朱智莹

（中国石油大学（北京）石油工程学院 北京 102249）

随着科技的发展，立体表征的方法越来越多，但是作为基础的《机械制图》仍是工科学生必须要掌握的一门基础课程。在现代工业中，从设备的设计、制造、安装到使用、维修、检测，都需要阅读工程图来了解设备的结构及性能。本校非机类《机械制图》作为工科生的大一或大二的必修课，主要学习：（1）工程图样的表达，即对点、线、面、体及组合体的投影特性的学习；（2）工程形体的表达，即在三视图的基础上，用不同的视图进一步表达形体；（3）零部件及装配体的表达。目标是培养学生阅读和规范绘制图样的能力、空间思维能力并提升工程素质。

1 存在问题

（1）由于学时紧张，老师上课时多以PPT教学为主。对于绘图过程，虽然PPT中也有动图，一步步展示，但是老师很少在课堂上进行细致的实际绘图演示。单纯依靠PPT展示及老师讲授，有些学生在最初接触《机械制图》时，仍不清楚基本的作图思路及过程。

（2）学生的空间想象能力不均衡，对一些学生而言，在脑海中勾勒三维图形是有困难的。更不要说对于立体的一些细节问题的构建。对于投影的分析，如有一个地方错误，将会导致整个结果的错误。但是由于学生想不清楚立体图形，常常丧失耐心，草草了事，以致分析结果错误。

（3）学生缺乏工程实践，对于工件样式、使用位置、加工方式方法、工作原理等都没有概念。

这些问题成为《机械制图》教学过程中亟待解决的问题，也是在教学过程中要着重考虑的问题。

2 方法探讨

针对授课时存在的问题，进行如下方法的探讨。

2.1 绘图演示

学生看PPT中的绘图过程是动画演示，但是在解题时，是亲自动手绘图。存在从眼到手的转化过程，常常是“眼会而手不会”的状态。因此，老师在教的时候，也亲自动手演示绘图过程，会有助于解决这一问题。但是受学时所限，在课堂上不能进行全面的绘图演示，只能选择有代表性的一些内容进行讲解。此时，若充分例用线上平台作为线下课堂的延伸，线上线下有机结合。

2.1.1 课上绘图演示

上课初期，选择较有代表性的问题，用圆规、三角板、直尺、粉笔在黑板上进行绘图全过程演示。特别强调以下三点：（1）45度线的确定及其对侧面投影位置的影响；（2）用细实线而非虚线绘制投影连线；（3）取特定位置的点标记，明确投影关系及投影后对应位置，如图1所示。例如图1为课后作业，题目为已知正面投影和水平投影，补充侧面投影；并补全点ABCDEF的三面投影。在学习初期，学生对于线的对应关系还不是很清楚，可以借助点来确定线，进而确定面，如图1所示，这样可以很清楚的知道三面投影上各点、线及面的对应位置。即便学生想象不出三维立体是什么样子，也可以分析出答案。且从ab两图可直观发现，通过45线位置的变化，侧面投影的位置也随之变化。通过课上带领学生一起进行演示，可以使学生的思维和老师一起走，较比通过PPT，浏览式学习，更能加深印象。有助于学生在学习初期就能够形成良好的作图习惯，掌握投影规律及作图方法，为后续学习打下坚实基础。

图1：示范绘图过程及标注

2.1.2 微课绘图演示

由于学时的限制，在课堂上不可能一个知识点反复讲，也不可能做到每个题目都详细的画一遍。此时，可以课堂外延，录制微课，并投放于线上平台。以学生的需要为导向制作微课，以学生的反馈为基础改进微课。微课的内容可以包括各种类型的视频，如实物展示视频、三维动画或动图展示视频、具体三视图的求解过程视频等，时长不宜过长，以不长于10分钟为宜[1]。微课具有内容短小，播放终端丰富；主题明确，便于检索；内容丰富，可重复观看学习等特点，特别适合碎片化式随时随地学习。微课可以与课堂教学有机结合，形成线下课堂学习，线上微课补充，线上线下或点对点，或面对面答疑的教学形式。

2.2 构建虚拟三维图形

在现有的《机械制图》的教材及课件中，在三面投影图以外，也会放置一个轴测图，来帮助学生建立空间结构。但是这个轴测图是静止的，或者在PPT课件中，会旋转一周，然后停止在某个角度。这在某种程度上来讲，可以帮助学生构建三维图形，但是在细节部分仍然表述不清楚，如回转体被平面切割后，得到的截交线的样式，如图2。图2所示为一组合体被前后对称的正平面P和Q各截去一部分，补全正面投影。此题即便给出轴测图，仍有学生想不明白截交线的样式。此时，就可以用Solidworks软件构建立体模型，在软件内部或者录制动图，通过不同位置的正平面去截组合体，从不同角度去展示（图3），实现动态可视化教学，也便于学生观察。

图2：举例：课上截交线问题

图3：用SW软件制图的动图截屏

2.3 制作立体实物

随着3D打印技术的成熟，可以利用3D打印机将立体模型变成实物。在授课过程中通过与视图、动画演示等多种教学手段相结合进行知识点的教学，提升学生学习兴趣。课间可以传阅模型教具，使每个学生都能够直观感受三维实物与二维图形间的联系，加深对所学物体的印象[2]。对于稍微复杂一些的组合体，可以将其拆分成基本体后打印，然后让学生进行拼装；同时，对于也可以将装配图中的各零部件打印后拼装等。总之，制作的实物是实体化的，方便学生直观的、直接的观察、分析，将新式的教学手段、方法融入到教学过程中，不断更新，与时俱进。

2.4 强调解题思路及分析方法

学生在学习《机械制图》时，常有一误区，认为空间能力弱，就学不好《机械制图》，但实际上，学习《机械制图》的过程，也是提升空间思维能力的过程。即便空间想象能力不足，只要具备基础的知识，就可以通过分析，一步步得到答案。如图4所示，为分析回转体的截交线，并补全三面投影。其中正面投影为已知。对于初学者，如果一下要说出三面投影的样式是有难度，但是可以拆解，一步步来分析。首先判断未被处理前的基本体，为圆锥。然后结合上课讲解的知识点——五种平面与圆锥面的交线。对应本题的情况，主视图中从左至右分别为截平面与轴平行，截平面与轴垂直，截平面过锥顶，它们对应的真形分别为轴对称的抛物线，圆，过锥顶的两直线。接着分析截平面的特殊位置，从左至右分别为侧平面、水平面、正垂面，结合它们反应真形、积聚等特性，可以分析出答案应如图4所示。

图4：举例：截交线问题

所以在授课时，要注意强调解题分析方法，培养学生形成良好的分析问题的思路，而不单纯的是解每一道题。

2.5 拓展认知实践知识

由于学生缺乏工程实践，零部件在学生眼中只是单纯的立体。因此通过图片、视频、影像资料等[3]，使学生了解零件的加工方法、实际的用途、工作环境等，将有助于学生对于知识点的理解与掌握。例如，在介绍回转体时，可以引入车床及铣床的介绍（学生在学习机械制图后，会进行金工实习），车床是用来加工回转体的，而有平面的需要用铣床来加工。在介绍轴的尺寸标注时，可以结合其加工方法来介绍，对于轴长度方向的标注，主要是为了加工时方便测量。通过类似知识点的介绍，一方面可以使学生从单纯的画图中抽离出来，适当放松；另一方面，也可以拓展物体相关知识，便于学生更好的理解。

3 结论

十三五规划中提出，使若干高校和一批学科达到或接近世界一流水平，培养一流人才。十四五规划中提出，建设高质量本科教育等。作为高校的一名教师，有责任也有义务认真教学，使学生更好的理解所学内容。通过线上线下结合、三维模型构建、实体化构建、应用领域拓展等方法建立可视化、实物化教育平台，帮助学生掌握学习内容，并引导其应用。在教学的过程中，不断探索。