机械类制图课程教学改革与立体化教材建设实践

机械类制图课程教学改革与立体化教材建设实践王丹虹，崔长德，胡青泥，柴晓艳，高艳明（大连理工大学，辽宁大连116024）摘要：介绍了大连理工大学机械类画法几何及制图课程内容、体系改革、立体化教材建设以及现代化教学手段应用的初步成果。以新出版的教材和教案为引导，使整合后的教学在内容、体系上符合21世纪人才培养需求。在教学手段和方法上，总结探索出了一整套适合电子化教学特点的新型教学方法。起到了培养能力、增加课堂知识含量、提高教学效率和教学效果的作用。关键词：画法几何及机械制图；课程改革；教材中图分类号：TB23文献标识码：ATheTeachingreforminMechanicalDrawingCourseandDevelopingofTeachingMaterialswithcoursewareWangDanhongCuiChangdeHuQingniChaiXiaoyanGaoYanming(DalianUniversityofTechnologyLoaoningDalian116024)Abstract:ThereformofthecontentandthesystemofMechanicalDrawingcourseinDUT,thefoundationofteachingmaterialwithcourseware,andthepreliminaryfruitoftheuseofmodernteachingmethodareindicatedinthisarticle.Followtheguideinthenewpublishedteachingmaterialandcourseware,convertingtheoldteachingtoanewonewhichcanmeetthedemandofcultivatingtheabilityofstudents’in21thincontentandsystemaspects.Wediscoveredandsummarizeasetofnewteachingmethodwhichfitthenewfeaturesofelectronicteaching.collegestudents’capacitywascultivated,moreknowledgewasboostedthroughthesemethods.Keywords:DescriptiveGeometryandMechanicalDrawing；coursereform；teachingmaterial随着21世纪科技的迅猛发展，课程教学发生了深刻的变革。原有的教材内容、教学体系已经不再适应工程设计方法和绘图工具发展对人才培养的要求。面对新时期的人才培养需求，如何突破传统教材内容、体系和教学方法的限制，在教材中体现时代要求，成为我们的研究课题。近几年，我校在为学生提供自主学习环境、提高课堂知识含量、加强知识的严密性和科学性和按认知规律组织教学方面进行了大胆的实践。优化和重组了课程体系[1]。并围绕该体系进行了立体化教材的建设工作，为新时期的机类“画法几何及机械制图”课程教学提供了解决方案。目前，我校机类课程教学按照优化后的课程体系进行教学，教改成果在日常教学中得到了很好的应用。1课程体系的重组和优化基于对课程的基础性、实践性及其教学内容、教学方式与时代需求相适应的认识，在充分的教改研究与实践基础上，针对21世纪经济和科技发展的人才需求特点，深入探索了与之协同的工程图学认知规律，突破了传统教学内容、体系和教学方法的限制，对课程内容进行多角度、多方位的优化重组，科学合理地使用现代化教学手段，实现教学过程的人—机协同[2]。重组后的课程体系是经过多年教学实践，同时经过与国内同行多次交流、不断改进，逐渐完善建立起来的，课程体系构成及特点见图1。1课程内容优化重组1.提高课堂知识含量2.加强知识的严密性和科学性3.按认知规律组织教学课程体系人机协同教学1.计算机作为辅助教学的有效工具引入制图教学2.计算机作为绘图工具引入制图课程教学3.计算机作为实现三维设计的技术前提引入制图课程教学现代化教学手段服务于教学1.多媒体教学2.网络自主学习环境图1课程体系构成及特点框图1.1提高课堂知识含量、加强知识的严密性和科学性和按认知规律组织教学这一特点充分体现在作为内容优化重组的最佳载体—教材的修订中。主要表现在对画法几何综合问题的大幅度内容重组；规则曲线、曲面问题与立体的整合；不规则曲线、曲面以及立体表面展开问题与计算机原理的整合；立体分类问题的整合；加强了工程意识和标准化意识；将计算机构形设计应用于零件表达、零件图和装配图图形的计算机生成[3][4]。1.2人—机协同教学给学生提供适应自主学习和创造性学习的教学环境，实现人脑与电脑相互促进的人—机协同。计算机作为辅助教学的有效工具和绘图手段引入教学，在不增加学时、不降低读图及投影能力的前提下，使机类学生在制图课中初步掌握构形设计技能。人—机协同教学中计算机所起的作用体现在以下三个方面，笔者曾在参考文献[5]中详尽展开叙述，本文不再赘述。（1）计算机作为辅助教学的有效工具引入制图教学（2）计算机作为绘图工具引入制图课程教学（3）计算机作为实现三维设计的技术前提引入制图课程教学。1.3现代教育技术和教学手段服务于教学知识的增加、学时的减少迫使我们利用现代教育技术改革传统授课方式，优秀的电子教案是保证教学效果的前提。凡是黑板教学有优势的地方，电子教案应当保持，模拟黑板教学来进行教案的制作，黑板上能做到的，计算机也应当能做到。多媒体的用武之地，是黑板挂图做不到、或语言不易表达的内容。往往是制图教学中的重点、难点问题。这使得电子教案的制作和应用意义重大[6]。2立体化教材建设作为教学改革的重要组成部分，立体化教材内容丰富完整，具有助教和助学双重功用，可施教性强。立体化教材的研发和应用，有效地解决了在传统图学教学模式下困扰师生多年的诸多教学难点，收到了事半功倍的显著效果。目前课堂教学仍然是学生获取知识的主要途径。立体化教材建设围绕课堂教学进行。包括主教材和与主教材配套的电子教案、电子解题指导、电子模型库、电子挂图库、电子习题答案库等。为课堂教学提供完整解决方案。2.1主教材主教材包括《画法几何学》（第六版）、《画法几何习题集》（第四版）、《机械制图》（第五版）、《机械制图习题集》（第四版）,2003年7月由高等教育出版社出版。教材修订充分注重了传统图学内容与以计算机图形学技术为主体的新知识的融会贯通，推陈出新。2.2配套电子教学软件为主教材研制了配套电子教案、电子挂图、电子解题指导、电子答案库和电子模型库,并已全面应用于课堂教学和校园局域网上教学。电子教案部分素材和电子模型基于网络三维技术制作；采用VB编程提供了样条曲线生成和绘制立体表面展开图的交互式练习环境；flash动画展示空间思维过程。电子教案为教员备课提供了高质量、活动的素材，也有利于抓住2图学课程的教学特点，通过观察现象、进行空间分析、总结出投影规律和投影特性，指导画图和看图。有助于教学效果的提高。该教案模拟黑板教学详尽的作图步骤，保持了黑板教学的优势。电子解题指导涵盖《画法几何习题集》（第四版）、《机械制图》（第四版）中的全部习题，每个题目均有详尽的解题过程，按照解题步骤逐步作图，细致而清晰，具有示范作用。除了解题过程之外、还提供解题提示、答案显示。解题提示从思维层次上指导学生解题，对题目进行的空间分析和书写作图步骤符合认知规律；教会学生怎样在题目的已知条件和习题解答之间建立联系，在解题思维、投影定理应用、作图方法选用和操作等方面给以指导。电子挂图库提供纸介质教材中的全部插图。对每幅挂图进行了加工润饰，保证图面质量清晰美观。电子答案库提供习题答案精美图片，可放在校园网上供学生浏览，亦可用作教案素材。电子模型库提供纸介质教材中的全部立体模型素材，可使用鼠标拖拽从不同角度观察模型，辅助空间思维。上述电子教材经2年的试用、根据审稿人提出的意见和建议进行了认真的修改，现已全面投入使用。3教学实践本校机类画法几何及机械制图课程学时合计96，另有20小时课外机时,分两个学期授课，2006学年具体教学安排分别见表1和表2。表1第一学期64学时教学安排教学内容学时机时说明绪论、点、直线、平面10相对位置4图解法20学时换面法641.第六章投影变换可在第五章之前讲授。第五章部分作业第六章之后做。2.该阶段通过课堂教学上的慢慢渗透，使学生熟悉软件工具的二维绘图方法，上机实践一次（2课内机时+2课外机时），内容见图2。基本立体及属于基本立体表面的点、线6基本立体截交相贯16学时截交线、贯穿点、相贯线1041.该阶段通过课堂教学上的慢慢渗透，使学生熟悉软件的三维造型方法。上机实践一次，内容见图3（4课内机时）。2.立体、立体与平面相交、两立体相交的轴测投影在相应章节讲授。组合体10学时组合体及其尺寸标注1041.该阶段除传统内容外，上机实践一次使学生掌握构形及其视图表达；掌握和强化三维造型技巧（4课内机时），内容见图4。2.组合体轴测投影在相应章节讲授。表示法8学时机件的各种表示方法Therepresentationmethodsofworks8部分小作业徒手绘制。Somelittleassignmentscanbedrawnbyhand.图2二维绘图练习图3三维造型练习3图4投影练习第二学期排11次课，每次2学时授课+半天作业第二学期授课、作业大部分需要在多媒体教学机房完成。大作业采用三维造型后投影为二维视图的方式完成。在制图课中培养学生的造型和绘图技能，不应以牺牲读图和投影能力为代价。因此在实现这一培养目标的方法和途径上，需要认真加以研究。我们认为，将计算机造型和绘图这部分内容“化整为零、逐步渗透于教学过程”不失为一个有效的方法。这需要建立在任课教师对软件工具深入了解、熟练操作、灵活驾驭的基础之上。这样才能够在不超学时、不降低读图和投影能力的前提下，实现这一培养目标。表2.第二学期32学时教学安排次数教学内容说明1螺纹及螺纹紧固件1其它标准件、常用件手工小作业1零件测绘小轴、3个零件任选，绘制徒手图小轴3画零件图detaildrawing整理4张，手工整理1-3张，其余计算机造型投影生成，图5为零件图作业选登43装配图手工整理装配图1张计算机投影装配图1张，零件模型由教师提供，学生拼成装配体后投影生成装配图、修改、标注、出图。图6为上机作业2读装配图，拆画零件图3个零件选做，计算机造型投影后整理图5零件图4实践效果教改和教学实践是教材编写的基础，教材的使用效果是教改成果的体现。新课程体系的实施和立体化教材的应用提高了学生能力、素质；提高了课堂的知识含量和教学效率；提高了教学效果。4.1学生能力、素质得到了提高计算机造型技能的掌握，使图6装配图4学生可以根据视图或自己的想象构造形体，并实时验证思维正确性。是不可多得的自主学习的好方式。促进了学生三维形状和二维图形之间直觉思维的形成，既增加了学生对本课程的学习兴趣和求知欲望，又培养了构形设计能力，对提高学生综合素质起到了积极的作用。纸介质教材在编写过程中经过试用和修改，计算机绘图、实体造型知识与原教材融合很好，实践证明具有良好的可操作性。4.2提高了课堂的知识含量和教学效率教材内容重组后，并采用电子教案授课后，传统教学内容节省学时1/8。4.3提高了教学效果教师用课件讲课，重点突出，信息量大，形象直观，易于接受。在我校机类本科生班级采用该教案授课，取得了很好的教学效果，受到任课教师的普遍欢迎。。5结束语在充分教改实践的基础上，突破了传统教学内容、体系和教学方法的限制，在对传统教学内容和计算机处理画法几何问题、计算机造型等新知识的整合上，实现了顺利的过渡。以新出版的教材和教案为引导，使整合后的教学在内容、体系上符合21世纪人才培养需求。在教学手段和方法上，总结探索出了一整套适合电子化教学特点的新型教学方法。真正起到了培养能力、增加课堂知识含量、提高教学效率和教学效果的作用。参考文献：[1]