让CAXA走进装配课堂

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摘 要：针对学生在完成“爬行机器人”中所出现的一些问题，尝试利用caxa――一款三维实体设计软件来辅助教学以寻找到问题的突破口。通过一学期的教学实践，学生制作完成的“机器人”无论在传动、造型、行进距离等方面都有明显的突破。

关键词：CAXA；装配；教学改进

爬行机器人的制作是高一劳技教材（上海教育出版社）中一个重要的实践项目，旨在让学生了解装配和调试的概念，并在基础型机器人（M字机器人）的基础之上，激发创新思维，对其进行改进设计。常用的教学思路是先给学生介绍一些机械传动原理，然后让学生根据配套的学具，按照书本与参考图片进行装配、调试、改造。

一、传统教学，问题重重

经过几年的教学实践，我校几位劳技教师在教学内容实施的过程中遇到一些具有共性的问题：

1.清单与实物难以对应

供应商提供的配套材料里面只有一张非常简单的材料清单，里面涉及林林总总一共有20多种零件，每个零件只有一个简单的名称和数量介绍。对于不熟悉这些装配材料的学生来讲，必须要花上大半节课的时间才能将明细表中的材料名称与实物对应起来。虽然读识零件单也算是对学生装配能力的一种考验，但劳技课课时较少，几位教师一致认为应该改善这张明细表，缩短学生的识读时间，便于学生记忆。

2.模仿为主，缺乏创意

学生在进行装配时，大部分都完全按照课本依样画葫芦似的装配，这可以细分问两个小问题，一是学生不独立思考装配顺序；二是学生的作品多以书本上的基础型爬行机器人为主，创新作品无论从数量上还是质量上都不理想，因此有必要鼓励学生大胆创新。

3.运行调试，难以改进

学生在装配完成之后，尤其是针对一些改进型机器人的运行调试，一旦出现问题，难以找到问题所在，进行修正，这想必是自己在装配的过程中没有想过该款机器人如何运行，传动机构之间如何互相牵制，导致出现运行困难的现象，因此，有必要让学生了解传动机构之间互相牵制的关键点。

二、群策群力，积极实践

CAXA是高一上学期重点教授的计算机辅助设计软件，利用这款软件，学生可以在三维环境下将各个单独的零件准确地装配到位。结合在爬行机器人实际装配过程中遇到的种种问题，我们便开始考虑，是否能利用CAXA进行机器人的模拟装配，重点强调机器人的外形结构，希望借此尽可能地解决以上问题。

1.散件制作，创意组装

实际套件中，一款爬行机器人所需要用到的散件非常多，我们在CAXA中重点制作了与机器人结构紧密相关的部件，而忽略了一些紧固件，主要是考虑到学生对软件的实际掌握能力以及课时的约束。尺寸、样式尽量达到仿真的效果，并在设计树中详细为每个零部件命名，学生可以据此了解每一零件的外形。同时，教师也根据书本的基础爬行机器人以及往届学生的创意机器人尝试组装，以起到示范引领、启发思维的作用。

2.课堂落实，逐步推进

一切准备就绪，我们便开始在课堂中进行这部分内容的讲授。一段时间下来，我们确实能够感受到这一教学改进的优势。首先，针对配套材料中明细表不清晰的问题，配合CAXA软件中有“设计树”这一命令，教师在制作各类零件时，将其名称加以标示，学生就能通过点击设计书中各类零件名称，快速认识它们。然后针对学生盲目制作的问题，这种模拟装配也能给学生一些警示。因为学生很快会意识到，之前毫无章法地装配会导致之后的困局。例如，长条和短条的孔位对应不起来，垫圈的长度影响了短条的内外顺序，导向架的位置牵制了连杆和摇杆的运行等等。因此，先前已经装配到位的零件需要不断再调整才能与之后装配的零件协调起来，这种再调整越是艰难越容易在学生的头脑中留下深刻的印象，将来在实际装配过程中，如果出现问题，学生就会联想到自己先前在进行电脑装配时的问题症结在何处，该如何调整。而这种效果正是教师所期望的。最后，我们挑选了部分具有代表性的作品进行三视图打印，学生可以根据图纸对照实物完成装配，在这一过程中学生便开始从注重外形结构的创意到思考传动装置的改进，从而完成一款既新颖又实用的机器人。

三、成效显著，积累反思

事实证明，经过CAXA装配的学生到实验室中进行操作实践时，作品无论从完成的速度还是质量都明显优于直接进行装配的学生，这一教学改进的效果，让我们倍感惊喜。虽然，这意味着教师必须花更多的时间讲解CAXA相关的装配命令，学生必须花更多的时间掌握这些命令，并运用于实际案例中，但最后一个个各式各样、运行良好的机器人足以说明这一教学研究的成果。当然，我们也遇到一些问题，也还在考虑解决的方法，其中最主要的是，学生在利用软件中“三维球”命令进行装配时，其操作的随意性比实际装配更大，因为这些零件之间可以互相穿透，互相干涉，而实物装配是不可能发生类似情况的。其次，学生对CAXA软件的掌握直接制约着模拟装配的效果。此外，教师对各个零件的仿真制作也需要继续调整和完善。模拟制作和实际装配间的差异性需要依靠教学经验来填补，当学生制作出新款机器人时，教师需要及时做好保存和展示，当学生出现问题时，教师也需要记住并及时修正。考虑到时间和成本的关系，目前我们只是挑选了部分作品打印成稿，有些学生非常认真，在实际操作中会再次对自己的设计进行调整，如果能够提供一些时间，让他们对自己的设计图纸进行修正，如此一来，这一从设计造型到完成装配的机器人项目才能算真正的功成圆满。

参考文献：

[1]张桂兴.劳动技术[M].上海：上海科技教育出版社，2012.

[2]沈俊.实体设计[M].上海：中华地图学社，2010.

（作者单位 上海市青浦高级中学）