贺爱东
（广东轻工职业技术学院 广东 广州 510300）
摘要：针对传统制图测绘教学中存在的问题以及如何利用现代教育手段和虚拟实验室等进行制图测绘教学等问题，提出了“虚拟测绘与实物测绘相结合”（简称“虚实结合”）的“工程制图”教学改革方案，介绍了虚拟制图测绘实验室的开发。
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关键词 ：虚实结合；制图测绘；虚拟实验；工程制图；教学改革
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）07-0172-03
“工程制图”是工科院校的机械类和非机械类专业的专业基础课，制图测绘是其重要的实践教学环节。制图测绘内容包括拆装部件，对拆卸的零件进行观察和测量，手工绘制零件草图，将草图整理成零件工作图和部件装配图等。通过制图测绘实践，学生在图示能力、读图能力、手工绘图能力、测绘能力和查阅技术文献等专业能力和职业素质等方面可得到一次综合训练，不仅可以培养学生绘制机械图样的技能，对提高学生综合运用所学制图知识解决实际问题的能力也可起到重要作用。
目前，国内大多数高校及职业院校的制图测绘教学主要采用实物教学法，即教师利用实物讲解、演示，再由学生拆装实物部件，绘制零件草图，测量尺寸等，最终画出零件图和装配图。这种教学法存在以下问题：（1）测绘的实物零部件数量少，不能实现人手一个测绘模型，只能分组进行测绘，影响了实践教学效率和效果。有时因班级多，测绘模型不够用，需要调整教学计划，影响了教学进度。（2）由于实物模型本身的质量参差不齐，如有壁厚不均、铸造圆角、过渡圆角不清晰等问题，造成学生观察零件时，对零件结构把握不准、有偏差。（3）学生对测绘过程缺乏引导性，对测绘的先后顺序比较模糊，如果碰到某个部件中的零件有丢失，学生会对整个部件的零件装配缺乏完整性认识，给实际测绘带来一定的困难。（4）分组测绘的学生只会关注其分配到的测绘部分，对其他常见测绘零、部件掌握较少，造成大部分学生对部件测绘知识的了解及应用缺乏全面性。
近年来，计算机多媒体被广泛应用于工程制图教学中，出现了一种过分依赖计算机多媒体教学的现象。有的学校建设了虚拟制图实验室，就觉得图板、丁字尺等都要淘汰了，制图测绘的实物教学也不能与时俱进，从而过分夸大了虚拟实验室的优越性。
笔者在自主开发的虚拟测绘实验室的基础上，进行了制图测绘教学改革。制图测绘采用将实物测绘与虚拟测绘相结合的方法（简称“虚实结合”），充分利用先进的计算机设备进行虚拟仿真教学，借助于虚拟现实技术这一辅助手段，解决传统实践教学中存在的问题，加快学生对知识的掌握与深化；同时，又保留部分实物实践环节，如手工拆装零件、测量尺寸、徒手绘制草图等环节。制图测绘教学采用虚实结合的方法，有利于培养学生的实践动手能力和创造能力。
虚实结合的“工程制图”实践教学改革
改革思路 （1）以培养实践能力与创新能力为目标，采用虚实结合的方法，优化“工程制图”实践教学内容，改革实践教学的方法和手段，构建实践教学新模式。（2）将虚拟现实技术应用于零部件测绘实验室建设。创建开放式虚拟测绘教学平台，建设内容新颖、形式多样、知识丰富的零件部件测绘实验室，改善实践教学环境。（3）在网络虚拟实验环境中开启制图测绘教学、实验预习的基础上，进行制图测绘实物教学。为保证教学质量，对虚拟实验教学过程进行严格管理、监控和考核，同时对实物教学也实行手工绘图质量评价，确保工程制图实践教学达到预期效果。
改革方案 （1）改革制图测绘教学模式。采用虚实结合的方法进行制图测绘教学模式。应用虚拟现实技术构建的开放式虚拟实验室，为学生营造一种自主学习及多样化、实用化和个性化的实践环境，学生可以在网上自主选择实验内容和实验时间，自主参与、完成开放性的测绘实践学习。在虚拟实验的基础上，利用传统实践教学的教学环境、教学条件和教学模式等，加强学生的真实感和动手能力的训练，构建以学生为主体、教师为主导，以实物教学为主、以虚拟实验为辅，以能力培养及个性化教育为目的的实践教学模式，突出应用能力和创新能力的培养。（2）改革制图测绘教学的内容。利用虚拟实验教学平台，将实践教学环节进行集成和优化，设计内容丰富、可扩展性和操作性强，并与实际测绘工作接轨的模块化的实践教学内容，如各种测绘工具的使用方法及其文字、图片、视频，测量数据圆整的方法，尺寸公差与配合性质的选用，材料的选择等知识的融合，可激发学生学习的主动性和创造性，提高综合应用的能力，将实践教学变成一项富有趣味性、交互性操作和实用性的工作，分阶段培养学生的自主学习能力和创造能力。（3）改革实验教学方法和手段。通过虚实结合的教学方法和手段，可以利用虚拟实验教学平台，将学生和教师制造的最新的各种零部件模型应用到制图实践教学当中，采用课内授课与课外实践相结合的方式，增加工程制图教学的综合性、设计性和创新研究性的实践教学，引导学生接触新CAD软件，开阔学生的视野，开发学生的智能，激发学生学习的主动性和创造性。如通过虚拟实验平台中的逼真的三维模型360度的旋转、交互性地拆、装减速器的动画场景，可激发学生对三维造型软件的学习兴趣，教师此时可以适时鼓励更多的学生参加大学生“挑战杯”等创新性项目的课外科技活动，培养学生的创新能力和科学探究能力，鼓励学生参加省级、国家级的CAD机械设计创新大赛等，提高学生的CAD制图和三维造型水平，为专业课学习打下坚实的基础。
制图测绘虚拟实验室的开发与发布
虚拟实验室的开发是虚实结合教学改革的前提。要实现网络平台下虚实结合的制图测绘，开发可以在网络上运行的虚拟零部件模型和可实现交互操作的虚拟部件拆装动画，是建设虚拟测绘实验室的关键内容。实验室建设开发工具有VRML（Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言）、三维造型软件（3Dmax、AutoCAD）等。其中，VRML是一种用于在Internet上构筑3D多媒体和共享虚拟世界的基于文本的开放式建模语言。利用VRML技术制作的三维模型和动画可以在Internet上传输，并在本地机上由VRML浏览三维场景。虚拟实验室的结构框架如图1所示。开发的虚拟教学平台实验系统，使之能够对减速器的拆、装进行进行动态模拟，通过交互性拆装动画对装配过程进行动态模拟，充分发挥学生的主观能动性，以利于学生获得丰富的感性认识，激发学生进一步提出问题与寻求解决问题的兴趣，拓宽学生的知识面，有效地支持理论知识的学习。
将建设好的虚拟实验室放在网络服务器上可以实现远程教学，实验者通过Internet访问虚拟实验室就能进行远程浏览和交互操作。如图2所示为虚拟测绘实验室的页面结构。
下页图3、图4所示为实验室的主页面及部分场景。下页图5所示为学生通过注册进入实验室进行虚实结合制图测绘学习的情况。
结论
第一，从培养学生自主学习能力和实践创新能力出发，提出了虚实结合的工程制图实践教学改革的思路和方案。基于虚拟现实技术的虚拟实验室可为学生创造良好的实践环境，优化实践教学的内容及过程，能有效地调动学生学习的积极性和主动性，提高学生观察、分析及测绘零件的能力，培养学生的实践能力和创造能力。
第二，通过虚实结合的测绘，能很好地解决模型数量不够的问题，提高教学资源的使用率。在虚拟拆装时，学生感觉像是玩电脑拼装游戏，对部件中的零件装配位置和装配关系记忆非常牢固。这样在画装配图时，不会再出现以往漏画零件或是零件装配位置画错等错误。
第三，制图测绘虚拟实验室开发时，应尽量做到虚拟模型与实物模型的一致性。虚拟模型与实物模型在结构和比例要保持一致，当学生观察虚拟模型后再对实物进行尺寸测量，不会有陌生的感觉，有助于提高学习效果。
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（责任编辑：张维佳）