基于CAD的《機械制圖》教學方式初探

楊 晨，曾瑞敏

（貴州大學大數據與信息工程學院，貴州 貴陽 550025）

1 機械制圖的現狀

《機械制圖》是基于CAD計算機軟件對工程圖進行繪制的一門應用型課程，是應用型機械制造、交通運輸等相關專業一門重要的專業基礎課。

機械制圖是學生學習其他課程，進行技術交流的基礎，是學生畢業后從事技術及工程相關工作應具備的基本技能。新時代的基于CAD的機械制圖課程，引入CAD計算機輔助軟件，比起傳統的手工繪制教學，節省了制圖時間、提高了課堂效率，提升了制圖的質量。導師利用計算機技術，可以更加立體直觀地向學生展示二維模型到三維模型的變換過程，強化學生空間思維能力，進一步促進學生掌握機械制圖專業知識，實現CAD機械制圖優質教學。

目前，眾多的工科高等院校開設了《機械制圖》課程，但課堂缺乏創新性，多為老師傳統的授課方式，缺乏創新向導式的教學與實踐模式，與多媒體、計算機的結合不夠深入，學生對枯燥的課程內容提不起興趣。針對不同層次的學生，制圖任務布置得相同且單一，學生缺乏主觀能動性、原創性、積極性，難以學到扎實的專業機械制圖技術，更談不上舉一反三、活躍創新的工程制圖思維了。

2 向導式機械制圖教學

結合目前高等教育的需求，貴州大學增加了計算機工程繪圖的教學課程，如《機械制圖》課程。按照項目化的發展形式，逐步地介紹不同圖形的繪制方法與規律，重點是實際操作技能的培養。《機械制圖》任課導師轉變了教學理念，改變傳統的教學方式，采用“引導”、“啟發”式的創新教學模式，由簡到繁，難度逐漸遞進，且將機械制圖的理論與實際操作相結合，關注、重視學生的學習興趣。

課程分為基礎訓練、平面繪圖、零件三視圖、三維立體圖、工程圖等循序漸進的課程項目。根據制圖的基本過程，設置如下項目：CAD基礎知識、平面圖形繪制、零件三視圖的繪制、典型零件圖繪制、裝配圖繪制、簡單零件實體造型、工程圖輸出打印、綜合繪圖實訓等。在每個項目中又單獨設置典型的工作任務，引導相關制圖知識的學習，期間穿插大量的應用案例，課堂上邊學邊練，有助于快速提高制圖技能。

首先是對AutoCAD的工作界面要有初步的了解，教師授課與計算機操作結合，輔助同學們迅速掌握軟件命令的幾種輸入方式。理解繪圖區域和單位設置，掌握圖層、顏色、線型、線寬設置，掌握輔助功能的設置，掌握繪圖命令等。對制圖步驟、操作熟悉之后，針對不同同學制定多元化標準的平面圖繪制作業。

CAD平臺中具有多元化的模型庫，利用計算機軟件平臺培養三維建模思維，再投影到三視圖的過渡，比起傳統的逆向三視圖的教學方法，學生想象力得到更好地開發與挖掘。導師要給學生詳細地制圖方法指導，給學生足夠的自主設計空間，讓學生多參與自己感興趣的機械圖紙繪制項目。逐漸掌握三維實體的編輯、布爾運算和組合裝配體的三維實體建模。在期中及期末考核任務中，鼓勵和引導同學們自主選擇適合自己的、難度適中的模型作為參照圖，對其進行機械繪制。

3 具體課程實踐

結合貴州大學現有的實驗室教學條件：實驗室、多媒體電腦平臺、投影儀；設備條件：WINDOWSXP/7；AUTOCAD等。基于三維CAD軟件，引入“向導式”、“啟發性”創新教學模式。

3.1 二維圖像的繪制

CAD機械制圖中，首先要引導同學們對空間坐標的重要性有一個基礎認識。笛卡爾坐標系的創建，將代數與幾何問題聯系到一起，為機械建模以及進一步解決實際工程問題提供依據。對笛卡爾坐標系有了基礎的認知后，就可以用最簡單的立方體CAD繪制作為任務。針對不同的學生，要求其按照學號后幾位數字分別作為長方體的長、寬、高，這樣可以為每一位學生定制獨特的作業標準，杜絕學生復制或抄襲別人的文件來應付老師的現象發生。

圖1 二維曲線的繪制

圖1為貴州大學《機械制圖》課堂上的一項基礎練習——二維曲線的繪制圖。在平面圖形的繪制學習中，將理論講解與動手實踐相融合與貫通，引導同學們在計算機軟件上動手實踐，從直線的繪制到曲線的繪制，循序漸進地掌握構造線、多線、正多邊形、圓弧、樣條曲線、表格等多項繪圖命令。

3.2 三視圖的繪制

在掌握了平面圖形的繪制后，課程逐漸過渡到三視圖的繪制、零件、裝配圖的繪制方面。掌握零件三視圖的繪制，關鍵在于掌握制圖步驟及尺寸的標注方法。“長對正、高齊平、寬相等”是三視圖的繪圖口訣及核心。三視圖的作用是為二維圖形到三維變化搭建橋梁。課堂教學時，導師可以利用計算機三維模型的投影與視角轉換為指導，不斷培養學生的空間想象力和讀圖、制圖能力。

圖2 鬧鐘三視圖繪制

如圖2所示，是貴州大學一名學生作業——鬧鐘的三視圖繪制圖。學生選擇了學習生活中常見的鬧鐘作為制圖原型，在互聯網上找到對照圖，依照圖樣繪制了鬧鐘及其零件的三視圖。“開放式”、“向導式”的學習任務布置更能有效激發同學們的思維，讓課題煥發生機與活力。

3.3 三維圖像繪制

由直線繪制到曲線繪制，二維圖像繪制逐漸過渡到三維圖像的繪制。引導學生按照自己的創作靈感繪制CAD三維模型圖。學生可以自主地在影視作品中、書本上、網站上挑選合適的工具、物件原型圖，如男生喜歡的汽車、潛水艇，女生偏愛的裝飾品、建筑物等。這樣不僅增加了學生的主觀能動性，也極大的激發了學生的興趣。

圖3 三維城堡的繪制

如圖3所示，是貴州大學交通運輸專業的一名本科生繪制的三維城堡圖。該同學熱衷于看迪士尼系列電影及動畫。她把自己的興趣愛好與專業的CAD機械制圖課程結合在了一起。她期末考核作業設計的是一座城堡。學生對這幅CAD三維城堡制圖花了不少的時間琢磨，包括對實心體與空心體的考慮，是否加上門窗的考慮，整體美觀度的斟酌。作者最后選擇了空心體城堡、無窗樣式，相當于一個真真實實有空間感的城堡，讓我們看到了學生在機械制圖繪制技術上的提升與機械設計方面的天賦。作者對結果不是非常滿意，還不斷地加以改進，讓我們感受到了學生對機械制圖課程濃厚的興趣與兢兢業業、力求完美的學習態度。

這樣的期末考核作業相比起大家都繪制一樣的模型，選取一樣的評判標準而言，顯得更加具有包容性。本科生將自己的興趣與專業化的技術相結合，對待期末考核更像是完成一個珍貴的作品，而不是為了完成一項任務。有了更多細節的考量與斟酌，對《機械制圖》這門課程的學習與理解也會更加深入、到位，學生對實際工程的應變能力、創新能力也有一定程度的提高。

4 結束語

《機械制圖》是工科院校尤其是機械制造相關專業學子必備的一項基本技能。結合實際教學案例，采用創新向導模式，從二維圖、三視圖到三維建模、工程圖循序漸進，針對不同學生制定多元化階段性作業。結果表明，可充分激發學生空間思維想象力和設計天賦，調動學生的原創性與積極性，杜絕人才的同質化現象，實現CAD機械制圖高效優質教學，為培養創新時代工程技術人才夯實基礎，對教育強國戰略的實現具有推動作用。