基于虛實(shí)結合的制圖測繪教學(xué)改革與實(shí)踐分析論文
“工程制圖”是工科院校的機械類(lèi)和非機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎課，制圖測繪是其重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節。制圖測繪內容包括拆裝部件，對拆卸的零件進(jìn)行觀(guān)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(guò)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)文獻等專(zhuān)業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)等方而可得到一次綜合訓練，不僅可以培養學(xué)生繪制機械圖樣的技能，對提高學(xué)生綜合運用所學(xué)制圖知識解決實(shí)際問(wèn)題的能力也可起到重要作用。
目前，國內大多數高校及職業(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(huà)出零件圖和裝配圖。這種教學(xué)法存在以下問(wèn)題:(1)測繪的實(shí)物零部件數量少，不能實(shí)現人手一個(gè)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(shí)因班級多，測繪模型不夠用，需要調整教學(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(guò)渡圓角不清晰等問(wèn)題，造成學(xué)生觀(guān)察零件時(shí)，對零件結構把握不準、有偏差。(3)學(xué)生對測繪過(guò)程缺乏引導性，對測繪的先后順序比較模糊，如果碰到某個(gè)部件中的零件有丟失.學(xué)生會(huì )對整個(gè)部件的零件裝配缺乏完整性認識，給實(shí)際測繪帶來(lái)一定的困難。(4)分組測繪的學(xué)生只會(huì )關(guān)注其分配到的測繪部分，對其他常見(jiàn)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用缺乏全而性。
近年來(lái)，計算機多媒體被廣泛應用于工程制圖教學(xué)中，出現了一種過(guò)分依賴(lài)計算機多媒體教學(xué)的現象。有的學(xué)校建設了虛擬制圖實(shí)驗室，就覺(jué)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(shí)俱進(jìn)，從而過(guò)分夸大了虛擬實(shí)驗室的優(yōu)越性。
筆者在自主開(kāi)發(fā)的虛擬測繪實(shí)驗室的基礎上，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合的方法(簡(jiǎn)稱(chēng)“虛實(shí)結合”)，充分利用先進(jìn)的計算機設備進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)，借助于虛擬現實(shí)技術(shù)這一輔助手段，解決傳統實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，加快學(xué)生對知識的掌握與深化;同時(shí)，又保留部分實(shí)物實(shí)踐環(huán)節，如手工拆裝零件、測量尺寸、徒手繪制草圖等環(huán)節。制圖測繪教學(xué)采用虛實(shí)結合的方法，有利于培養學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng )造能力。
虛實(shí)結合的“工程制圖”實(shí)踐教學(xué)改革
改革思路
(1)以培養實(shí)踐能力與創(chuàng )新能力為目標，采用虛實(shí)結合的方法，優(yōu)化“工程制圖”實(shí)踐教學(xué)內容，改革實(shí)踐教學(xué)的方法和手段，構建實(shí)踐教學(xué)新模式。
(2)將虛擬現實(shí)技術(shù)應用于零部件測繪實(shí)驗室建設。創(chuàng )建開(kāi)放式虛擬測繪教學(xué)平臺，建設內容新穎、形式多樣、知識豐富的零件部件測繪實(shí)驗室，改善實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。
(3)在網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗環(huán)境中開(kāi)啟制圖測繪教學(xué)、實(shí)驗預習的基礎上，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)驗教學(xué)過(guò)程進(jìn)行嚴格管理、監控和考核，同時(shí)對實(shí)物教學(xué)也實(shí)行手工繪圖質(zhì)量評價(jià)，確保工程制圖實(shí)踐教學(xué)達到預期效果。
改革方案
(1)改革制圖測繪教學(xué)模式。采用虛實(shí)結合的方法進(jìn)行制圖測繪教學(xué)模式。應用虛擬現實(shí)技術(shù)構建的開(kāi)放式虛擬實(shí)驗室，為學(xué)生營(yíng)造一種自主學(xué)習及多樣化、實(shí)用化和個(gè)性化的實(shí)踐環(huán)境，學(xué)生可以在網(wǎng)上自主選擇實(shí)驗內容和實(shí)驗時(shí)間，自主參與、完成開(kāi)放性的測繪實(shí)踐學(xué)習。在虛擬實(shí)驗的基礎上，利用傳統實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)條件和教學(xué)模式等，加強學(xué)生的真實(shí)感和動(dòng)手能力的訓練，構建以學(xué)生為主體、教師為主導，以實(shí)物教學(xué)為主、以虛擬實(shí)驗為輔，以能力培養及個(gè)性化教育為目的的實(shí)踐教學(xué)模式，突出應用能力和創(chuàng )新能力的培養。
(2)改革制圖測繪教學(xué)的內容。利用虛擬實(shí)驗教學(xué)平臺，將實(shí)踐教學(xué)環(huán)節進(jìn)行集成和優(yōu)化，設計內容豐富、可擴展性和操作性強，并與實(shí)際測繪工作接軌的模塊化的實(shí)踐教學(xué)內容，如各種測繪工具的使用方法及其文字、圖片、視頻，測量數據圓整的方法，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)習的主動(dòng)性和創(chuàng )造性，提高綜合應用的能力，將實(shí)踐教學(xué)變成一項富有趣味性、交互性操作和實(shí)用性的工作，分階段培養學(xué)生的自主學(xué)習能力和創(chuàng )造能力。
(3)改革實(shí)驗教學(xué)方法和手段。通過(guò)虛實(shí)結合的教學(xué)方法和手段，可以利用虛擬實(shí)驗教學(xué)平臺，將學(xué)生和教師制造的最新的各種零部件模型應用到制圖實(shí)踐教學(xué)當中，采用課內授課與課外實(shí)踐相結合的方式，增加工程制圖教學(xué)的綜合性、設計性和創(chuàng )新研究性的實(shí)踐教學(xué)，引導學(xué)生接觸新CAD軟件，開(kāi)闊學(xué)生的視野，開(kāi)發(fā)學(xué)生的智能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性和創(chuàng )造性。如通過(guò)虛擬實(shí)驗平臺中的逼真的三維模型360度的旋轉、交互性地拆、裝減速器的動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景，可激發(fā)學(xué)生對三維造型軟件的學(xué)習興趣，教師此時(shí)可以適時(shí)鼓勵更多的學(xué)生參加大學(xué)生“挑戰杯”等創(chuàng )新性項目的課外科技活動(dòng)，培養學(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機械設計創(chuàng )新大賽等.提高學(xué)生的`CAD制圖和三維造型水平.為專(zhuān)業(yè)課學(xué)習打下堅實(shí)的基礎。
制圖測繪虛擬實(shí)驗室的開(kāi)發(fā)與發(fā)布
虛擬實(shí)驗室的開(kāi)發(fā)是虛實(shí)結合教學(xué)改革的前提。要實(shí)現網(wǎng)絡(luò )平臺下虛實(shí)結合的制圖測繪，開(kāi)發(fā)可以在網(wǎng)絡(luò )上運行的虛擬零部件模型和可實(shí)現交互操作的虛擬部件拆裝動(dòng)畫(huà)，是建設虛擬測繪實(shí)驗室的關(guān)鍵內容。實(shí)驗室建設開(kāi)發(fā)工具有VRML、三維造型軟件等。其中，VRML是一種用于在Internet上構筑3D多媒體和共享虛擬世界的基于文本的開(kāi)放式建模語(yǔ)言。利用VRML技術(shù)制作的三維模型和動(dòng)畫(huà)可以在Internet上傳輸，并在本地機上由VRML瀏覽三維場(chǎng)景。開(kāi)發(fā)的虛擬教學(xué)平臺實(shí)驗系統，使之能夠對減速器的拆、裝進(jìn)行進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)交互性拆裝動(dòng)畫(huà)對裝配過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，以利于學(xué)生獲得豐富的感性認識，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步提出問(wèn)題與尋求解決問(wèn)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。
結論
第一，從培養學(xué)生自主學(xué)習能力和實(shí)踐創(chuàng )新能力出發(fā)，提出了虛實(shí)結合的工程制圖實(shí)踐教學(xué)改革的思路和方案�；谔摂M現實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗室可為學(xué)生創(chuàng )造良好的實(shí)踐環(huán)境，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)的內容及過(guò)程，能有效地調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生觀(guān)察、分析及測繪零件的能力，培養學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )造能力。
第二，通過(guò)虛實(shí)結合的測繪，能很好地解決模型數量不夠的問(wèn)題，提高教學(xué)資源的使用率。在虛擬拆裝時(shí)，學(xué)生感覺(jué)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(huà)裝配圖時(shí)，不會(huì )再出現以往漏畫(huà)零件或是零件裝配位置畫(huà)錯等錯誤。
第三，制圖測繪虛擬實(shí)驗室開(kāi)發(fā)時(shí)，應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)物模型在結構和比例要保持一致，當學(xué)生觀(guān)察虛擬模型后再對實(shí)物進(jìn)行尺寸測量，不會(huì )有陌生的感覺(jué)，有助于提高學(xué)習效果。
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