论文部分内容阅读
摘要：在机械制图教学中融入SolidWorks建模，通过课堂教学或网络课程线上学习的方式让学生在点线面和立体的建构中提升空间想象力，有效的提高学生机械制图的学习效率。教师通过Composer自主建立起模型或机械零件的展示文档，可以嵌入PPT而无需安装SolidWorks Composer，方便直观的展示零件的细节，随时拖动和缩放零件从多角度查看零件，极大方便了教学。
关键词：SolidWorks;建模;提升空间想象力;Composer
机械制图课程是机械类专业最重要的一门专业基础课，制图方法和空间想象能力的培养是机械制图课程的教学目标，而制图方法也是建立在空间想象力的基础上，因此对于空间想象力的培养是机械制图课程教学的一个重要目标。虽然现在机械制图的现代化教学手段不断涌现，教学资源日益丰富，但是因为学生空间想象能力薄弱制图课堂的教学效率一直难以提高。
1 企业对机械制图能力的基础作用更加重视
在机械制造类企业中由于新技术的应用部分机械类岗位对二维图纸的看图能力降低了要求，这得益于三维技术的发展。但是通过调研青岛双星机械有限公司、豪迈集团、青岛海泰科模具有限公司等机械制造类企业，企业对于专业基础课程如机械制图、公差配合与技术测量、机械设计基础等在职业能力培养中的作用比以往更加重视，认为机械基础能力是绝大部分机械类工作岗位所需的必备能力，对于学生的纵深发展起着关键作用。因此机械制图在机制、数控等机械类专业中的教学应该强化而不是削弱。
2 机械制图传统教学方法的不足
传统的机械制图教学对空间想象力的培养主要是利用多媒体教室通过立体图、模型、动画等方式培养，多媒体教学具有展示效果良好的优点，嵌入的动画可以形象的展示点线面的投影特性，可以从多角度观察立体的形状，非常直观形象，对于学生空间想象能力的培养起到了主导型的作用，也是目前大多数机械制图课的授课方式。但仅靠多媒体展示，主要体现在老师教的方面，立体形状单一，学生的互动及体验性差，经常出现学生课堂听的明白，课下脑子一片空白的现象，空间想象能力培养的实效性差。现在高职院校学生的空间想象力不足，而企业对机械类的毕业生空间想象力的要求没有降低，因此仅靠原来传统的制图教学方式无法满足企业的要求。
近些年来随着慕课、微视频等现代化教学手段应用，学生课下学习途径也趋向多元化，但是对于高职学生及三二专本贯通培养的学生，仅靠网络的学习形式学生的积极主动性不高。笔者结合多年的机械制图教学经验及实践，尝试了在高职机械制图教学中采用SolidWorks辅助教学的方式，对于培养学生的空间想象能力起到了很好的教学效果。
3 SolidWorks作为机械制图辅助教学的可行性
SolidWorks作为三维建模的主流软件之一，相比NX，ProE，Catia等三维软件，具有易学易懂、便于操作的优势，尤其是作为刚踏人大学校门还没有过多专业知识的大一学生来说，是一个非常适合学生学习建模的入门软件，是培养学生空间想象能力的有效辅助工具。笔者多年来教授机械制造与自动化三二贯通培养专业的《画法几何与机械制图》课程，课程分为两个学期，第一学期约78学时，第二学期48学时，第一学期按照多媒体教室和机房2：1的上课比例，可以安排26学时的SolidWorks课程，对于点线面、基本体、组合体的建模等学习已经足够，能够很好完成培养空间想象力的任务。对于少学时的专业，也可以安排部分上机课程，结合微视频教学，可以让学生完成基本的建模学习。因此SolidWorks与机械制图的联合教学具备实现的可能性。
4 SolidWorks在点线面投影特性教学中的应用
在研究点线面的投影时，一般借助于SolidWorks软件中草图绘制点、线，也可以直接根据坐标或对象绘制空间的点线。点的投影可以单独绘制，也可以在长方体等立体中表示，比较形象直观，结合坐标表示尺寸与方位关系，比较易于理解。
在讲解线面投影特性时，线的投影可以根据坐标直接绘制，也可以放到长方体或三棱锥中讲解，如图1所示，面的投影可以借助立体的表面，在立体中学习投影特性易于理解和想象，如上图所示在立体中的平行线、垂直线和一般位置直线以及平行面、垂直面和一般位置平面。
5 SolidWorks在组合体三视图中的应用
（图2）SolidWorks可以通过拉伸、旋转、放样、扫描等特征方便的建立立体的模型[1，2]。在教学中通过搭积木的形式建立组合体的立体模型，通过布尔加或减实现形体的叠加和挖切。通过颜色的修改使教学过程更加直观，学生乐于接受。学生通过自己动手建构模型，由简单到复杂一步步建立起常见形体的空间概念，也掌握了建模的基本方法。在曲面立体相贯线的做图中，由于相贯线多为复杂的空间曲线，学生难以想象，通过建模相关形体，结合截面法等画法几何理论，学生学习的难度降低不少。
6 SolidWorks Composer在零件结构展示中的应用
SolidWorks Composer是一个独特新颖的能够进行仿真的软件平台[3]。SolidWorksComposer具有强大的展示功能，作为工科类教师自主开发教学资源的重要工具，具有易学易用的特点，常见的三维软件制作的模型都可以导入到c omposer[5]用户可以方便的制作不同的相机视图，展示中通过目录切换。在每一个页面中制作标签、添加注解、局部展示、可视化效果等实现机械零件直观形象的展示，并且可以导入到PPT中，无需安装Composer即可实现模型的多角度展示，按住滚轮移动实现旋转，滚动滚轮实现缩放，Ctrl+滚轮移动实现平移等，方便课堂教师的展示。
7 微视频在建模学习中的应用
对于學时少的班级，建模课程可以借助网络课程的形式学习，教师录制基本建模方法的微视频，学生登陆学习，单元检测的方式实现线上学习内容的考核。因为上机操作的内容相比纯理论课程的学习学生乐于参与其中，学生在学习建模中独立建立模型，具备一定的成就感，因此网络课程的学习易于落地，学习效果容易得到保证。
8 结语
在机械制图课程教学中融入SolidWorks建模，让学生在建模学习中实现点线面和立体的构建，结合画法几何与机械制图的理论方法，在建构中快速提升空间想象能力，提高机械制图的学习效率。教师利用Composer自主制作模型或零件的展示，可以嵌入PPT方便在课堂展示零件的细节，有效提高课堂效率。经过笔者多年的教学实践，上述方法取得了良好的教学效果。
参考文献：
[1]SolidWorks公司SolidWorks零件与装配体教程[M]北京：机械工业出版社，2014
[2]刘昌丽，康士廷SolidWorks2013完全自学手册[M]北京：人民邮电出版社， 2014
[3]金照，黄琼涛，张荣强基于3DVIAComposer的产品虚拟展示与设计U]机械设计，2015（ 11）：119-122.
[4]陈鑫，仲梁维，刁丽慧基于SolidworksComposer的多轴滑台斜拉机构装配可视化研究[J]软件导刊，2018，17 （02）：158-160.
[5]王军良等基于SolidWorks Composer的齿轮泵虚拟设计与展示[J]佛山科学技术学院学报（自然科学版），2018，36（6）：42-47.
作者简介——
徐英锋：（1977-），男，山东聊城人，硕士，副教授。研究方向：机械设计。
关键词：SolidWorks;建模;提升空间想象力;Composer
机械制图课程是机械类专业最重要的一门专业基础课，制图方法和空间想象能力的培养是机械制图课程的教学目标，而制图方法也是建立在空间想象力的基础上，因此对于空间想象力的培养是机械制图课程教学的一个重要目标。虽然现在机械制图的现代化教学手段不断涌现，教学资源日益丰富，但是因为学生空间想象能力薄弱制图课堂的教学效率一直难以提高。
1 企业对机械制图能力的基础作用更加重视
在机械制造类企业中由于新技术的应用部分机械类岗位对二维图纸的看图能力降低了要求，这得益于三维技术的发展。但是通过调研青岛双星机械有限公司、豪迈集团、青岛海泰科模具有限公司等机械制造类企业，企业对于专业基础课程如机械制图、公差配合与技术测量、机械设计基础等在职业能力培养中的作用比以往更加重视，认为机械基础能力是绝大部分机械类工作岗位所需的必备能力，对于学生的纵深发展起着关键作用。因此机械制图在机制、数控等机械类专业中的教学应该强化而不是削弱。
2 机械制图传统教学方法的不足
传统的机械制图教学对空间想象力的培养主要是利用多媒体教室通过立体图、模型、动画等方式培养，多媒体教学具有展示效果良好的优点，嵌入的动画可以形象的展示点线面的投影特性，可以从多角度观察立体的形状，非常直观形象，对于学生空间想象能力的培养起到了主导型的作用，也是目前大多数机械制图课的授课方式。但仅靠多媒体展示，主要体现在老师教的方面，立体形状单一，学生的互动及体验性差，经常出现学生课堂听的明白，课下脑子一片空白的现象，空间想象能力培养的实效性差。现在高职院校学生的空间想象力不足，而企业对机械类的毕业生空间想象力的要求没有降低，因此仅靠原来传统的制图教学方式无法满足企业的要求。
近些年来随着慕课、微视频等现代化教学手段应用，学生课下学习途径也趋向多元化，但是对于高职学生及三二专本贯通培养的学生，仅靠网络的学习形式学生的积极主动性不高。笔者结合多年的机械制图教学经验及实践，尝试了在高职机械制图教学中采用SolidWorks辅助教学的方式，对于培养学生的空间想象能力起到了很好的教学效果。
3 SolidWorks作为机械制图辅助教学的可行性
SolidWorks作为三维建模的主流软件之一，相比NX，ProE，Catia等三维软件，具有易学易懂、便于操作的优势，尤其是作为刚踏人大学校门还没有过多专业知识的大一学生来说，是一个非常适合学生学习建模的入门软件，是培养学生空间想象能力的有效辅助工具。笔者多年来教授机械制造与自动化三二贯通培养专业的《画法几何与机械制图》课程，课程分为两个学期，第一学期约78学时，第二学期48学时，第一学期按照多媒体教室和机房2：1的上课比例，可以安排26学时的SolidWorks课程，对于点线面、基本体、组合体的建模等学习已经足够，能够很好完成培养空间想象力的任务。对于少学时的专业，也可以安排部分上机课程，结合微视频教学，可以让学生完成基本的建模学习。因此SolidWorks与机械制图的联合教学具备实现的可能性。
4 SolidWorks在点线面投影特性教学中的应用
在研究点线面的投影时，一般借助于SolidWorks软件中草图绘制点、线，也可以直接根据坐标或对象绘制空间的点线。点的投影可以单独绘制，也可以在长方体等立体中表示，比较形象直观，结合坐标表示尺寸与方位关系，比较易于理解。
在讲解线面投影特性时，线的投影可以根据坐标直接绘制，也可以放到长方体或三棱锥中讲解，如图1所示，面的投影可以借助立体的表面，在立体中学习投影特性易于理解和想象，如上图所示在立体中的平行线、垂直线和一般位置直线以及平行面、垂直面和一般位置平面。
5 SolidWorks在组合体三视图中的应用
（图2）SolidWorks可以通过拉伸、旋转、放样、扫描等特征方便的建立立体的模型[1，2]。在教学中通过搭积木的形式建立组合体的立体模型，通过布尔加或减实现形体的叠加和挖切。通过颜色的修改使教学过程更加直观，学生乐于接受。学生通过自己动手建构模型，由简单到复杂一步步建立起常见形体的空间概念，也掌握了建模的基本方法。在曲面立体相贯线的做图中，由于相贯线多为复杂的空间曲线，学生难以想象，通过建模相关形体，结合截面法等画法几何理论，学生学习的难度降低不少。
6 SolidWorks Composer在零件结构展示中的应用
SolidWorks Composer是一个独特新颖的能够进行仿真的软件平台[3]。SolidWorksComposer具有强大的展示功能，作为工科类教师自主开发教学资源的重要工具，具有易学易用的特点，常见的三维软件制作的模型都可以导入到c omposer[5]用户可以方便的制作不同的相机视图，展示中通过目录切换。在每一个页面中制作标签、添加注解、局部展示、可视化效果等实现机械零件直观形象的展示，并且可以导入到PPT中，无需安装Composer即可实现模型的多角度展示，按住滚轮移动实现旋转，滚动滚轮实现缩放，Ctrl+滚轮移动实现平移等，方便课堂教师的展示。
7 微视频在建模学习中的应用
对于學时少的班级，建模课程可以借助网络课程的形式学习，教师录制基本建模方法的微视频，学生登陆学习，单元检测的方式实现线上学习内容的考核。因为上机操作的内容相比纯理论课程的学习学生乐于参与其中，学生在学习建模中独立建立模型，具备一定的成就感，因此网络课程的学习易于落地，学习效果容易得到保证。
8 结语
在机械制图课程教学中融入SolidWorks建模，让学生在建模学习中实现点线面和立体的构建，结合画法几何与机械制图的理论方法，在建构中快速提升空间想象能力，提高机械制图的学习效率。教师利用Composer自主制作模型或零件的展示，可以嵌入PPT方便在课堂展示零件的细节，有效提高课堂效率。经过笔者多年的教学实践，上述方法取得了良好的教学效果。
参考文献：
[1]SolidWorks公司SolidWorks零件与装配体教程[M]北京：机械工业出版社，2014
[2]刘昌丽，康士廷SolidWorks2013完全自学手册[M]北京：人民邮电出版社， 2014
[3]金照，黄琼涛，张荣强基于3DVIAComposer的产品虚拟展示与设计U]机械设计，2015（ 11）：119-122.
[4]陈鑫，仲梁维，刁丽慧基于SolidworksComposer的多轴滑台斜拉机构装配可视化研究[J]软件导刊，2018，17 （02）：158-160.
[5]王军良等基于SolidWorks Composer的齿轮泵虚拟设计与展示[J]佛山科学技术学院学报（自然科学版），2018，36（6）：42-47.
作者简介——
徐英锋：（1977-），男，山东聊城人，硕士，副教授。研究方向：机械设计。