机械制图教学中信息化技术手段的运用研究
2022-06-09
【摘 要】本文提出机械制图教学中运用信息化技术手段可从三个方面展开：利用3D技术辅助教学，对学生的空间思维能力进行训练；利用动画、微课视频等技术手段辅助教学，对学生的方法能力进行训练；采用光栅参照作图法，大幅提高教师教学效率。
【关键词】机械制图 信息化技术 运用
[Abstract] this paper proposes the use of information technology in the teaching of mechanical drawing methods from three aspects: the use of 3D technology to assist teaching on students' space thinking ability training; the use of animation, micro lesson video technology assisted teaching method on students' ability training; the reference grating method, greatly improve the teachers teaching efficiency.
[Key words] the application of information technology in mechanical drawing
机械制图是一门用图样确切表示机械的结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求的学科。图样由图形、符号、文字和数字等组成，是表达设计意图和制造要求以及交流经验的技术文件，常被称为工程界的语言。传统教学中，教师在课堂教学中以讲授为主，借助于挂图、教模、多媒体PPT等辅助工具，以尺规手绘形式进行演示性教学，学生借助尺规、铅笔等进行手工绘图练习，以建立空间概念，培养绘图能力和读图能力。在多年的教学工作中，笔者发现，有三个关键性问题必须引起重视，一是思维能力培养，二是方法能力培养，三是教学效率。空间思维能力若得不到系统、全面的训练，会造成学生思维能力低下，做题时错漏百出；方法能力培养若得不到系统的培养，会造成学生思路不清，步骤不明确，工作效率低；教学效率不高，会浪费教师的时间与精力，学生等待的时间过长，不能做到有的放矢，时效性差。为此，可引入三种具有创新性的信息化技术手段，从而突破困境，取得良好的教育成效。
一、利用3D技术辅助教学，对学生的空间思维能力进行训练
机械设计类软件具有强大的三维实体造型功能、 曲面造型、 虚拟装配及创建工程图等功能。在各大功能模块中，可以充分利用3D建模及2D制图模块来辅助机械制图的课堂教学。在建模环境中，教师可以根据教学的需要快速设计各种形状结构3D零件模型。而在制图模环境中，可以快速把设计好的3D零件模型直接转换为2D工程图。当3D零件模型改变时，2D工程图可以实现实时更新。这两个功能在协助讲解零件视图内容时，教师可以根据授课的需要马上修改零件的形状结构，学生能360度方位查看零件的内外形状结构，在视觉上与零件模型达到零距离接触，从而提高学生分析视图能力，及时纠正学生出现的错误，全面提高课堂授课质量和效率。
笔者通过以下两个典型案例，分析如何利用信息化技术手段开展课堂教学。
案例1：已知两个视图，想象物体的结构（如图1）。由于没有唯一性，可以进行发散性思维，一般情况下，大家很快可以构思出第一种“球”形体结构，但是再进行第二种形体结构的时候，思维出现阻碍，这个时候我们可以运用媒体技术展示“牟合方盖”形体结构（如图1）。这个阶段学生思维还是不够清晰，此时可以利用3D技术演示“牟合方盖”的成型过程，由两个正交的圆柱体，求交后的结果，从而学生的思维更加清晰（如图2）。还可以介绍“牟合方盖”的历史，它我国古代数学家刘徽在研究球的体积的过程中构造的一个和谐优美的几何体，寓意着空间思维能力的重要性。
案例2：给出两个视图，没有唯一性，要求进行思考，构思不同的形体结构（如图3）。训练学生的空间思维能力，3D技术辅助验证结果，拓宽思路，这是一种非常有效的技术手段，更好地培养学生的空间思维能力及创新意识。
二、利用动画、微课视频等技术手段辅助教学，对学生的方法能力进行训练
在进行组合体三视图的绘制过程中，初学机械制图的学生，由于没有经过专门的训练，对作图的方法和步骤十分不明晰，如果不采取有效的教学方法和手段进行指导，作图过程中将出现诸多问题，而且绘图效率很低，不能在规定课时内完成任务，完成质量不高，造成学习兴趣不浓，关键的方法能力得不到很好的培养。
针对上述存在的问题，可以采取以下两种教学对策。一是采用动画技术，应用动画技术演示组合体的形体分析全过程，直观性强，易于理解，学生可以快速的领会方法要点。绘制三视图按步骤进行，思路清晰，简明扼要，可操作性强，利于学生参考学习。二是采用微课视频，在学习过程中学生会遇到一些难点，需要花很长时间和精力才能解决，甚至不能突破困境，如果教师能采取一些特别的教学手段，往往能收到事半功倍的效果。以补画第三视图这个典型教学案例进行说明，学生在做这类题目的时候，出现错漏的情况比较多，究其原因主要是读图能力欠缺，对作图方法没有理解深透。如果教师根据学生存在的问题点进行微课视频制作，学生可以观看视频，聆听语音讲解，对学生的指导针对性更强、信息量更大、作图更规范。
三、采用光栅参照作图法，大幅提高教师教学效率
AutoCAD中光栅图像由一些称为像素的小方块或点的矩形栅格组成，光栅图像参照了特有的栅格上的像素。插入光栅图片作底图的操作方法非常简单，首先是把图纸用“扫描仪”给扫描成光栅图，若没“扫描仪”也可用数码相机给拍摄成图片，然后在AutoCAD中依葫芦画瓢描画出来。
根据机械制图课程的特点，习题量很大，讲解必然耗费相当大的时间及精力。在传统的课堂教学过程中，例如补画视图的作业题，第一步是要抄画原有主、俯、左视图，第二步是补画其他视图，这些图形的每一条线都是靠教师黑板板书来呈现，导致绘图的精准度不高，教学效率低下。根据笔者的经验，如果利用AutoCAD软件的优势， AutoCAD里的工具使用方便，教师可以根据教学需要灵活选择，如抄画原有视图的工作，可以利用AutoCAD光栅参照的功能，直接导入事先拍摄的图片作为参照底图，依葫芦画瓢快速把主、俯、左视图描画出来。在补画视图时，可以利用AutoCAD编辑工具中的复制、镜像、移动等命令，快速把图形呈现出来。本案例中，补画仰视图只需执行镜像命令就可以完成。创新的教学手段，可以快速完成教师的板书工作，减少学生等待的时间，教师可以把更多时间及精力放在教学的重点和难点上，真正做到有的放矢，课堂教学效率倍增，提升课堂教学时效性，保证学生的学习质量。
四、教学效果反思
机械制图教学的关键任务是引导学生完成由3D零件模型到2D工程图，再由2D工程图想象3D零件模型的复杂过程。教师通过创设典型案例，让学生主动参与学习，通过一定量的虚拟模型，实物模型学生获得了2D工程图的感性认识，通过观察思考、动手实践、操作练习，从感性认识上升为理性认识.培养学生的空间思维能力，几何直观感知能力。学生不再被动地接受知识，而是进行积极的探索，在观察和思考中，潜移默化形成自己的独特能力。由2D工程图到3D零件模型是本课题的难点，需要学生根据2D工程图进行想象，在大脑中构建一个3D模型形象。利用信息化技术手段呈现思维过程，可以引导学生形成正确的思维习惯，及时纠正学习中出现的问题，有效培养学生的方法能力。
笔者在教学中不断尝试把各种信息化技术手段融入课堂，对3D 技术、动画技术、微课视频、光栅参照作图法等信息化技术进行了深入的研究，并应用于实践。其中，信息化技术手段发挥了极其重要的作用，它可以调动学生的学习积极性，提高教师课堂教学的效率，有效培养学生的空间思维能力和作图技能，提高学生的专业技能，增强学生的创新意识。在柳州城市职业学院印尼留学生班的机械制图教学中，由于师生之间存在语言交流的障碍，教师运用语言进行描述的作用已经不大，采用传统的教学手段将无法正常开展教学，因此，教学手段的更新势在必行。如果采用信息化技术手段，利用3D技术、动画视频等技术进行演示，逻辑性强、直观性好、步骤清晰，学生能快速领悟要点，从而很好地突破因语言不通造成的障碍。随着信息化技术的不断发展和课程改革的不断深入，两者之间的融合会越来越紧密，信息化技术对机械制图课程教学的促进作用也会越来越明显。
【参考文献】
[1]彭婧.“绘制组合体三视图” 说微课设计探讨[J].武汉电力职业技术学院学报，2014（2）
[2]贾琛.信息技术教学手段在《机械制图》课程改革中的应用[J].河南机电高等专科学校学报，2014（2）
[3]黄向裕.组合体三视图的课堂教学设计[J].长治学院学报，2007（2）
【关键词】机械制图 信息化技术 运用
[Abstract] this paper proposes the use of information technology in the teaching of mechanical drawing methods from three aspects: the use of 3D technology to assist teaching on students' space thinking ability training; the use of animation, micro lesson video technology assisted teaching method on students' ability training; the reference grating method, greatly improve the teachers teaching efficiency.
[Key words] the application of information technology in mechanical drawing
机械制图是一门用图样确切表示机械的结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求的学科。图样由图形、符号、文字和数字等组成，是表达设计意图和制造要求以及交流经验的技术文件，常被称为工程界的语言。传统教学中，教师在课堂教学中以讲授为主，借助于挂图、教模、多媒体PPT等辅助工具，以尺规手绘形式进行演示性教学，学生借助尺规、铅笔等进行手工绘图练习，以建立空间概念，培养绘图能力和读图能力。在多年的教学工作中，笔者发现，有三个关键性问题必须引起重视，一是思维能力培养，二是方法能力培养，三是教学效率。空间思维能力若得不到系统、全面的训练，会造成学生思维能力低下，做题时错漏百出；方法能力培养若得不到系统的培养，会造成学生思路不清，步骤不明确，工作效率低；教学效率不高，会浪费教师的时间与精力，学生等待的时间过长，不能做到有的放矢，时效性差。为此，可引入三种具有创新性的信息化技术手段，从而突破困境，取得良好的教育成效。
一、利用3D技术辅助教学，对学生的空间思维能力进行训练
机械设计类软件具有强大的三维实体造型功能、 曲面造型、 虚拟装配及创建工程图等功能。在各大功能模块中，可以充分利用3D建模及2D制图模块来辅助机械制图的课堂教学。在建模环境中，教师可以根据教学的需要快速设计各种形状结构3D零件模型。而在制图模环境中，可以快速把设计好的3D零件模型直接转换为2D工程图。当3D零件模型改变时，2D工程图可以实现实时更新。这两个功能在协助讲解零件视图内容时，教师可以根据授课的需要马上修改零件的形状结构，学生能360度方位查看零件的内外形状结构，在视觉上与零件模型达到零距离接触，从而提高学生分析视图能力，及时纠正学生出现的错误，全面提高课堂授课质量和效率。
笔者通过以下两个典型案例，分析如何利用信息化技术手段开展课堂教学。
案例1：已知两个视图，想象物体的结构（如图1）。由于没有唯一性，可以进行发散性思维，一般情况下，大家很快可以构思出第一种“球”形体结构，但是再进行第二种形体结构的时候，思维出现阻碍，这个时候我们可以运用媒体技术展示“牟合方盖”形体结构（如图1）。这个阶段学生思维还是不够清晰，此时可以利用3D技术演示“牟合方盖”的成型过程，由两个正交的圆柱体，求交后的结果，从而学生的思维更加清晰（如图2）。还可以介绍“牟合方盖”的历史，它我国古代数学家刘徽在研究球的体积的过程中构造的一个和谐优美的几何体，寓意着空间思维能力的重要性。
案例2：给出两个视图，没有唯一性，要求进行思考，构思不同的形体结构（如图3）。训练学生的空间思维能力，3D技术辅助验证结果，拓宽思路，这是一种非常有效的技术手段，更好地培养学生的空间思维能力及创新意识。
二、利用动画、微课视频等技术手段辅助教学，对学生的方法能力进行训练
在进行组合体三视图的绘制过程中，初学机械制图的学生，由于没有经过专门的训练，对作图的方法和步骤十分不明晰，如果不采取有效的教学方法和手段进行指导，作图过程中将出现诸多问题，而且绘图效率很低，不能在规定课时内完成任务，完成质量不高，造成学习兴趣不浓，关键的方法能力得不到很好的培养。
针对上述存在的问题，可以采取以下两种教学对策。一是采用动画技术，应用动画技术演示组合体的形体分析全过程，直观性强，易于理解，学生可以快速的领会方法要点。绘制三视图按步骤进行，思路清晰，简明扼要，可操作性强，利于学生参考学习。二是采用微课视频，在学习过程中学生会遇到一些难点，需要花很长时间和精力才能解决，甚至不能突破困境，如果教师能采取一些特别的教学手段，往往能收到事半功倍的效果。以补画第三视图这个典型教学案例进行说明，学生在做这类题目的时候，出现错漏的情况比较多，究其原因主要是读图能力欠缺，对作图方法没有理解深透。如果教师根据学生存在的问题点进行微课视频制作，学生可以观看视频，聆听语音讲解，对学生的指导针对性更强、信息量更大、作图更规范。
三、采用光栅参照作图法，大幅提高教师教学效率
AutoCAD中光栅图像由一些称为像素的小方块或点的矩形栅格组成，光栅图像参照了特有的栅格上的像素。插入光栅图片作底图的操作方法非常简单，首先是把图纸用“扫描仪”给扫描成光栅图，若没“扫描仪”也可用数码相机给拍摄成图片，然后在AutoCAD中依葫芦画瓢描画出来。
根据机械制图课程的特点，习题量很大，讲解必然耗费相当大的时间及精力。在传统的课堂教学过程中，例如补画视图的作业题，第一步是要抄画原有主、俯、左视图，第二步是补画其他视图，这些图形的每一条线都是靠教师黑板板书来呈现，导致绘图的精准度不高，教学效率低下。根据笔者的经验，如果利用AutoCAD软件的优势， AutoCAD里的工具使用方便，教师可以根据教学需要灵活选择，如抄画原有视图的工作，可以利用AutoCAD光栅参照的功能，直接导入事先拍摄的图片作为参照底图，依葫芦画瓢快速把主、俯、左视图描画出来。在补画视图时，可以利用AutoCAD编辑工具中的复制、镜像、移动等命令，快速把图形呈现出来。本案例中，补画仰视图只需执行镜像命令就可以完成。创新的教学手段，可以快速完成教师的板书工作，减少学生等待的时间，教师可以把更多时间及精力放在教学的重点和难点上，真正做到有的放矢，课堂教学效率倍增，提升课堂教学时效性，保证学生的学习质量。
四、教学效果反思
机械制图教学的关键任务是引导学生完成由3D零件模型到2D工程图，再由2D工程图想象3D零件模型的复杂过程。教师通过创设典型案例，让学生主动参与学习，通过一定量的虚拟模型，实物模型学生获得了2D工程图的感性认识，通过观察思考、动手实践、操作练习，从感性认识上升为理性认识.培养学生的空间思维能力，几何直观感知能力。学生不再被动地接受知识，而是进行积极的探索，在观察和思考中，潜移默化形成自己的独特能力。由2D工程图到3D零件模型是本课题的难点，需要学生根据2D工程图进行想象，在大脑中构建一个3D模型形象。利用信息化技术手段呈现思维过程，可以引导学生形成正确的思维习惯，及时纠正学习中出现的问题，有效培养学生的方法能力。
笔者在教学中不断尝试把各种信息化技术手段融入课堂，对3D 技术、动画技术、微课视频、光栅参照作图法等信息化技术进行了深入的研究，并应用于实践。其中，信息化技术手段发挥了极其重要的作用，它可以调动学生的学习积极性，提高教师课堂教学的效率，有效培养学生的空间思维能力和作图技能，提高学生的专业技能，增强学生的创新意识。在柳州城市职业学院印尼留学生班的机械制图教学中，由于师生之间存在语言交流的障碍，教师运用语言进行描述的作用已经不大，采用传统的教学手段将无法正常开展教学，因此，教学手段的更新势在必行。如果采用信息化技术手段，利用3D技术、动画视频等技术进行演示，逻辑性强、直观性好、步骤清晰，学生能快速领悟要点，从而很好地突破因语言不通造成的障碍。随着信息化技术的不断发展和课程改革的不断深入，两者之间的融合会越来越紧密，信息化技术对机械制图课程教学的促进作用也会越来越明显。
【参考文献】
[1]彭婧.“绘制组合体三视图” 说微课设计探讨[J].武汉电力职业技术学院学报，2014（2）
[2]贾琛.信息技术教学手段在《机械制图》课程改革中的应用[J].河南机电高等专科学校学报，2014（2）
[3]黄向裕.组合体三视图的课堂教学设计[J].长治学院学报，2007（2）