《工程图学》中组合体尺寸标注的教学设计与实践

《工程图学》中组合体尺寸标注的教学设计与实践

 舒,欣，任,芸，鲍雨梅  

浙江工业大学之江学院 机械工程学院，浙江 绍兴 312030

[摘 要]随着国家 “中国制造2025”、“互联网+”等重大战略推进实施，对工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革创新。工程图学是所有工科学生的技术基础课，是机械类学生的核心课程。尺寸标注是工程图学课程的重要组成部分，尺寸标注内容复杂，与工程实际联系紧密，涉及面广，是教学中的难点。本文就如何提高组合体尺寸标注的教学效果，结合网络和工程实例，进行了精心的教学内容和教学方法设计。

[关键词]工程图学；尺寸标注；组合体；教学设计

机械图样被称为机械工程界的通用“技术语言”，而尺寸是机械图样中非常重要的组成部分，它直接关系到产品的成本和质量等方面，是加工制造、装配、维修零件的重要依据，直接影响企业的信誉和生存[1]。尺寸标注的教学内容贯穿于整个工程图学课程，从平面图形、基本体、组合体到零件图再到装配图都有尺寸标注的内容。尺寸标注要求做到正确、完整、清晰、合理，由于其牵涉的内容众多，包括尺寸标注的国家标准规定、基准的选择、机件的使用场合和要求以及加工、检验方法等内容[2]，对于一年级新生来说往往难以掌握，特别是合理性标注，由于涉及的都是学生未学的专业知识，是教学中的难点。所以探索和掌握机械图样的尺寸标注方法和规律，对于提高工程技术人员的图学综合素质非常重要。

在尺寸标注中常常有以下的问题：标注时没有基准的概念、标注不符合国标规定、标注不清晰、不合理、漏标或重复标注等方面。产生这些问题的原因主要有以下几点：

（1）由于尺寸标注教学内容不够连贯，且分配的课时较少，实践练习不充分，大部分课堂采取以教师为中心的教学，学生对于尺寸标注的重视程度和学习热情远远不如图形的学习。

（2）尺寸虽然标注在二维图上，但其本质是三维的。部分学生读图能力差，不能具体问题具体分析，生搬硬套，盲目标注。

（3）尺寸标注学习内容较为复杂，需要具备后续专业课程才学习的机械设计、工艺检验等方面的专业知识，这些超出了大一学生的现有认知能力范围。

为了达到较好的教学效果，需要进行课堂教学改革，下面就以组合体的尺寸标注为例来说明具体的教学设计。

一、教学分析

1. 教学内容

组合体的尺寸标注内容包括：尺寸标注的要求，尺寸分类及基准，组合体尺寸标注的步骤及注意事项。

重难点：基准的选择，如何使尺寸标注符合正确、完整和清晰的要求。

2. 教学目标

理论目标：基本掌握组合体的尺寸标注，使其正确、完整、清晰，了解尺寸标注合理性要求。

工程目标：通过学习，了解尺寸标注与工程设计、加工、检验的关系，要从工程的角度标注尺寸。

思政目标：严格遵守国家的规定，培养培养学生严肃认真，耐心细致的学习学风；学会换位思考，标注要方便别人看图；培养学生的科学态度和理论联系实际的科学精神，树立坚定的责任意识，培养良好的职业素养。

3. 学情分析

学生已经学习了组合体三视图的读图方法，基本掌握了形体分析的方法，并已经学习了尺寸标注国家标准、平面图形尺寸标注方法和步骤，及基本体、截交线、相贯线的标注等，已经掌握了一些基础的标注知识。但大一学生没有任何机械设计、加工和检验的概念，不懂尺寸与实际生产的关系，因此一定要在这方面进行补充讲解。

二、教学方法

借助“线上”、“线下”融合的教学模式，采用传统教学和案例教学法、项目探究法等教学方法相结合，借助多媒体教学素材，将“理论与实践”、“抽象与具体”深度结合，把“以教为主”转变为“以学为主”，把“课堂教学为主”转变为“课内外结合”，把考核以“结果评价为主”转变为“结果加过程”。具体教学过程分为以下三个步骤：

1．课前教学

（1）提前一周布置课前任务卡：通过网络平台发布任务，要求学生复习前面学过的相关内容：平面图形、截断体、相贯体的标注，形体分析的定义及方法，预习尺寸基准的概念及选择，组合体尺寸标注的方法和步骤等知识点的视频、讲课PPT以及教案，自主完成课前自测标注改错题（如图1所示）并线上上交，通过改错即可以复习以前学过的相关知识，又可以引出新课内容。此外要求学生查阅轴承座相关资料，了解其结构、作用、加工方法等。

（2）课前提前1-2天，教师和学生进行在线互动，反馈难点及重点；教师根据学生的反馈和课前在线作业中出现的问题进行整理和归纳，准备后续课堂教学。

图1  标注改错

2．课堂教学

第一步：利用预习的改错题引入组合体尺寸的分类。

通过平面图形中尺寸分类，引导学生复习定形尺寸、定位尺寸的定义，并对图1进行形体分析，判断每部分定形、定位尺寸是否齐全和正确，然后再用图例说明组合体的尺寸除了定形和定位尺寸外，还有总体尺寸。

第二步：在改错的基础上，引入组合体尺寸标注的一般要求：正确、完整、清晰、合理。

强调尺寸标注不可有半点马虎，它既要遵守国家标准的严格要求和规定，又要直接关系到产品的质量。必须使学生思想发生改变，尺寸标注并不是简单的数字的加法或减法，不能用以往在数理几何图形上注尺寸的方法进行尺寸标注，要让学生意识到工程图中尺寸标注和实际生产息息相关，如果标注错误，轻则一批零件报废，重则会影响企业的产品质量，导致企业破产。要求学生一定要养成遵守规则、认真细致、一丝不苟的工作作风，并养成为他人着想的思想。

第三步：为了使学生能更好的掌握尺寸标注，需要再举例说明，可以选择轴承座作为教学案例。让学生在课堂上介绍自己查阅的有关轴承座的资料，然后教师对轴承座在部件中起的作用及其工作要求进行总结说明，让学生明白尺寸标注与工程实际的紧密联系。接着要求学生按照组合体的标注方法和步骤自己进行标注，并提醒学生在标注时要遵守尺寸标注的四个基本原则。在学生作图过程中进行巡视、指导，把学生的错误进行归类，以便于在讲评过程中指出，防止再犯。教师讲解过程如下：

（1）选择尺寸基准

尺寸基准的选择需要掌握一定的机械设计和加工方面的知识，需要补充说明。

首先通过一些简单组合体图例说明组合体有长、宽、高三个方向的尺寸，每个方向至少要有一个基准。通常以零件的底面、端面、对称平面和轴线作为尺寸基准。然后通过简单组合体中两个形体相互之间的不同位置进一步讲解定位尺寸与尺寸基准的关系。

（2）形体分析并确定基准。

以轴承座为例进行分析。轴承座可分为底板、横向圆柱筒、空心圆柱凸台、肋板、支撑板五个部分。

轴承座底面是高度方向的安装定位面，因此，在标注时，应以底面为高度方向尺寸基准。另外，为了使架在两个轴承座上的轴转动平稳，要求底板上两个安装孔相对于轴孔左右对称布置，因此，在标注宽度方向尺寸时，应以通过圆柱筒轴线的对称面为宽度基准。安装面和对称面均为设计基准，长度基准选择右侧大平面（如2所示）。

图2  轴承座的尺寸基准选择

（3）依次对底板、圆柱筒、凸台、支撑板和肋板进行标注定形和定位尺寸。在标注过程中要积极让学生参与，鼓励学生大胆说出自己的意见，在课堂上要善于设问，要善于追问，善于多问，引导学生说出应标注什么尺寸，及标注在什么位置，怎么标注等，然后教师给予评判，说明标注正确或错误的原因。在具体标注时，时刻提醒学生要遵守组合体尺寸标注的要求，把其中蕴含的思政要素融入教学过程中。教学中可用AutoCAD软件演示标注过程，准确且方便。

标注中让学生了解标注合理的知识，如重要尺寸需要从基准直接注出，例如安装面到轴孔的距离85和底板两个安装孔的中心距70，前者保证加工出来的轴承座轴孔的中心高相等，后者两孔对称分布，使轴转动平稳。

（4）标注总体尺寸。标注总体尺寸避免出现封闭尺寸链。

（5）按照尺寸标注的四个原则对组合体的尺寸标注进行整理,结果如图3所示。

图3  轴承座标注

第五步：强调在轴承座标注时必须要注意的问题，并补充相关图例说明标注时的注意事项。

（1）定形尺寸尽量注在反映形体特征明显的视图上。

（2）定位尺寸尽量注在反映位置特征明显的视图上，并尽量与定形尺寸集中在一起。

（3）尺寸尽量注在视图之外。

（4）同轴的圆柱、圆锥的径向尺寸，一般注在非圆视图上，圆弧半径应标注在投影为圆弧的视图上。

（5）避免出现封闭的尺寸链。

此处可通过展示学生标注错误较多的作业进行讲解来加深印象，并总结学生在标注时常犯的错误，主要有：无视国家标准，不遵守标注规则；普遍缺乏耐心和细心，缺漏尺寸严重；标注随心所欲，不方便读图；没有尺寸基准的概念，对机械设计、加工、检验缺乏感性知识，缺乏工程意识。然后可以通过介绍“大国工匠”如高凤林、夏立等的事迹[3]。引导同学们讨论为什么他们能被称为大国工匠？他们是怎么做到的？我们从中得到什么启示等。

第六步：讨论并纠错

为了加深印象，把学生容易犯错的地方绘制出来（如图4所示），组织学生前后左右组成小组讨论。然后把学生分成几大组，通过竞赛的方式轮流指出图中标注的错误。通过纠错，活跃了课堂气氛，提高学生的积极性，也让学生对标注的四个要求有了更深的了解。

需要注意的是，学生往往只是针对图上已标的尺寸进行纠错，很少有学生按照形体分析的方法步骤来检查尺寸是否完整，所以此处需强调，即使是改错，也需按照标注的步骤来检查。

图4  常见标注错误之一

第七步：总结

对本次的教学内容进行总结，并提出需要掌握的知识点。

第八步：布置3-4题组合体标注的作业，让学生课下练习。

三、教学反思

（1）明确教学目标和教学内容，认真编排教学过程。在教学中以学生为中心、教师为主导，以成果为导向教学育人，充分利用互联网平台，鼓励学生自主学习相关知识，扩展自己的视眼和知识。教学过程中以学生的自主探究为中心，以尺寸标注要求为主线，课堂中注重学生的认知感受，并在各个环节中不断创设问题情境，采用启发、设问引导、组织学生讨论等多种互动教学方法和手段引导学生思考，并适时进行点拨诱导，充分调动学生学习积极性，活跃课堂气氛。注重寓教于练，练用结合，

（2）综合应用各种案例教学法、直观教学法、探究法、理论与实际一体化法等教学方法，采用了图片、动画等多媒体教学素材，使教学内容简单易懂、生动形象、理论联系实际。

（3）课程思政融入教学过程。教书育人，教学过程中需要立德树人，将课程思政有效贯穿到整个学习过程中，实施全流程的课程思政。在教学中注意养成学生遵守国家标准和生产规范的习惯，养成学生认真细致的工作态度和严谨踏实的工作作风。培养学生分析问题和解决问题的能力，培养工程意识和提高素质修养。

参考文献：

[1]栾英艳，王迎，何蕊.新工科背景下工程图学课程改革研究[J]．图学学报，2020,41（1）：164-168．

[2]杨春梅.从工作实际出发谈谈零件图中尺寸标注的合理性[J].中国新通信，2019，21（21）：236．

[3]方鸿琴．高凤林：手握焊枪追寻弧光，为中国火箭铸“心”[J]．国际人才交流，2021（06）：36-40．

[基金项目]2021年度浙江工业大学教学改革项目“新工科背景下基于图形能力培养的机械基础课程群建设研究”（JG2021087） ；浙江省第一批省级课程思政教学项目“基于“OBE-CDIO+课程思政”的机械制图课程群教学策略及思政案例建设”。

[作者简介]舒欣(1969—)，女，汉族，安徽绩溪人，硕士，浙江工业大学之江学院机械工程学院讲师，主要从事机械工程教学的研究。

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