機械制圖課程“雙向一體化教學模式”的研究

沈陽化工學院 秦 然 張 平 孟慶堯

機械制圖課程“雙向一體化教學模式”的研究

沈陽化工學院 秦 然 張 平 孟慶堯

改革現有的《機械制圖》課程傳統的教學模式，把《機械制圖》課程和《計算機繪圖》課程所采用傳統的分別授課模式改革成為“雙向一體化教學模式”，把《機械制圖》和《計算機繪圖》兩門課程有機結合在一起，同時講授，并在內容上使兩部分相輔相成。使學生不僅具有繪制和識讀二維機械圖樣的能力，同時還具有設計所需的三維實體造型能力和將三維實體模型轉換成生產所需的二維機械圖樣的能力，以此提高制圖課程教學效果和適應現代工程設計、制造一體化的需要。

機械制圖。雙向一體化。教學模式。CAD

《機械制圖》課程是工科院校機械類專業重要的基礎課程之一。一直以來，《機械制圖》課程的教學模式采用傳統的前蘇聯模式，寬裕的學時，嚴謹的教學環節，造就了一大批具有較高投影能力和繪圖技能的工程技術人才[1]。自20世紀80年代以來，隨著計算機技術的發展，目前制圖課程已經形成由“畫法幾何”、“機械制圖”、“計算機繪圖”等課程組成的課程體系。現今，電子技術得到廣泛的應用，特別是數字信息技術飛速發展，使現代工程設計思想、設計理論、設計方法及設計手段都發生了很大變化，工程圖紙作為工程界交流的語言，已經受到“電子化、數字化”的巨大沖擊，以培養圖紙制圖能力的制圖課程教學體系急需進行深化改革。

一、《機械制圖》課程教學的現狀與分析

《機械制圖》課程教學的理論是利用投影手段把研究對象在二維與三維之間相互轉換，傳統教學模式以畫法幾何、圖解法等二維方法為基礎解決三維問題，工程圖紙是交流的媒介。隨著計算機技術的發展，出現了CAD技術，于是計算機繪圖代替手工繪圖，而且表現出很多優點，如交互性、精確性、速度、整潔易讀、統一性等[2]。大多數院校的教學思路發展成為用傳統方法完成制圖課程教學后，再花費一些學時學習類似AutoCAD的繪圖軟件的使用，將兩者簡單疊加，而且一些院校只學習二維繪圖部分，將三維部分作為選學或不學，使CAD成為計算機輔助繪圖（Computer Aided Drawing），這并沒有充分發揮CAD軟件的應有作用。而近些時間里，三維CAD軟件飛速發展與更新，為工程設計帶來革命性的變革，如UG、Pro/E、SolidWorks、CATIA、AutoCAD等，設計過程變為先建立三維虛擬實體，再投影、編輯成二維工程圖紙，與傳統的設計與繪圖大不一樣，使CAD真正成為計算機輔助設計（Computer Aided Design）。目前一些院校已經開設了三維CAD課程，但也只能停留于講解軟件的使用上，即增加一門三維CAD課程。

傳統的機械制圖與機械設計方式在新形勢下已經顯現出不適應的一面，低效的手工繪圖方式滿足不了工業生產高速發展的需要，手工繪圖已基本被計算機繪圖取代；機械產品已經進入數字化設計、分析、管理和生產時代，相應的《機械制圖》課程教學改革勢在必行。一些院校的方法是放棄投影法的基本部分教學，如點、線、面部分，直接講解立體，增加CAD繪圖部分教學時間，這樣的做法缺乏循序漸進的整體性，學生增加的還是計算機繪圖的能力。《機械制圖》課程是機械類專業學生的工具課，是以后專業課學習的基礎，而很多學生對《機械制圖》課程的學習僅僅停留在本門課程上，并沒有通過《機械制圖》課程的學習打好機械設計的基礎。目前，國內高校制圖課程教學模式改革的大部分觀點是提出從三維到二維與傳統逆向的教學模式，這種改革的思維方法完全從現代工程設計的角度出發，尤其對具備三維設計和數控加工技術的高新技術企業比較適合，同時也是機械制造行業的發展方向。但是，這種教學方法完全放棄二維投影基本理論，忽略了二維圖形的作用，而二維圖形比三維實體更易于表現細節和各種標注，易于指導生產，有其不可代替的作用，二維圖形用在含尺寸標注、表面粗糙度、公差與配合等技術要求的生產圖形上顯示出明顯優勢[3]；另外，我國的絕大部分企業只在機械產品的設計、研發與分析環節具備采用三維技術的能力，而最終的產品生產制造環節還是要采用二維圖紙進行生產（考慮現有技術能力以及生產成本）[4]。一定時期內，二維圖形不能被完全摒棄，即《機械制圖》課程不能被完全拋棄。

針對上述《機械制圖》課程教學的現狀與分析，改革現有的教學模式，在教學中做到制圖基礎與實體構型相結合，二維投影與三維實體相結合，計算機繪圖能力培養與三維實體造型能力培養相結合，結合我國工程實際情況和發展方向，提出機械制圖課程“雙向一體化教學模式”。

二、機械制圖課程“雙向一體化教學模式”的涵義和指導思想

利用CAD二維繪圖技術及CAD軟件的三維建模和編輯功能，比較《機械制圖》課程的內容，把《機械制圖》和《計算機繪圖》課程有機結合在一起，同時講授?！稒C械制圖》課程按照從二維到三維的方向講授，而《計算機繪圖》課程按照從三維到二維的方向輔助學習，兩門課程在內容上相輔相成，讓學生掌握二維圖形與三維實體的對應關系，把這種教學方法，稱之為機械制圖課程“雙向一體化教學模式”。

“雙向一體化模式”的指導思想是從兩個方向入手進行教學，使二維投影與三維實體之間建立緊密聯系，使學生不僅具有繪制和識讀二維機械圖樣的能力，還應使學生具有現代設計所需的三維實體造型能力和將三維實體模型轉換成生產所需的機械圖樣的能力，以此為核心完成機械制圖課程的教學。這種教學模式勢必會提高制圖課程教學效果和適應現代工程設計、制造一體化的需要。

三、機械制圖課程“雙向一體化教學模式”的基本內容、步驟和關鍵問題

機械制圖課程“雙向一體化教學模式”的基本內容是一體化整合《機械制圖》和《計算機繪圖》課程的教學內容，但絕不是把兩門課程簡單疊加，而是把兩門課程內容調整并一一對應?！队嬎銠C繪圖》課程可以選擇《Auto CAD》為教學軟件，因為該軟件除了具有較強的二維繪圖功能外，同時具備一定的三維建模功能。從現實意義來說《計算機繪圖》課程已經上升為《計算機輔助設計》（Computer Aided Design），是真正意義的CAD。

具體整合的課程內容可以分為幾個教學階段：

（一）基礎知識教學階段。《機械制圖》講解投影法基本知識：點、線、面的投影；《Auto CAD》講解CAD軟件的基本操作：平面圖形的繪制、編輯及其技巧。

（二）基本立體和簡單形體教學階段?！稒C械制圖》講解基本立體的繪制、截交線和相貫線的畫法及簡單形體的投影；《Auto CAD》學習三維建模的基本方法、基本立體的三維建模、編輯基本立體形成簡單形體。

（三）組合體教學階段?！稒C械制圖》講解組合體的畫圖和讀圖；《Auto CAD》學習三維形體的編輯（布爾運算及三維編輯技巧），復雜形體的建模。

（四）機件表達方法教學階段。《機械制圖》講解機件表達的各種畫法：視圖、剖視、斷面以及規定和簡化畫法；《Auto CAD》學習復雜形體的編輯、三維實體投影成二維圖形的方法及圖形的編輯。

（五）零件圖教學階段。《機械制圖》講解零件圖的畫圖、標注及讀圖；《Auto CAD》學習零件建模方法、生成二維工程圖及尺寸標注、技術要求標注。

（六）裝配圖教學階段。《機械制圖》講解裝配圖的畫圖、標注及讀圖；《Auto CAD》學習零件裝配形成裝配體及其編輯、生成二維工程圖及對其標注。

在每個教學階段的實施過程中，關鍵問題是注意兩門課程的有機結合及相互輔助。可以借助三維虛擬模型幫助理解二維平面圖的意義，借助二維平面圖消化三維立體的投影特性。例如，在學習截交線、相貫線時，學生往往不易建立起空間幾何形體的概念，這時可以借助在《CAD》中學習到的三維虛擬實體及其編輯過程進行對比，再去理解二維投影的畫法和空間形狀。再如，講解到零件圖部分時，可以把零件結構的畫法與三維模型的編輯結合一起，使二維和三維達成一體化，使學生深刻理解二維零件圖的同時，也掌握了三維零件立體的結構特點和建模方法，可謂一舉兩得。從某種意義上說，可以淡化兩門課程，而理解為“機械設計及制圖”一門課程，這才是“一體化”的意義所在。

四、機械制圖課程“雙向一體化教學模式”的具體實施計劃和方案

（一）實施計劃。制定機械制圖課程“雙向一體化教學模式”的教學大綱，教學計劃，選擇參考教材，完成教案；計劃一學年內分兩學期完成各階段教學內容。

（二）實施方案。針對機械類專業學生采用試點班級，制定好新的教學計劃，調整和安排好各部分教學內容，建立三維模型庫和二維圖形庫，制作教學用CAI課件；配備學生用微機實驗室和教學用多媒體教室；進行課堂教學和學生人機互動實驗，合理的使用多媒體設備和計算機實驗室，把教師課上教學演示與學生自己動手建模和繪圖時間合理分配；讓學生通過局域網查看模型庫和二維圖形庫，進行自學和對作業進行自我檢查；對照試點班級與傳統教學班級教學效果，成功后進行全面實施推廣。

五、結束語

機械制圖課程“雙向一體化教學模式”不但適應現代工程設計、制造一體化的時代需要，而且符合我國工業生產的發展狀況，必能開辟一種新的教學模式。三維設計是制造業信息化技術逐步發展的必然方向，如何適應發展的需求是高校教育所思考的問題，本文提出的教學模式是新形勢下對《機械制圖》課程教學改革的一種嘗試，須在今后的實踐中不斷完善，使教學更生動靈活，讓學生更容易接受所學，為其他課程教學改革提供一定的理論參考。

[1]王宗彥，等.從三維設計出發改革傳統機械制圖教學[J].華北工學院學報（社科版），2004，20（2）：70-72

[2]左遠志，等.基于三維CAD的機械制圖“3D實體教學法”的研究[J].教學研究，2003，26（2）：145-148

[3]曹恩國.產品設計中機械制圖的革命[J].甘肅科技，2005，21（12）：54-55

[4]李躍兵.基于三維實體造型技術的機械制圖教學體系的思考[J].株洲工學院學報，2005，119（6）：110-112

沈陽化工學院教育教學研究基金項目（編號：2007B062）

G642

秦然（1970-），男，吉林懷德人，副教授，碩士，主要從事機械設計和制造方面的研究。