基于二維和三維CAD平臺的機械制圖課程改革探索

劉曉衡，徐 萍

(長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410124)

高職教育是以社會需求為目標，以服務為宗旨，以就業為導向，培養實踐技能強、具有良好職業道德的高技能、應用型人才。［1］機械制圖教學一直是高職教育的重要課程，如何在計算機技術大量應用于機械制造領域的今天切實地貫徹教改思想，形成新的機械制圖教學體系，是當前機械制圖教學中的一個重要課題。

一、改革教學體系

機械制圖是一門與工程設計和制造密切相關的技術基礎課，這門課從八十年代就引入了計算機繪圖，形成了圖學課程的兩大版塊，即《機械制圖》和《計算機二維繪圖》。然而，隨著科學技術的飛速發展和計算機技術的日益普及，特別是三維CAD/CAM技術在現代工程設計與制造中的逐步應用，對多年來貫穿于機械制圖課中以二維圖形為主的傳統教學模式，帶來了強烈的沖擊與嚴峻的挑戰。一方面是企業在生產中逐步采用三維為主的設計制造方法，另一方面我們的教學卻仍以二維圖形為主，可見我們的教學已完全滯后于外部先進技術的發展。因此，只有讓學生在學習機械制圖和AutoCAD課程的同時，逐步掌握三維CAD軟件的實體建模，才能為后續課程以及課程設計、畢業設計奠定基礎，才能適應現代設計制造技術的要求。因此機械制圖課程的改革是在機械制圖、計算機二維繪圖課程的基礎上再增加計算機三維繪圖，形成新的機械制圖教學體系。

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軟件有Pro/Engineer、UG、Solidworks等，都具有強大的三維建模功能，在這里我以Pro/Engineer軟件為例進行論述。

二、新教學體系實施的教學思路

長期以來，高職機械制圖課程教學效果并不很理想，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，一般在一年級第一學期就開設制圖課，學生難以快速建立起空間概念，導致解題作圖時難以適應。教師可以應用計算機三維建模軟件在課堂上現場造型，實時顯示，將二維到三維的空間思維視覺化，這樣就可以幫助學生盡快地樹立空間概念，提高學生的制圖能力。

在教學內容的設置上，應堅持以能力為重點，以職業崗位目標需求為原則，圍繞畫圖、看圖這一總的目標，將機械制圖和AutoCAD二維繪圖、Pro/Engineer三維繪圖融合編排，使它們互相滲透、互相促進。編排時應以機械制圖為主線，將Auto-CAD、Pro/Engineer分別作為二維、三維圖形繪制的工具，三者整合在一起，穿插地進行教學，這樣可以大大提高學生學習《機械制圖》的興趣。

以下是我們將《機械制圖》與AutoCAD、Pro/Engineer整合教學的具體實施情況，在此提出與大家一起探討。

(一)AutoCAD在畫法幾何教學中的應用

在學完“平面圖形的畫法”后，采用項目教學法，先讓學生針對具體的平面圖形進行手工繪圖訓練，然后再讓學生上機進行計算機繪圖訓練，指導學生使用AutoCAD常用繪圖命令和編輯命令繪制已經手工繪圖訓練的平面圖形，這樣學生能更快地接受和掌握AutoCAD的內容，也能促進學生理解和掌握圓弧連接的方法，并且也讓學生體會到了計算機繪圖的高效、準確，從而激發了學生的學習熱情。［2］

(二)Pro/Engineer在基本體、截交線、相貫線教學中的應用

在學習基本體時，教師可以運用Pro/Engineer軟件，用拉伸或旋轉命令，生成平面立體或回轉體，學生可以很直觀地看到這些基本體的形成過程，教師不需要課件，就可以很輕松地達到良好的教學效果。

截交線和相貫線是機械制圖教學中學生較難掌握的一個章節。［3］在傳統機械制圖教學中，求截交線、相貫線等內容，都是用立體表面取點、輔助面等方法來解決此類問題，這樣講解起來學生很難理解立體之間的相互關系。如果利用Pro/Engineer的實體造型和編輯功能，對基本體進行截切，讓學生觀察截交線的形狀，總結截交線的投影規律，增強了學生的感性認識;而在相貫線的教學中，利用Pro/Engineer的造型方法，就可以把圓柱與圓柱相貫，孔與孔相貫，圓柱面挖孔相貫等情況直觀形象地展現給學生。同時，還可以通過改變實體的大小，動態地觀察到相貫線所發生的相應改變，使學生可以很輕松的接受知識，提高了教學質量和效率，突破了教學的難點。

在學完截交線和相貫線后，安排學生上機操作，教會學生Pro/Engineer軟件的常用命令，讓他們進行截交線和相貫線的造型，并從不同角度觀察形體，這樣可以提高學生對形體的認識能力，同時也架起了投影與實體之間的橋梁，增強了學生對所學知識的理解和掌握，培養了學生思維、想象、創造構形的能力。

(三)AutoCAD、Pro/Engineer在組合體教學中的應用

組合體是實現《機械制圖》課程教學基礎目標的關鍵，是培養學生空間想象力的重要保證。對于剛接觸制圖的初學者，空間想象能力較差，學習起來比較吃力。如果教師借助Pro/Engineer三維實體造型軟件進行教學，可以把原來用大量語言闡述的內容，如組合體的形體特點、各個基本體之間的相互位置關系、復雜組合體的內部結構等，做成實體模型進行演示，引導學生從不同的方位進行觀察，不用過多的語言描述。這樣，既提高了教學效率，同時又使學生在輕松愉快中完成學習，而且能更好地幫助學生建立空間概念，提高學生的制圖能力。

學完組合體基本知識后，安排學生上機操作，首先教師用Pro/Engineer制作一些實體模型，讓學生根據模型，先手工繪制組合體三視圖草圖，然后用AutoCAD軟件繪制三視圖的工作圖，整個教學過程先簡單后復雜，實體模型畫三視圖采用形體分析法和線面分析法，一邊分析一邊對照實體模型進行繪制。經過幾次上機訓練，等學生這個環節比較熟練后，教師再要求學生用Pro/Engineer軟件的拉伸、旋轉命令繪制組合體立體圖。通過這樣先三維、后二維、再三維的模式進行教學，既可以培養學生的思維能力，提高他們的空間想象力，也激發了學生的學習興趣。

(四)Pro/Engineer在剖視圖教學中的應用

剖視圖是表達機件內部結構的一種方法，用剖視圖表達的形體有孔、槽等結構，初學者對于這種機件內部情況的表達，感覺上總是比較混亂，即使輔助實物模型也由于視覺上和感覺上的原因難以理解清晰。因此教師可以采用Pro/Engineer三維建模，用剖切平面把三維模型剖開，讓學生從各個角度觀察模型內部的結構形狀，從而比較和選用不同的剖視方法，畫出不同的剖視圖。

(五)AutoCAD、Pro/Engineer在零件圖教學中的應用

零件圖的識讀和繪制是實現課程教學核心目標的關鍵內容，是學生必須掌握的重點知識。［4］以往零件圖的學習，都是教師在講臺上滔滔不絕的講，學生看書跟著聽，很枯燥、也很乏味，教學效果較差。現在，我們先在《機械制圖》課程里，介紹識讀和繪制零件圖的方法和步驟，讓學生進行傳統的手工繪圖，然后再安排學生進行AutoCAD的繪圖訓練，教會學生用樣板文件調用標題欄，尺寸標注應設置標注樣式，技術要求中的表面粗糙度標注應設置帶有屬性的塊，形位公差用快速引線的方法進行標注，極限尺寸按多行文字的方法進行注釋等等，這樣穿插的進行教學，增加了教學的直觀性和趣味性，把枯燥乏味的內容變為有趣的知識，變要我學為我要學了，提高了教學效果，也使學生真正體會到了計算機繪圖的高效。

教師還可以利用Pro/Engineer軟件畫出零件的三維模型，再利用工程圖模塊，將三維模型自動生成視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖等二維圖形，并根據需要進行尺寸標注和技術要求的標注，這種操作訓練了學生二維和三維之間的思維轉換能力，培養了學生讀零件圖的能力，為適應以后工作崗位打下了較好的基礎。

(六)Pro/Engineer在裝配圖教學中的應用

對裝配體的教學，教師普遍感到比較困難，因為高職生在一年級的時候，實習比較單一，缺乏實際經驗，［5］對裝配體的結構、工作原理、零件間的裝配、連接關系及主要零件的結構形狀都缺少感性認識，只能是教師怎么講，他們就怎么記，不能獨立分析，而且在教學中僅靠教具、模型和掛圖是遠遠不能滿足教學需要的。因此，可以利用Pro/ENGINEER的裝配模塊，將裝配體中的各零件制作成三維實體，再按照一定的約束條件或連接方式，把多個三維實體零件裝配在一起形成裝配體，然后再進行動畫演示或形成裝配爆炸圖，這樣，學生可以非常直觀地觀察每個零件的真實結構，了解零件之間的裝配關系和裝配方式，搞清裝配體的工作原理和傳動路線，提高了學生閱讀裝配圖的能力。這一部分的操作，以老師演示為主，對學生的實際操作可不做要求。

三、采用新教學體系的效果

機械制圖和AutoCAD、Pro/Engineer軟件有機地結合起來進行教學，適應了新時期培養高技能人才的需要，使課程更加系統和完整，這種教學方法，過程緊湊，生動有趣，能很好地激發學生的學習興趣，培養學生的空間想象能力、技術應用能力、職業實踐能力和創新能力，學生在學習過程中能夠不斷獲得成就感，學習過程更加快樂，思維、情感、態度等因素得到和諧發展，教學效果良好。

四、教學中應注意的問題

(一)手工繪圖和計算機繪圖并重

在機械制圖教學中，雖然應重視計算機繪圖，但不提倡完全甩掉圖板繪圖，還應適當地強調按照實際的機械零部件，訓練學生的手工繪圖能力。對此，我們一般采用先手工繪圖，后計算機繪圖的方式，這樣既提高了學生動手和構圖的能力，又加強了計算機繪制二維和三維圖樣的能力。

(二)采用項目教學法

無論是機械制圖還是計算機繪圖都應采用項目教學法進行授課，課程內容以具體化的工作項目或任務為載體，突出工作任務與知識的聯系，將掌握知識、培養技能落實到每一個教學環節中，帶動學生職業素養的養成，提高學生的就業能力。［6］

(三)考證與專項訓練相結合

對于高職教育來說，將職業資格考證與畢業證結合起來，不僅能提高學生的就業能力，而且也使職業教育真正融入學歷教育中，保證了培養目標的準確定位。我們在教學實施過程中，把AutoCAD和制圖員職業技能鑒定與教學緊密的聯系起來，強化學生的職業素養和應用技能，為學生就業上崗創造良好的條件。

(四)創建虛擬實體模型庫與圖庫

傳統制圖教學中，要用到大量模型、掛圖，但總難以滿足教學的需要，結合《機械制圖》教材和習題冊中的習題，利用Pro/Engineer三維實體建模的技術建立模型庫，并將其上傳到校園網上。建立模型庫有兩個好處，第一，模型庫有利于提高教學效率。模型庫不但減輕了教師工作量，克服了實物模型教學的諸多不足，而且大幅度擴大了課堂的知識容量，有助于突破教學上的難點與重點，提高教學效率。第二，模型庫有利于培養學生的自學能力。當學生在課后自學過程中遇到困難，可通過校園網進入虛擬模型庫，找到習題對應模型，進行三維觀察，輔助完成課后練習，從而方便學生課后自學。

五、結束語

采用新的機械制圖教學體系，讓二維和三維CAD繪圖技術成為了機械制圖課的一項重要內容，促進了學生計算機繪圖能力的提高，這不僅激發了學生的學習興趣，培養了學生的空間思維能力、自學能力及創新能力，而且使傳統的機械制圖課程顯示出極大的活力。這樣的改革有利于學生對相關課程的理解和掌握，有利于提高學生就業的競爭能力，這對職業院校培養實用型人才具有重要的意義。

［1］姜大源.職業教育學新論［M］.北京:教育科學出版社，2007.

［2］陳龍.淺談《機械制圖》與《AutoCAD》教學的有機結合［J］.中國新手藝新產品，2009，(5).

［3］金大鷹.機械制圖［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［4］姜軍.機械制圖應用與實例教程［M］.北京:人民郵電出版社，2008.

［5］郭紀林.Pro/Engineer Wildfire2.0基礎教程［M］.北京:人民郵電出版社，2007.

［6］譚國榮.談《機械制圖》課程采用的教學方法［J］.中國教育發展研究，2008，(7).