《機械制圖與ＣＡＤ》課程教學改革的探索與實踐

摘要：根據高職教學的需要和機械制圖課的特點，從教學內容、教學手段、教學方法、教學模式等幾個環節，對高職機械制圖課教學進行改革，強調二維視圖與三維建模的有機結合。實踐證明，這一改革思路是行之有效的，提高了學生的學習主動性和技術應用能力。

關鍵詞：機械制圖；教學改革；三維建模

高職教育的培養目標是適應生產第一線需要的高級技術應用型人才。在教學中，基礎課教學應根據專業的要求以“必需、夠用”為度，加大實訓的比重。機械制圖是工科院校機械類專業的專業基礎課，是一門理論性和實踐性都很強的課程。它的主要任務和目的是引導學生進行平面與空間的轉換，幫助學生建立二維平面圖形與三維立體空間的對應關系，培養學生繪制機械圖樣和閱讀機械圖樣的能力以及計算機繪圖能力。學生對這門課程知識的掌握情況，將直接影響到后續專業課的學習。因此，教學內容不僅要突出基礎理論知識應用和實踐能力培養，還應與后續課程銜接。長期以來，高職機械制圖課程教學效果并不理想，原因之一便是中學階段對學生空間思維能力和空間想象力的訓練較少。進入大學后，在一學期內快速建立起空間概念成為大多數學生的學習難點，導致解題作圖時難以適應。在教學中，既要以“必需、夠用”為度，以應用為目的調整教學內容，又要處理好教師與學生的關系，在發揮教師主導作用，同時，突出學生的主體作用，調動學生的學習積極性。本人針對機械制圖課的特點，對該課程教學進行了如下嘗試與探索，收到了良好的效果。

以應用為目的合理調整機械制圖課的內容

加強實踐教學、壓縮理論課時是高職教育的特點。對機械制圖這門專業基礎課程而言，應打破傳統的教學內容，重新選擇課程內容，設置有效的教學實訓環節，突出該課程與其他學科的橫向聯系，注重各學科之間的相互滲透，不斷引入新技術、新知識，跟上技術發展的要求。如畫法幾何的內容理論性過強，題目抽象，尤其是點、直線、平面的投影中的求實長、實形和相對位置關系等內容，學生普遍感到困難，且應用較少。筆者根據“必需、夠用”的原則，刪去這部分內容，重點講解正投影的基本原理和點、直線、平面的投影規律，并加大機件的表達方法及機械圖樣的畫法與閱讀的比重。

隨著計算機科學技術的飛速發展，計算機輔助設計軟件在我國各企業中的應用日益廣泛，三維設計成為CAD技術應用的必然趨勢。這也給機械制圖課的教學帶來了很大沖擊，僅依靠傳統的二維繪圖以及AutoCAD繪圖，已經不能滿足現代企業的發展需要。機械制圖與CAD技術教學內容的改革迫在眉睫。只有讓學生在學習機械制圖課程時逐步掌握三維CAD軟件的實體建模，才能為以后的CAE/CAM、課程設計、模具設計、畢業設計奠定基礎，逐步形成現代工程設計意識。針對以上情況，筆者在培養學生利用AutoCAD繪制機械圖樣的同時，采用SolidWorks軟件適當增加三維幾何造型內容，如草圖繪制、拉伸（切除）、旋轉、掃描特征、曲面及放樣等，為后續的數控技術、模具設計等專業課奠定了基礎。

教學手段與教學方法改革并舉

現有教學方法的局限性隨著多媒體技術的發展，計算機輔助教學成為機械制圖教學的重要方式和手段，但就目前情況來看，存在諸多問題：一是計算機在教學過程中僅作為傳統教學模式中黑板的替代品，雖然為教師的教學工作帶來了方便，但卻沒能充分利用計算機的各項功能，特別是在實踐性較強的機械制圖教學中，沒能將理論教學和實踐教學有機結合起來；二是近年來開發的CAI課件雖已成為教師向學生傳遞信息的教學工具，但卻沒能成為調動學生學習積極性的學習工具；三是AutoCAD計算機繪圖雖然能夠代替手工繪圖，加大了信息量，但僅掌握這些內容遠遠不能滿足現代企業對工程技術人員專業素質的要求。機械制圖的教學改革應在教學方法上下工夫：一方面，要解決教學理論問題，另一方面，要進行技術更新，不僅要讓三維造型技術成為機械制圖課的一項重要內容，還要使其成為學習機械制圖知識的重要工具，使學生將二維圖形與三維建模緊密聯系起來。

課堂上采用靈活多樣的互動式教學方法在教學方法上，筆者開展互動式教學，努力讓學生靈活學習制圖知識，鼓勵學生對同一問題提出不同的解決方案，倡導學生與教師一起就相關問題進行討論。如講解點、直線、平面的投影規律時，以軸測圖及其對應的投影圖的形式，適當以幾個不同立體上的點、直線、平面為例進行講解，盡量做到將講解內容與實際相結合。在講授三視圖及其對應關系時，筆者制作了Flash動畫，把三視圖的形成過程，直觀地展現在學生面前，讓學生輕松愉快地掌握三視圖的對應關系和投影規律。講剖視圖時，對剖視圖中容易出錯的地方采用正誤對比的方法進行教學，并用AutoCAD制作出各種各樣的剖視習題，供學生上機練習時使用。該方法既讓學生練習了AutoCAD繪圖技術，又使其學到了機械制圖知識，達到了機械制圖與AutoCAD繪圖的有機結合。在課堂上，用AutoCAD調出學生的答案，把學生普遍出現的典型錯誤展現出來，供大家討論，最后由教師給予講評，并給出答案和三維模型。將二維圖形與三維建模進行穿插教學的方法收到了很好的效果，激發了學生的學習興趣，活躍了課堂氣氛，提高了教學質量，減輕了學生的畏難心理。

采用三維建模建立空間思維實踐證明，三維CAD實體建模是組合體構形設計的一種先進工具，有助于提高學生的空間構思能力和構形設計能力；同時，CAD實體建模也可作為一種思維工具加以使用，它是培養學生創新能力的有益工具。筆者選用了SolidWorks進行三維造型，既培養了學生從三維開始的現代設計理念，又促進了機械制圖教學。如在講授常見的圓柱與圓柱相貫線的投影時，學生總是難以理解圓柱相貫線內容，筆者采用了三維造型中的布爾運算及三維剖視圖等方法，把外圓柱面與外圓柱面相貫、孔與孔相貫、外圓柱面上挖孔相貫的情況直觀形象地展現給學生。同時，改變相應的半徑值，將特殊情況下的相貫線與一般情況下的相貫線的走向直觀地表達出來，極大地激發了學生的學習興趣和學習熱情，取得了事半功倍的效果。

培養學生從三維到二維，再從二維到三維的思維模式既然三維設計成為CAD技術應用的必然趨勢，那么，二維圖形的學習是否已經不重要了呢？恰恰相反，二維圖形在三維建模中仍然起著重要作用：首先，三維建模一般是在求出二維幾何圖形后，通過拉伸、旋轉、放樣而成；其次，三維物體需要二維圖形的尺寸標注確定各點、線、面之間精確的幾何關系，二維制圖仍將廣泛用于零部件及其一般裝配的設計和分析。掌握二維制圖的技術仍是當今工程技術人員必備的基本功，因此要十分重視二維制圖教學。反過來，三維建模對二維制圖的學習具有促進作用。二維制圖與三維建模是相輔相成的，在教學中應培養學生二維圖形與三維圖形相互對應的思維模式。建立二維圖形與三維立體的對應關系是學生學習時普遍感到困難的地方。因此，在講解組合體視圖這部分內容時，筆者嘗試分步進行：第一步，培養學生根據三維圖形畫出三視圖，再由他們所畫的三視圖想象出原二維圖形，以檢驗自己的構思是否正確；第二步，通過讀懂組合體的三視圖想象出三維圖形，并用SolidWorks畫出此三維圖形，之后由三維圖形生成其三視圖，檢驗是否與原二維圖形一致；最后根據兩視圖補畫第三視圖。這種先從三維到二維，再從二維到三維的思維模式，能夠起到二維、三維相互滲透、相互融合的作用，充分發揮學生的學習主動性。學生通過課堂上的學習和課后的反復練習，形成了空間思維能力，使空間到平面、平面到空間的思維靈活化、習慣化、具體化。通過動腦和動手實踐，鍛煉了學生的創造性思維。

加強學生實訓環節

機械制圖及CAD在培養學生的識圖能力、空間想象和思維能力的同時，還培養了他們一定的手工繪圖和計算機繪圖能力，使其基本掌握了《技術制圖》、《機械制圖》等國家標準，初步具備了查閱并運用有關標準的能力，培養了學生認真負責的工作態度和嚴謹細致的工作作風。除了精選作業練習以外，筆者在課堂教學中還安排了模型三視圖、機件表達方法、齒輪測繪以及一周的零部件測繪，要求學生掌握繪圖工具的使用方法，能夠使用計算機及手工繪制各種零件圖和裝配圖，掌握正確的作圖步驟，增強標準意識，貫徹最新的制圖標準，提高零件圖、草圖的繪制能力，以及標準件、常用件和一般類零件中標準結構的尺寸及公差與配合的查表等能力。

為培養學生的技術應用能力、職業實踐能力和創新能力，以適應科技、社會發展和知識經濟時代對人才的要求。筆者根據高職學生的特點，從教學內容、教學手段、教學方法、教學模式等關鍵環節入手，對機械制圖教學進行了改革，特別強調二維視圖與三維建模的有機結合。實踐證明，學生的學習積極性明顯提高，空間思維模式的建立明顯加快，創新意識明顯增強，有效提高了高職機械制圖課的教學效果和教學質量。

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作者簡介：

鄢春艷（1966—），女，江西武寧人，碩士，廣東科學技術職業學院副教授，研究方向為CAD/CAM和計算機圖形學及應用。