機(jī)械制圖與SW并行教學(xué)探索與實(shí)踐

唐利芹，鄭璐愷，楊銘

（南京工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 211167）

《機(jī)械制圖》課程是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容涉及面廣泛，實(shí)踐性強(qiáng)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握機(jī)器、機(jī)構(gòu)、零件的表達(dá)方法，掌握手工制圖和電腦制圖工具的應(yīng)用。

隨著生產(chǎn)力水平的不斷提高，社會需求飛速發(fā)展，尺規(guī)作圖和AutoCAD制圖效率不能滿足大量企業(yè)需求，取而代之的有SW、NX等三維軟件。筆者對SW與《機(jī)械制圖》并行教學(xué)進(jìn)行了探索與實(shí)踐。

1 《機(jī)械制圖》教學(xué)現(xiàn)狀

我校機(jī)械制圖教學(xué)現(xiàn)狀情況如下。

1.1 教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)平臺

我校目前的教學(xué)內(nèi)容包括制圖基礎(chǔ)知識、點(diǎn)線面、基本體、組合體、軸測圖、機(jī)件表達(dá)、標(biāo)準(zhǔn)件常用件、零件圖、裝配圖以及AutoCAD與之對應(yīng)的內(nèi)容。教學(xué)平臺為配有電腦和投影儀的多媒體教室。2020年在疫情肆虐的情況下，機(jī)械制圖課程開設(shè)了愛課程和學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。實(shí)際教學(xué)中，企業(yè)微信、中國大學(xué)MOOC、QQ群屏幕共享、騰訊會議等平臺都有應(yīng)用。

1.2 存在問題

機(jī)械制圖與AutoCAD兩者配合可以按照國標(biāo)正確地設(shè)置CAD圖樣，繪制形體的多面正投影圖和三維模型，利用多視口也可以實(shí)現(xiàn)不同角度看到形體的不同投影視圖。單從機(jī)械制圖一門課的教學(xué)看沒有問題，但考慮到生產(chǎn)力高速發(fā)展的企業(yè)需求，這樣的教學(xué)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)高速出圖的需要。主要存在以下問題：

（1）AutoCAD出圖效率高于尺規(guī)作圖，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SW出圖速度。（2）在討論機(jī)件表達(dá)方法的綜合應(yīng)用時，AutoCAD繪圖不能滿足老師當(dāng)堂根據(jù)學(xué)生的想法進(jìn)行動態(tài)演示。（3）學(xué)生用AutoCAD完成零件圖、裝配圖耗時太多。（4）AutoCAD教學(xué)在授課計劃中安排4學(xué)時講授4學(xué)時上機(jī)，兩者串行而不能并行。

2 《機(jī)械制圖》與SW并行教學(xué)的實(shí)踐

2.1 教學(xué)內(nèi)容

尺規(guī)、AutoCAD、SW三者都是制圖工具，因此，制圖理論、尺規(guī)、AutoCAD、SW并行教學(xué)更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖，這樣的學(xué)生更適應(yīng)企業(yè)需求。制圖理論、尺規(guī)、AutoCAD、SW并行教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

表1 制圖理論與制圖工具并行內(nèi)容對應(yīng)

2.2 教學(xué)實(shí)踐

機(jī)械制圖、AutoCAD是教學(xué)計劃規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，如何在不增加課時的情況下完成SW與其并行教學(xué)是教學(xué)實(shí)踐中務(wù)必要解決的問題。采用“雙線并行”教學(xué)模式，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的知識、能力、素質(zhì)目標(biāo)合理利用線上線下混合式教學(xué)。

（1）基礎(chǔ)知識。制圖理論體系內(nèi)容如表1所示。基礎(chǔ)知識主要傳授圖幅、字體、比例、尺寸標(biāo)注等國標(biāo)規(guī)定，在AutoCAD和SW中有與之相對應(yīng)的設(shè)置。教學(xué)目標(biāo)除了讓學(xué)生掌握尺規(guī)繪制平面圖形的方法步驟，還需要讓學(xué)生掌握AutoCAD中建立符合國標(biāo)的樣板圖，掌握SW中草圖的繪制。

平面圖形既是初學(xué)者熟悉國標(biāo)的助手，也是三維建模的基礎(chǔ)，因此平面圖形是教學(xué)重點(diǎn)。在平面圖形教學(xué)中除了讓學(xué)生掌握平面圖形的尺寸分析、線段分析、尺規(guī)繪制平面圖形的方法與步驟外，還需要傳授AutoCAD繪制平面圖形、SW繪制草圖的方法。

在平面圖形教學(xué)時，先播放圖1所示凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動視頻，再通過問答法引導(dǎo)學(xué)生了解準(zhǔn)確繪制平面圖形的重要性。在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)學(xué)生分別用SW和AutoCAD完成圖3與圖4所示的凸輪草圖。通過建模命令即可獲得圖2所示的三維凸輪。

圖1 凸輪機(jī)構(gòu)

圖2 凸輪

圖3 凸輪的SW草圖

圖4 凸輪的AutoCAD草圖

（2）點(diǎn)線面和基本體。單獨(dú)點(diǎn)線面投影對學(xué)生來說毫無難度，基本體也比較簡單。難點(diǎn)在于立體表面上的點(diǎn)、線投影。將立體表面上的點(diǎn)理解到位有助于建模時基準(zhǔn)面的建立。

基本體中的柱體現(xiàn)有教材分為棱柱、圓柱。筆者在教學(xué)時將柱體定義為：只要能用一次拉伸命令完成建模的幾何體稱為柱體。柱體的投影特征為：一底形兩矩形，矩形中有粗實(shí)線或虛線。這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的大局觀念，加快讀圖與建模速度。

（3）組合體。組合體的核心問題是如何讓學(xué)生掌握形體分析法。運(yùn)用形體分析法可以轉(zhuǎn)換為讓學(xué)生回答三個問題：有哪幾個組成部分？表面連接方式有哪些？各組成部分的相對位置如何？用SW建模可以很清楚地看出學(xué)生讀圖的過程。在組合體教學(xué)中講完組合體的概念后，可以教會學(xué)生根據(jù)立體的軸測圖進(jìn)行SW建模，讓學(xué)生掌握SW中基準(zhǔn)的建立、草圖基準(zhǔn)的選擇、異型孔、筋、各類陣列等命令。因為操作過程相對復(fù)雜，學(xué)生不易掌握，采用MOOC教學(xué)講解復(fù)雜組合體SW建模后，簡單組合體建模由學(xué)生通過作業(yè)自己完成。

（4）機(jī)件表達(dá)。剖面符號、投影視圖、斜視圖、局部視圖、剖視圖、全剖、半剖、局部剖、斷面圖、局部放大圖等一系列概念應(yīng)用，此時尺規(guī)、AutoCAD繪圖與SW相比會顯得更慢。復(fù)雜形體的機(jī)件表達(dá)方案選擇，SW可以快速做到所想即所見。可以教會學(xué)生SW的工程圖相關(guān)設(shè)置與制圖。用SW建模后分組討論機(jī)件的表達(dá)方案，既可以鍛煉學(xué)生的陳述能力，也可以進(jìn)行不同表達(dá)方案結(jié)果的比對。SW生成工程圖更有助于學(xué)生對不同表達(dá)方案的理解。

（5）標(biāo)準(zhǔn)件常用件。學(xué)生已經(jīng)可以用SW給各類零件進(jìn)行三維建模，但為了加快建模速度，SW標(biāo)準(zhǔn)件庫提供了螺釘、螺母、墊圈等標(biāo)準(zhǔn)件庫，需要時可以直接從標(biāo)準(zhǔn)庫中調(diào)用。

（6）零件圖。在學(xué)習(xí)完機(jī)件表達(dá)方法后，學(xué)生就可以根據(jù)零件圖進(jìn)行三維建模，雖然有些細(xì)節(jié)學(xué)生看不懂，但借助學(xué)習(xí)通完全可以幫助學(xué)生遠(yuǎn)程理解。因此，要求學(xué)生利用寒假完成教材和習(xí)題集中零件的SW建模。這樣到校進(jìn)行課堂教學(xué)時，學(xué)生可以將注意力集中在零件圖中的尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求等重點(diǎn)內(nèi)容。SW的教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握注釋選項的命令操作，如表面粗糙度、幾何公差等技術(shù)要求的標(biāo)注。

（7）裝配圖。學(xué)生寒假期間根據(jù)零件圖和裝配示意圖完成非標(biāo)零件的三維建模。在學(xué)習(xí)裝配圖時，先指導(dǎo)學(xué)生掌握SW的三維裝配、爆炸圖、拆裝視頻、運(yùn)動仿真。學(xué)生能完成上述工作，說明學(xué)生對裝配體的工作原理理解到位。在此基礎(chǔ)上傳授裝配工程圖的生成、主視圖的選擇等內(nèi)容，學(xué)生理解會更有深度。

SW與制圖并行教學(xué)更容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)制圖的積極性；有助于學(xué)生理解組合體形體分析法和零件圖中的一組圖形、尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求、材料等內(nèi)容；學(xué)生可以更好地掌握裝配圖中零件的拆裝順序、裝配體的工作原理等。

2.3 實(shí)踐應(yīng)用

大一機(jī)械制圖的課程設(shè)計是產(chǎn)品測繪，是在理解實(shí)物產(chǎn)品工作原理的基礎(chǔ)上，對實(shí)物進(jìn)行拆裝，再對所有零件用3D軟件建模、裝配并完成產(chǎn)品的總裝圖、部件裝配圖及所有非標(biāo)準(zhǔn)零件的零件圖，解決了AutoCAD繪制零件圖和裝配圖耗時多的問題。以齒輪泵和減速器為例，同一班級的學(xué)生以4～6人為一組，不同組別完成不同產(chǎn)品的測繪。同一組同學(xué)任務(wù)按零件序號、測繪說明書分工到人，責(zé)任和成績落實(shí)到人。

大三機(jī)械設(shè)計的課程設(shè)計可以在大一測繪的基礎(chǔ)上根據(jù)輸出件的工作要求設(shè)計滿足要求的對應(yīng)產(chǎn)品。比如，大一測繪了二級齒輪傳動減速器，大三時根據(jù)輸出的功率要求完成電機(jī)選擇，各零件設(shè)計計算，根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)修改并完成大一的測繪任務(wù)。將機(jī)械制圖與機(jī)械設(shè)計的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)前后貫通，使學(xué)生在各個實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中能夠把握重點(diǎn)，充分理解測繪和設(shè)計的區(qū)別。

3 結(jié)語

《機(jī)械制圖》與SW并行教學(xué)是可行的，兩者并行教學(xué)有助于學(xué)生更好地完成教學(xué)目標(biāo)，有助于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作、交流溝通等能力，有助于學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代跨國集團(tuán)遠(yuǎn)程團(tuán)隊合作，拓展思路開闊視野，為學(xué)生更好更快地適應(yīng)社會發(fā)展作鋪墊。