基于三維CAD平臺的機械制圖課程改革探索

高　巍

機械制圖是機械行業的通用語言。每一名職校機械專業的學生,都必須掌握使用這門語言進行讀圖、繪圖、空間想象和形體表達的實際技能。基于社會對職校培養高素質勞動者和應用型人才的要求,如何在現有條件的基礎上探索出一條新的制圖教學道路,以解決學生嚴重缺乏三維空間想象能力的實際問題,培養其對機械圖樣的理解能力,提高其學習興趣,已成為職校機械課程教學改革中的重要課題。

在繼承中謀求創新,在創新中獲得發展。這是課程改革建設的共同特點與規律。隨著現代計算機技術的飛速發展,計算機輔助設計技術(CAD技術)也已成為現代工程圖學的重要組成模塊。在內容上,傳統的機械制圖完成了與全新的計算機圖形學的融合;在教學方式和手段上,先進的計算機多媒體與網絡技術給予機械制圖教學全新的方式。職業院校也敏銳地覺察到了CAD技術對機械制圖課程教學改革的重要作用,并進行了積極探索。無錫立信職教中心校在研究機械工程圖學發展趨勢的基礎上,對機械制圖課程的內涵和外延、課程定位、教學體系、教學內容、教學手段、考試方式、教學質量評價體系等方面,進行了創新研究與大膽的改革實踐,構建了基于三維CAD平臺的全新制圖課程教學模式,使課程有利于學生綜合素質的培養,且具有廣泛性、交叉性和時代特征。

基于三維CAD平臺的制圖教學環境的創建

根據實際條件和教學要求,創建先進的三維CAD制圖教學環境是本項教學改革的前提。

合理選用三維CAD軟件在現代工業企業中,三維CAD軟件應用廣泛,種類繁多。常見的三維CAD軟件如Pro/Engineer、UG、Catia、Solidworks等,都具有強大的三維建模功能。這種基于參數化設計的三維數字模型有助于改變傳統的實物模型教學模式,不僅節省了購置模型的成本,而且大大提高了教學效率。直觀、方便是利用這一平臺教學的最大優勢。職業學校在教學過程中應根據本地區企業的實際情況和學校預算對軟件進行合理選用。

構建校園多媒體環境下的三維模型庫《機械制圖》作為機械類的重要基礎課,需要使用大量的教學模型,以增加學生的感性認識,最終達到培養空間思維能力的目的。傳統的教學模型制作成本高,易損壞,不易攜帶,且不能修改,很難滿足現代制圖教學需要。而選擇應用三維CAD軟件,結合計算機多媒體技術創建學校的三維模型庫,可以有效解決上述問題。隨著職業學校硬件條件的發展,多媒體教室、機房、校園網已經具備了支撐三維模型庫的實際能力。師生可以隨時利用校內任意一臺連網計算機下載相應的三維數字模型,從而優化教育資源,提高教學效率,最大限度激發學生的學習興趣,并為后續課程的開展奠定堅實的資源基礎。

基于三維CAD平臺的制圖教學內容及實施思路

(一)教學內容的合理調整

現代制造技術已經從以往的計算、繪圖和制造發展為當今的三維建模、虛擬制造、智能設計及CAD/CAE/CAM集成階段。三維參數化設計軟件作為當今最先進的CAD軟件,在發達國家與工程設計有關的各個領域中得到廣泛應用,如波音公司就在其新一代777客機生產中實現了“無圖紙設計”。在這種趨勢下,職校制圖課程教學內容的調整迫在眉睫。

弱化畫法幾何部分的訓練以往制圖教學內容中畫法幾何部分應予以較大幅度的刪減。如橢圓的畫法、正多邊形的畫法、軸測圖畫法等內容,不應再作為手工繪圖的重點進行訓練。教師在講解知識原理以后,應立即引導學生使用先進的三維CAD手段完成圖樣。根據職校學生的培養目標,盡力安排后續的課程設計使用三維CAD平臺完成,以實現畢業生與企業員工在能力上的無縫對接。

調整傳統的先投影、后三維的教學順序傳統制圖教學從投影法開始引入三視圖畫法,再到反向三維想象能力的培養。這樣的順序對當前職校學生自我學習能力較差、空間概念淡薄的現狀已顯得力不從心。三維CAD軟件提供了從三維到投影的全新解決方案。教師可以首先從組合體部分講解,培養學生用三維空間考慮問題的能力,而后引入三維模型,過渡到投影視圖教學。

確立組合體視圖識讀為次重點,零件圖識讀為重點這兩者中,前者是入門知識,著重培養空間想象能力,后者是學生必須掌握的知識,與后續課程及就業需求息息相關。組合體識讀是機械制圖課程的教學難點。以往,由于模型數量不多,種類匱乏,學生想象力得不到開發。現在,依靠三維CAD平臺,建立完備的模型庫,課上教師直觀展示疊加、切割等各種組合方法,讓學生接觸到三維模型投影成三視圖的全過程,過去教學中的問題迎刃而解。學生的空間想象能力得到了實質性的提高,而該部分的教學課時也得以大幅縮減。在零件圖識讀模塊教學過程中,也可以利用三維模型直觀展示,如倒角、圓角、鍵槽、孔等各類工程特征,利用軟件的參數化特性講解結構特點,從而培養學生的工程素養,為后續機械設計等課程的開展奠定基礎。裝配圖講解也可以利用三維CAD軟件的裝配模塊完成,通過讓學生直接觀察零件——裝配——零件圖——裝配圖的整個過程,降低裝配圖識讀入門的難度。

(二)教學思路的革新

始終堅持直觀性原則在教學過程中利用軟件特征堆疊的特性,讓學生看清組合體、零件的特征結構,了解機械圖樣中抽象圖符的含義,直觀清晰地理順二維圖樣與三維模型之間的對應關系。

充分利用三維CAD軟件的工程圖模塊三維CAD軟件能夠對零件直接進行投影形成三視圖。可以利用這一功能引導學生,培養他們從二維到三維、再從三維到二維的思維轉換能力。教學實踐證明,學生的讀圖能力得到了顯著提高。

合理分配學生觀察與動手實踐的時間比例制圖教學歸根到底應以學生動手實踐為主。三維CAD軟件的出現雖然給教學帶來了新思路,但是不應動搖學生的學習主體地位。軟件演示雖然能給學生較強的刺激,激發他們的學習興趣,但長時間的興奮過后不可避免會帶來思維疲憊。實踐證明,在課堂45分鐘里,軟件演示時間應控制在25分鐘以內,剩余時間合理安排學生動手實踐。

注重先進教學手段與傳統教學方法的結合在多媒體教學環境下,教師往往忽視板書、提問等傳統教學手段。學生在形式豐富的多媒體環境中,往往容易被五光十色的表象所吸引,而忽略了筆記、思考等環節。教師在教學過程中應注意將多媒體手段和傳統教學手段相結合,引導學生充分利用課堂時間,以追求最佳的教學效果。

基于三維CAD平臺的制圖課程評價體系的革新

《機械制圖》課程是一門實踐性很強的技術基礎課,既有理論講授又有繪圖實踐。因此,單純的考試不能全面衡量學生的學習情況,應該在注重學習過程控制的基礎上,采用合理的考核方式,綜合客觀地評價學生的學習質量。

全面評價促使學生的工程素質全面發展。三維CAD技術引入制圖教學之后,考核應去除幾何繪圖部分內容,降低組合體部分的分值比例,偏重對零件圖、裝配圖和平時作業的考核。

開放式考查培養學生的創造能力和創新精神,在考核中允許學生利用三維CAD平臺,在教師允許的范圍內針對某一課題進行創造性發揮,在得到相應的指導、完成課題后考查其創新指數,予以合理評價。

實踐性考查考查中應注重學生實踐能力的培養。選取考核項目時,盡量選取企業工程實例或教師開發的產品,有條件的讓學生在完成課題過程中真正到企業一線去參與實踐操作。

分層次考查不搞一卷制評價,在三維模型庫的支撐下,有重點地合理分配考核項目,培養學生的強項,補足學生的短處,充分激發學生的學習興趣。

三維CAD技術的廣泛應用對職校制圖課程改革而言,既是一個機遇,又是一個挑戰。如何充分利用先進技術,同時融入成熟的教育理念,構建一個全新的機械制圖課程教學模式,已成為當今職校課程改革需要解決的重要問題。

參考文獻:

[1]王幼龍.機械制圖[M].北京:高等教育出版社,2005.

[2]陳寧娟.數控車削實訓與考級[M].北京:高等教育出版社,2008.

[3]余強.Pro/e機械設計與工程應用[M].北京:清華大學出版社,2007.

作者簡介:

高巍(1981—),男,無錫立信職教中心校助理講師,全國CAD應用培訓網絡講師,國家制造業信息化三維CAD項目認證培訓講師,研究方向為機械制圖、CAD/CAM專業教學。