機械制圖課程教學方法優化及創新的探討

左永強 周思柱 杜鐮 王瓊

［摘要］本文探討了機械制圖課程傳統教學過程中存在的弊端，并旨在探討高校機械制圖課程可以優化和創新的方面，主要包括與高等數學空間解析幾何結合教學，與CAD技術結合教學，與最新國家標準結合教學。其中將機械制圖與高等數學結合教學為國內首次提出。

［關鍵詞］機械制圖空間解析幾何國家標準

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）10-0079-02工程圖樣長久以來一直被稱為“工程界的技術語言”，在實際生產中隨處可見其應用。除機械專業外，土木、建筑、電力、化工等非機械工科專業也應用甚廣。它通過直觀的圖形和詳細的數據表達了設計者的意圖，是實際制造或生產的主要指導和依據，并且也是優化設計、維修保養、事故追責等的重要資料。機械制圖作為技術制圖的一種，以機械樣圖為主要教學內容，是每個技術人員必須掌握的基本功。本文就實際傳統教學過程中教學形式單一枯燥，理論實際結合少，學生空間想象力培養過程緩慢，不能因材施教，學生標準意識薄弱等弊端相繼提出了一些創新和優化的教學方法。

一、傳統機械制圖教學弊端

（一）教學形式單一枯燥

現階段傳統機械制圖課主要以老師課堂理論講解，學生聽課和老師布置作業，學生課堂或課后完成作業為主要內容，這種單一的形式讓學生容易產生一種為學分而學習的不良傾向，而背離了培養學生的學習興趣和學以致用的目標。學習重要的是培養興趣，就學生反映這種教學形式并不是最佳良方。

（二） 理論與實際結合不夠

本課程本該是理論與實際結合緊密的課程，這樣才能達到學習的最佳效果。例如在畫各種標準件時學生是單方面被動灌輸標準件畫法，而可能直到課程結束都沒見過實物，缺乏感性認識。另外，部分高校機械制圖課程教材的標準不是國家最新制圖標準，導致學生學習的知識陳舊不適用，企業方面也存在企業內制圖標準（尤其體現在標題欄和明細表）和國家標準、國際標準、行業標準不接軌等現象。作為機械學生，標準二字應該牢記心中，并要因地制宜，靈活運用，制圖最終的目的是要清晰、規范、美觀地表達工程意圖，服務于工程實際。

（三） 空間想象能力培養效率低

機械制圖學習最關鍵的是學生空間想象能力的培養，現階段主要依靠講理論課和作業、考試方式來培養。在教學過程中許多問題和復雜圖線是難以用語言表述原因的。例如對于初學者來說，相切、虛線、相貫線等問題很令學生頭疼，常常會出錯。這些重要概念要能夠深入學生腦海，必須要有一段時間的手動練習和多加思考，直到空間想象能力到達一定程度后才能運用自如。

二、機械制圖與高數空間解析幾何結合教學

工程圖樣最基本的圖形元素無非點、線、面、體。而對于工程實際所遇到的問題中，這些元素基本都可以用空間解析幾何知識來描述。但事實上，許多高校學生在學習完高數這部分知識后就放下不管，學習機械制圖這門課時根本不會將兩者結合。另一方面，高校制圖老師多數對高數知識不熟悉或者忘記，只是單純具有較強制圖能力，授課時也基本不提及空間解析幾何的知識。下面以制圖中十分常見的相貫線來說明兩者結合的妙用。假設一圓筒A半徑為a，另一圓筒B半徑為b，兩者軸線垂直相交。以相交空間中心為原點建立如圖空間直角坐標系：由高數知識知圓筒A的曲面方程為：

x2+z2=a2………（1）

圓筒B的曲面方程為：

x2+y2=b2……（2）

求兩曲面的相貫線只需將（1）（2）聯立：

x2+z2=a2x2+y2=b2……（3）

即為相貫線空間幾何解析表達式。

在教學過程中學生最難理解的是如圖中主視圖相貫線畫法，其實主視圖即為空間曲線在YZ平面的投影,根據解析幾何知識得到投影曲線方程為：

z2-y2=a2-b2x=0……（4）

當a≠b時，可知相貫線投影即為雙曲線，化成標準方程：

■-■=1x=0……（5）

可知當a＜b雙曲線頂點坐標為（0，■，0）；當a＞b時雙曲線頂點坐標為（0，0，（a2-b2）），通常制圖過程中頂點通過俯視圖和左視圖來確定。

當a=b時，方程（4）退化為：

z2-y2=0x=0……（6）

進一步簡化為：

z±y=0x=0……（7）

可知即為兩條在YZ平面的垂直相交的象限平分直線。

通過利用高數解析幾何基礎知識從理論上說明了相貫線的形狀及重要位置參數的確定。對于學習過這部分高數知識的學生兩者結合學習將理解更深刻透徹，運用更靈活。目前至少可以在兩個方面進行一定的改進：1.在制圖教材上使用融合簡單解析幾何知識，從理論和時間兩個方面讓學生真正掌握制圖;2.高校在招聘教師時盡量選擇綜合型人才，除熟練掌握手工及計算機制圖理論外，基本的高數知識也是必要的。

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圖 1兩圓筒面正交相貫線

三、機械制圖與CAD技術結合教學

CAD技術是緊密伴隨著計算機技術的發展而發展的，通過計算機的輔助設計大量減輕工作人員腦力及體力消耗，同時提高設計效率和質量。國內現今的制造行業流行CAD軟件主要有AutoCAD，Solidworks，PROE，UG，CATIA等，為了適應時代趨勢，將機械制圖與計算機制圖結合教學應該在全國高校廣泛實行。機械專業學生機械制圖課程可以設置為三個類型的內容:理論教學，手工制圖，計算機繪圖。大部分學校都要求理論教學和手工制圖，并且已實施多年，但計算機繪圖課時與要求不盡相同。

結合以上實際情況和未來趨勢，建議在以下方面進行改進：1.在理論教學過程中，教師應該多采用圖形顯示教學，如課堂操作三維軟件建立簡單模型（復雜模型可以提前建好），調整視角演示投影視圖，幫助學生理解二維圖，從而建立二維與三維模型關聯，培養空間想象力；2.手工繪圖初始階段主要以“照葫蘆畫瓢”的方式進行，手工繪圖后在課余時間鼓勵有能力與時間的學生利用計算機完成二維圖與三維圖，并提供適當思路與幫助。3.專門設置計算機繪圖課時，讓學生思維能實現二維到三維，三維到二維迅速轉換，熟練掌握手工到計算機繪制，并能快速識圖、繪圖，設計圖紙。

四、機械制圖與最新國家制圖標準結合教學

機械制圖標準的意義在于對機械制圖的規范化和通用化，促進設計、分析、制造多方協調工作，對整個行業的健康持續發展意義重大。

作為教學環節，機械制圖課程應該注重實時向學生灌輸國標概念。 把學生培養為嚴格遵循標準，靈活運用標準，大力推行標準的主力軍，促進我國工業化道路的健康持續發展。針對目前教學存在的弊病，建議從以下幾個方面優化：1.教材編者在編寫前要認真研讀最新國家標準，嚴格遵從標準來編寫相關課本書籍，做到給讀者最新的最準確的信息，一本好教材，能使眾多學生受益。這也是課程開始前貫徹標準的起點；2.機械制圖教師應該時刻保持與時俱進的思想，對國標更新改動要了如指掌，熟記于心。對學生起表率和督促作用，響應國家政策。很多書并非按最新國標編寫，教師一旦發現應及時幫助學生改正，并在課堂總結，避免更多同學犯同樣問題；3.在考試環節設計關于新國標內容的考查，針對學生平時容易犯的問題出題；4.必須重視機械制圖中涉及CAD制圖標準，使得學生學習機械制圖不僅在手工繪制時嚴格遵循最新國標，計算機繪制圖紙時也時刻不忘按照國家標準執行。

總之，以上課程優化創新方法與最新標準若都能因地制宜地在機械制圖課程教學過程中鋪展和實踐開來，將會是件促進教學相長的喜事，也毫無疑問將進一步推動我國課程改革的潮流。

［參考文獻］

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［2］同濟大學數學系.高等數學（第六版下）［M］.北京:高等教育出版社,2007.

［3］唐曉初,李靜,趙恒華.機械制圖考試模式的改革探索與實踐［J］.工程圖學學報，2009，（1）.

［4］鄢春艷.機械制圖與CAD課程教學改革的探索與實踐［J］.職業教育研究，2008，（2）.

［責任編輯：左蕓］