基于虛實(shí)結(jié)合的制圖測繪教學(xué)改革與實(shí)踐分析論文
“工程制圖”是工科院校的機(jī)械類和非機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，制圖測繪是其重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。制圖測繪內(nèi)容包括拆裝部件，對拆卸的零件進(jìn)行觀察和測量，手工繪制零件草圖，將草圖整理成零件工作圖和部件裝配圖等。通過制圖測繪實(shí)踐，學(xué)生在圖示能力、讀圖能力、手工繪圖能力、測繪能力和查閱技術(shù)文獻(xiàn)等專業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)等方而可得到一次綜合訓(xùn)練，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生繪制機(jī)械圖樣的技能，對提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)制圖知識解決實(shí)際問題的能力也可起到重要作用。
目前，國內(nèi)大多數(shù)高校及職業(yè)院校的制圖測繪教學(xué)主要采用實(shí)物教學(xué)法，即教師利用實(shí)物講解、演示，再由學(xué)生拆裝實(shí)物部件，繪制零件草圖，測量尺寸等，最終畫出零件圖和裝配圖。這種教學(xué)法存在以下問題:(1)測繪的實(shí)物零部件數(shù)量少，不能實(shí)現(xiàn)人手一個測繪模型，只能分組進(jìn)行測繪，影響了實(shí)踐教學(xué)效率和效果。有時因班級多，測繪模型不夠用，需要調(diào)整教學(xué)計劃，影響了教學(xué)進(jìn)度。(2)由于實(shí)物模型本身的質(zhì)量參差不齊，如有壁厚不均、鑄造圓角、過渡圓角不清晰等問題，造成學(xué)生觀察零件時，對零件結(jié)構(gòu)把握不準(zhǔn)、有偏差。(3)學(xué)生對測繪過程缺乏引導(dǎo)性，對測繪的先后順序比較模糊，如果碰到某個部件中的零件有丟失.學(xué)生會對整個部件的零件裝配缺乏完整性認(rèn)識，給實(shí)際測繪帶來一定的困難。(4)分組測繪的學(xué)生只會關(guān)注其分配到的測繪部分，對其他常見測繪零、部件掌握較少，造成大部分學(xué)生對部件測繪知識的了解及應(yīng)用缺乏全而性。
近年來，計算機(jī)多媒體被廣泛應(yīng)用于工程制圖教學(xué)中，出現(xiàn)了一種過分依賴計算機(jī)多媒體教學(xué)的現(xiàn)象。有的學(xué)校建設(shè)了虛擬制圖實(shí)驗(yàn)室，就覺得圖板、丁字尺等都要淘汰了，制圖測繪的實(shí)物教學(xué)也不能與時俱進(jìn)，從而過分夸大了虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)越性。
筆者在自主開發(fā)的虛擬測繪實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了制圖測繪教學(xué)改革。制圖測繪采用將實(shí)物測繪與虛擬測繪相結(jié)合的方法(簡稱“虛實(shí)結(jié)合”)，充分利用先進(jìn)的計算機(jī)設(shè)備進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)，借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這一輔助手段，解決傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，加快學(xué)生對知識的掌握與深化;同時，又保留部分實(shí)物實(shí)踐環(huán)節(jié)，如手工拆裝零件、測量尺寸、徒手繪制草圖等環(huán)節(jié)。制圖測繪教學(xué)采用虛實(shí)結(jié)合的方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)造能力。
虛實(shí)結(jié)合的“工程制圖”實(shí)踐教學(xué)改革
改革思路
(1)以培養(yǎng)實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力為目標(biāo)，采用虛實(shí)結(jié)合的方法，優(yōu)化“工程制圖”實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，改革實(shí)踐教學(xué)的方法和手段，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)新模式。
(2)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于零部件測繪實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。創(chuàng)建開放式虛擬測繪教學(xué)平臺，建設(shè)內(nèi)容新穎、形式多樣、知識豐富的零件部件測繪實(shí)驗(yàn)室，改善實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。
(3)在網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中開啟制圖測繪教學(xué)、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行制圖測繪實(shí)物教學(xué)。為保證教學(xué)質(zhì)量，對虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程進(jìn)行嚴(yán)格管理、監(jiān)控和考核，同時對實(shí)物教學(xué)也實(shí)行手工繪圖質(zhì)量評價，確保工程制圖實(shí)踐教學(xué)達(dá)到預(yù)期效果。
改革方案
(1)改革制圖測繪教學(xué)模式。采用虛實(shí)結(jié)合的方法進(jìn)行制圖測繪教學(xué)模式。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的開放式虛擬實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生營造一種自主學(xué)習(xí)及多樣化、實(shí)用化和個性化的實(shí)踐環(huán)境，學(xué)生可以在網(wǎng)上自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)時間，自主參與、完成開放性的測繪實(shí)踐學(xué)習(xí)。在虛擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)條件和教學(xué)模式等，加強(qiáng)學(xué)生的真實(shí)感和動手能力的訓(xùn)練，構(gòu)建以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，以實(shí)物教學(xué)為主、以虛擬實(shí)驗(yàn)為輔，以能力培養(yǎng)及個性化教育為目的的實(shí)踐教學(xué)模式，突出應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
(2)改革制圖測繪教學(xué)的內(nèi)容。利用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，將實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行集成和優(yōu)化，設(shè)計內(nèi)容豐富、可擴(kuò)展性和操作性強(qiáng)，并與實(shí)際測繪工作接軌的模塊化的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，如各種測繪工具的使用方法及其文字、圖片、視頻，測量數(shù)據(jù)圓整的方法，尺寸公差與配合性質(zhì)的選用，材料的選擇等知識的融合，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，提高綜合應(yīng)用的能力，將實(shí)踐教學(xué)變成一項(xiàng)富有趣味性、交互性操作和實(shí)用性的工作，分階段培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力。
(3)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段。通過虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方法和手段，可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，將學(xué)生和教師制造的最新的各種零部件模型應(yīng)用到制圖實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中，采用課內(nèi)授課與課外實(shí)踐相結(jié)合的方式，增加工程制圖教學(xué)的綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新研究性的實(shí)踐教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生接觸新CAD軟件，開闊學(xué)生的視野，開發(fā)學(xué)生的智能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。如通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺中的逼真的三維模型360度的旋轉(zhuǎn)、交互性地拆、裝減速器的動畫場景，可激發(fā)學(xué)生對三維造型軟件的學(xué)習(xí)興趣，教師此時可以適時鼓勵更多的學(xué)生參加大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”等創(chuàng)新性項(xiàng)目的課外科技活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)探究能力，鼓勵學(xué)生參加省級、國家級的CAD機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新大賽等.提高學(xué)生的`CAD制圖和三維造型水平.為專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
制圖測繪虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)與發(fā)布
虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)是虛實(shí)結(jié)合教學(xué)改革的前提。要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺下虛實(shí)結(jié)合的制圖測繪，開發(fā)可以在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的虛擬零部件模型和可實(shí)現(xiàn)交互操作的虛擬部件拆裝動畫，是建設(shè)虛擬測繪實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)開發(fā)工具有VRML、三維造型軟件等。其中，VRML是一種用于在Internet上構(gòu)筑3D多媒體和共享虛擬世界的基于文本的開放式建模語言。利用VRML技術(shù)制作的三維模型和動畫可以在Internet上傳輸，并在本地機(jī)上由VRML瀏覽三維場景。開發(fā)的虛擬教學(xué)平臺實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使之能夠?qū)p速器的拆、裝進(jìn)行進(jìn)行動態(tài)模擬，通過交互性拆裝動畫對裝配過程進(jìn)行動態(tài)模擬，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，以利于學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步提出問題與尋求解決問題的興趣，拓寬學(xué)生的知識而，有效地支持理論知識的學(xué)習(xí)。
結(jié)論
第一，從培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力出發(fā)，提出了虛實(shí)結(jié)合的工程制圖實(shí)踐教學(xué)改革的思路和方案�；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室可為學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)踐環(huán)境，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容及過程，能有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高學(xué)生觀察、分析及測繪零件的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力。
第二，通過虛實(shí)結(jié)合的測繪，能很好地解決模型數(shù)量不夠的問題，提高教學(xué)資源的使用率。在虛擬拆裝時，學(xué)生感覺像是玩電腦拼裝游戲，對部件中的零件裝配位置和裝配關(guān)系記憶非常牢固。這樣在畫裝配圖時，不會再出現(xiàn)以往漏畫零件或是零件裝配位置畫錯等錯誤。
第三，制圖測繪虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)時，應(yīng)盡量做到虛擬模型與實(shí)物模型的一致性。虛擬模型與實(shí)物模型在結(jié)構(gòu)和比例要保持一致，當(dāng)學(xué)生觀察虛擬模型后再對實(shí)物進(jìn)行尺寸測量，不會有陌生的感覺，有助于提高學(xué)習(xí)效果。
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