予以纠正，直至形成正确的装配图。
为了让学生能应用所学的理论知识指导实际操作，学校配有钳工房，其中就有千斤顶的装配零件，学生可以对照老师模拟装配的过程和装配图的爆炸视图如图6(b)确定千斤顶的组装顺序。通过实际操作，让同学们丰富了感性知识、验证了理论知识的正确性，又培养了理论联系实际的良好行为习惯。
实践证明，借助计算机绘图软件，辅助《机械制图》课程教学，是教学手段现代化的具体体现。虽然课前的制作过程要花费一定的时间，但它可以长期保存、使用方便，又便于修改。根据授课内容从多种的绘图方法中选用最实用、最简便的方法，可以大大提高授课效率和教学质量。
摘要：计算机绘图软件制作的三维模型库和工程图库可以长期保存、使用方便，又便于修改。根据授课内容从多种的绘图方法中选用最实用、最简便的方法，可以大大提高《机械制图》课程授课效率和教学质量。
关键词：Solid edge；三维模型库；工程图库；双向思维训练；模拟组装；多角度分析问题；理论联系实际
职专校《机械制图》教学的任务是：以识图为主，识图和绘图相结合，着重培养识图能力。在《机械制图》的教学过程中离不开图形演示。传统的教学方法依赖粉笔、黑板、木模和挂图，这对提高学生的空间思维能力有一定的效果，但也存在很多不足。首先，教师在上课时要带大量的模型，给教学带来不便；又由于条件有限，模型的数量及种类不能满足教学的需求，需要投入经费购置。再者，挂图、模型只能反映结果，不能表现丰富多彩的动态变化过程，难以满足教学的要求。虽然边讲边画在教学中能产生较好的效果，但对于复杂图形来说，花费的教学时间较长，教师的体力也消耗很大，难以提高效率，课堂上传授的信息量受到很大的限制，无法适应现代教育的需要。随着科技的进步，我们借助计算机绘图软件，可以很方便地制作出各种形状的三维模型，而且可以上色、渲染，达到极其逼真的效果，再利用模拟运动功能，可以观察到它不同方位的结构形状。用它来作为辅助教学手段，向学生展示空间物体结构的变化，既方便实用，又丰富了课堂内容，提高了教学质量。笔者借助Solid edge v16软件在《机械制图》课程教学中做了以下尝试：
一、建立模型库和工程图库，扩大课堂知识容量
相当一部分学生在学习过程中遇到困难时，会逐渐减少对本课程的投入甚至干脆放弃学习。究其原因，主要是学生对所学课程的内容不能很好的理解，没有成就感。于是我们除了备有曾经订制的与课本、习题相配套的实物模型外，还自行制作了三维模型库和工程图库。传统的教学过程中，不可能每个同学都能同时拿到一样的模型，一节课下来，轮流使用的模型也有限，但现在的模型库中的模型，可以满足学生的需求，学生可以自由的选用。我们制作的模型库还根据学生学习的进程和学生的知识水平分层次摆放，学生可以根据自己的掌握程度选择简单或复杂的模型，克服了以前好生“吃不饱”，差生“吃不了”的现象。我们制作的图库分为练习图库和习题图库两大类，练习题中的模型配有工程图与之相对应，学生可验证答案的正确性，及时的予以纠正。在习题中，我们留出一定的空间让学生自己去思考，以提高学生的分析思考能力，避免他们产生依赖思想。有了模型库和工程图库，大幅度地扩大了课堂知识容量，提高了课堂教学质量。有条件的同学，还可以将图库刻录在光盘上带回家中进行练习，提高了学生学习的主动性。
二、将软件灵活应用于《机械制图》教学，扩展学生思路
1、通过演示教学，让学生掌握绘图规律
《机械制图》教学应当遵循直观性原则和可接受性原则。直观性原则是通过具体的实物、模型和挂图，使学生获得直观感性的认识，作为理解教学内容的基础和阶梯。这对于没有实践经验的职专校学生来说，尤其必要。可接受性原则是通过与学生年龄相符的知识结构，应用学生熟悉的例子，引伸教材的内容，采用启发式教学，引导学生掌握教学内容。
学生在学习平面几何体时，老师一般是让学生先画出特征面，再画各条侧棱线。在画棱柱时，只要将特征面沿着与特征面垂直的轴线方向拉出一定的线性尺寸即可；画棱锥时，只要将特征面的各顶点与锥顶点相连接即可。这些以前只能靠老师比划完成的动作，现在通过绘图软件，即可让学生看到平面几何体成形的全过程。
回转体的知识，关键在于掌握“母线”的含义。在以前，老师只是拿着两根木条按照母线与轴线的空间位置，将母线绕轴线绕行一周，学生也只能凭空想象看不到的回转体。而现在老师现场操作绘制回转体，将母线绕轴线旋转的动态过程展现出来，学生可以在电脑屏幕上看到回转体的成形过程，很快就能理解“母线”的含义，并掌握回转体的形成规律——母线如果是直线，只要改变它与轴线的角度，可画出圆柱、圆台或圆锥等回转体；母线如果是曲线，只要改变母线的形状，则可画出球、花瓶和手柄等回转体，如图1所示。学生只要掌握了“母线”的含义，就不难画出它们的三视图。
此处，我引用了一个“花瓶”的例子，它虽非《机械制图》课本中的内容，但在课堂教学中选用贴切生动的实例来讲解知识，不仅能强烈地吸引学生的注意力，而且能够活跃课堂思维，让学生由此产生联想，使本来死板抽象的东西变得具体化，想不通的内容变得简单易懂。再通过老师的操作来演示这一过程，既生动，又直观，使教学可以事半功倍。
2、通过双向思维训练，提高空间想象能力
制图课程的基础是正投影原理和投影制图，主要是研究由空间到平面(画图)和由平面到空间(看图)相互转化的关系、规律和方法。只有不断地通过由物到图、由图到物的反复实践，逐步提高空间想象力和空间分析能力，才能掌握投影理论及其应用。
“空间投影面的展开”是由“物”到“图”转化过程的关键。经过转换，物体的前后面在视图中的方位均产生改变，所以投影作图的第一课应以“体”开篇，以“物”展示为手段，以轴测图为媒介，以三视图为归宿，让学生透彻地理解以“物”成“图”的过程，掌握其投影规律，辩明各视图之间的方位关系，再通过讲与练使同学们弄懂弄通。然后再把这一教学过程反过来从“图”到“物”进行讲解与训练，有效地提高学生基本的读图和空间想象能力。这部分传统的教学方法，是采用挂图或投影箱来实现的。但由于挂图是静态的，而投影箱在实际应用过程中，因为箱体不可能做得很大，在大教室上课时教学效果较差。如果采用绘图软件零件图中的命名视图，让学生认真观察模型从轴测图的位置旋转到主视图、左视图和俯视图三个位置的动态过程，用投影面的平行面模拟投影箱的三个侧面，将模型的轮廓投影到相应的投影面平行面上，再利用工程图结合演示，如图2所示，这样就可以很形象的说明三视图的投影关系，就能让学生很容易的突破知识的难点。
3、通过启发思维，掌握学习的方法
基本体的组合方式、表面连接关系是教学中的重点和难点，也是读图和作图的基础。在讲这部分内容时，常常采用形体分析法和线面分析法。
在形体分析法的教学过程中，可以先让学生熟悉基本体的投影特性；然后利用绘图软件中的装配图功能，将若干简单形体根据它们的相对位置及表面的连接关系进行模拟组装，再利用爆炸视图将组合好的简单形体进行分解，如图3所示。
两种功能的结合应用，可以启发学生进行正确的思维，弄清楚组合体的结构形状，掌握学习的方法。
学习组合体部分的知识，就是要反复进行图——形之间的对应想象，达到密切图——形联系的目的。在此基础上，再对基本体进行切割、叠加、相贯和截交等
变形处理。借助绘图软件，可以让学生观看变形的过程，再通过绘三视图和轴测图中模型的不同表面渲染上不同的颜色，很容易让学生分析出每个线框所表示的表面形状和相对位置，如图4所示。这种方法也可以用于线面分析法读图中，这要比以前老师在黑板上用彩色粉笔根据投影的关系找出每根线、每个线框的方法快捷、直观、明了得多。经过大量的图——形之间识图的练习，学生逐渐的就会运用头脑中丰富的储图，根据投影的基本原理和方法，进行筛选、组合，创造出一个解题的空间模型来求解。
4、通过方案比较，培养分析问题的能力
多练，并不是机械地多做作业，而是从多角度去分析问题。剖视图是表达机件的另一种方法，用剖视图表达的形体常常有较多孔、槽等，因而图形中虚线较多、形体也更加复杂。在讲解剖视图时，由于图形中线条的交叉重叠，使学生对机件的内部结构的理解有困难，对剖切方法的选择、不同剖切面的形式及剖切位置不同和不同的剖视图的理解则更难。传统的方法仅是用一个结论性的模型或挂图加以说明，学生是知其然而不知其所以然。我们用“视图”中的“剖视图”功能，从不同的位置剖切形体，如图5所示。让学生从不同的角度观察剖切的结果，分小组分析比较全剖、半剖、局部剖等多种剖切方案对表达机件内外结构的影响。经过学生的讨论和老师的点评，由学生选择出最合理的表达方法，从而培养学生分析问题和解决问题的能力。
5、通过物理运动分析，将理论联系实际
在讲授装配图的知识时，无论是讲图例、看图还是绘图作业都应从装配体的功能出发，给学生讲清工作原理、传动路线及零件的结构、作用及其装配关系和相互位置，这对培养学生从生产实际出发考虑问题，缩小与生产实际的距离，快速、正确的读图是很重要的。但学生缺乏实际经验，对主要零件的结构形状和装配关系缺少感性认识。在教学中仅靠简单的教具模型，是远远不能满足学生的需要的。而利用软件的物理运动功能，指导学生进行实践操作，就能较好地弥补学生实践经验的不足，帮助学生理解和掌握知识。
老师以千斤顶为例讲解装配图的知识时，就可以在课前先把千斤顶的各个零件图(除标准件外)绘制好。课中，根据选择好的表达方案，从图库中将各个零件一一调入。学生一方面通过模型可以看到每一个装配零件的真实形状；另一方面，通过隐藏某些外部零件或增加外围零件的透明度或采用剖切的方法，可以看清各装配零件的装配关系和动力传动路径如图6(a)；再通过物理运动，就能分析出各个零件在装配体中的作用，发现装配体存在的问题，并及时的予以纠正，直至形成正确的装配图。
为了让学生能应用所学的理论知识指导实际操作，学校配有钳工房，其中就有千斤顶的装配零件，学生可以对照老师模拟装配的过程和装配图的爆炸视图如图6(b)确定千斤顶的组装顺序。通过实际操作，让同学们丰富了感性知识、验证了理论知识的正确性，又培养了理论联系实际的良好行为习惯。
实践证明，借助计算机绘图软件，辅助《机械制图》课程教学，是教学手段现代化的具体体现。虽然课前的制作过程要花费一定的时间，但它可以长期保存、使用方便，又便于修改。根据授课内容从多种的绘图方法中选用最实用、最简便的方法，可以大大提高授课效率和教学质量。
