基于虛實結(jié)合的制圖測繪教學改革與實踐分析論文
“工程制圖”是工科院校的機械類和非機械類專業(yè)的專業(yè)基礎課，制圖測繪是其重要的實踐教學環(huán)節(jié)。制圖測繪內(nèi)容包括拆裝部件，對拆卸的零件進行觀察和測量，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。通過制圖測繪實踐，學生在圖示能力、讀圖能力、手工繪圖能力、測繪能力和查閱技術文獻等專業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)等方而可得到一次綜合訓練，不僅可以培養(yǎng)學生繪制機械圖樣的技能，對提高學生綜合運用所學制圖知識解決實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主要采用實物教學法，即教師利用實物講解、演示，再由學生拆裝實物部件，繪制零件草圖，測量尺寸等，最終畫出零件圖和裝配圖。這種教學法存在以下問題:(1)測繪的實物零部件數(shù)量少，不能實現(xiàn)人手一個測繪模型，只能分組進行測繪，影響了實踐教學效率和效果。有時因班級多，測繪模型不夠用，需要調(diào)整教學計劃，影響了教學進度。(2)由于實物模型本身的質(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，造成學生觀察零件時，對零件結(jié)構(gòu)把握不準、有偏差。(3)學生對測繪過程缺乏引導性，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.學生會對整個部件的零件裝配缺乏完整性認識，給實際測繪帶來一定的困難。(4)分組測繪的學生只會關注其分配到的測繪部分，對其他常見測繪零、部件掌握較少，造成大部分學生對部件測繪知識的了解及應用缺乏全而性。
近年來，計算機多媒體被廣泛應用于工程制圖教學中，出現(xiàn)了一種過分依賴計算機多媒體教學的現(xiàn)象。有的學校建設了虛擬制圖實驗室，就覺得圖板、丁字尺等都要淘汰了，制圖測繪的實物教學也不能與時俱進，從而過分夸大了虛擬實驗室的優(yōu)越性。
筆者在自主開發(fā)的虛擬測繪實驗室的基礎上，進行了制圖測繪教學改革。制圖測繪采用將實物測繪與虛擬測繪相結(jié)合的方法(簡稱“虛實結(jié)合”)，充分利用先進的計算機設備進行虛擬仿真教學，借助于虛擬現(xiàn)實技術這一輔助手段，解決傳統(tǒng)實踐教學中存在的問題，加快學生對知識的掌握與深化;同時，又保留部分實物實踐環(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)。制圖測繪教學采用虛實結(jié)合的方法，有利于培養(yǎng)學生的實踐動手能力和創(chuàng)造能力。
虛實結(jié)合的“工程制圖”實踐教學改革
改革思路
(1)以培養(yǎng)實踐能力與創(chuàng)新能力為目標，采用虛實結(jié)合的方法，優(yōu)化“工程制圖”實踐教學內(nèi)容，改革實踐教學的方法和手段，構(gòu)建實踐教學新模式。
(2)將虛擬現(xiàn)實技術應用于零部件測繪實驗室建設。創(chuàng)建開放式虛擬測繪教學平臺，建設內(nèi)容新穎、形式多樣、知識豐富的零件部件測繪實驗室，改善實踐教學環(huán)境。
(3)在網(wǎng)絡虛擬實驗環(huán)境中開啟制圖測繪教學、實驗預習的基礎上，進行制圖測繪實物教學。為保證教學質(zhì)量，對虛擬實驗教學過程進行嚴格管理、監(jiān)控和考核，同時對實物教學也實行手工繪圖質(zhì)量評價，確保工程制圖實踐教學達到預期效果。
改革方案
(1)改革制圖測繪教學模式。采用虛實結(jié)合的方法進行制圖測繪教學模式。應用虛擬現(xiàn)實技術構(gòu)建的開放式虛擬實驗室，為學生營造一種自主學習及多樣化、實用化和個性化的實踐環(huán)境，學生可以在網(wǎng)上自主選擇實驗內(nèi)容和實驗時間，自主參與、完成開放性的測繪實踐學習。在虛擬實驗的基礎上，利用傳統(tǒng)實踐教學的教學環(huán)境、教學條件和教學模式等，加強學生的真實感和動手能力的訓練，構(gòu)建以學生為主體、教師為主導，以實物教學為主、以虛擬實驗為輔，以能力培養(yǎng)及個性化教育為目的的實踐教學模式，突出應用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
(2)改革制圖測繪教學的內(nèi)容。利用虛擬實驗教學平臺，將實踐教學環(huán)節(jié)進行集成和優(yōu)化，設計內(nèi)容豐富、可擴展性和操作性強，并與實際測繪工作接軌的模塊化的實踐教學內(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)學生學習的主動性和創(chuàng)造性，提高綜合應用的能力，將實踐教學變成一項富有趣味性、交互性操作和實用性的工作，分階段培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)造能力。
(3)改革實驗教學方法和手段。通過虛實結(jié)合的教學方法和手段，可以利用虛擬實驗教學平臺，將學生和教師制造的最新的各種零部件模型應用到制圖實踐教學當中，采用課內(nèi)授課與課外實踐相結(jié)合的方式，增加工程制圖教學的綜合性、設計性和創(chuàng)新研究性的實踐教學，引導學生接觸新CAD軟件，開闊學生的視野，開發(fā)學生的智能，激發(fā)學生學習的主動性和創(chuàng)造性。如通過虛擬實驗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)學生對三維造型軟件的學習興趣，教師此時可以適時鼓勵更多的學生參加大學生“挑戰(zhàn)杯”等創(chuàng)新性項目的課外科技活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學探究能力，鼓勵學生參加省級、國家級的CAD機械設計創(chuàng)新大賽等.提高學生的`CAD制圖和三維造型水平.為專業(yè)課學習打下堅實的基礎。
制圖測繪虛擬實驗室的開發(fā)與發(fā)布
虛擬實驗室的開發(fā)是虛實結(jié)合教學改革的前提。要實現(xiàn)網(wǎng)絡平臺下虛實結(jié)合的制圖測繪，開發(fā)可以在網(wǎng)絡上運行的虛擬零部件模型和可實現(xiàn)交互操作的虛擬部件拆裝動畫，是建設虛擬測繪實驗室的關鍵內(nèi)容。實驗室建設開發(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技術制作的三維模型和動畫可以在Internet上傳輸，并在本地機上由VRML瀏覽三維場景。開發(fā)的虛擬教學平臺實驗系統(tǒng)，使之能夠?qū)p速器的拆、裝進行進行動態(tài)模擬，通過交互性拆裝動畫對裝配過程進行動態(tài)模擬，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，以利于學生獲得豐富的感性認識，激發(fā)學生進一步提出問題與尋求解決問題的興趣，拓寬學生的知識而，有效地支持理論知識的學習。
結(jié)論
第一，從培養(yǎng)學生自主學習能力和實踐創(chuàng)新能力出發(fā)，提出了虛實結(jié)合的工程制圖實踐教學改革的思路和方案。基于虛擬現(xiàn)實技術的虛擬實驗室可為學生創(chuàng)造良好的實踐環(huán)境，優(yōu)化實踐教學的內(nèi)容及過程，能有效地調(diào)動學生學習的積極性和主動性，提高學生觀察、分析及測繪零件的能力，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)造能力。
第二，通過虛實結(jié)合的測繪，能很好地解決模型數(shù)量不夠的問題，提高教學資源的使用率。在虛擬拆裝時，學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，制圖測繪虛擬實驗室開發(fā)時，應盡量做到虛擬模型與實物模型的一致性。虛擬模型與實物模型在結(jié)構(gòu)和比例要保持一致，當學生觀察虛擬模型后再對實物進行尺寸測量，不會有陌生的感覺，有助于提高學習效果。
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