機械制圖與SW并行教學探索與實踐

唐利芹，鄭璐愷，楊銘

（南京工程學院機械工程學院，江蘇 南京 211167）

《機械制圖》課程是一門重要的專業基礎課程，課程內容涉及面廣泛，實踐性強。通過本課程的學習，使學生掌握機器、機構、零件的表達方法，掌握手工制圖和電腦制圖工具的應用。

隨著生產力水平的不斷提高，社會需求飛速發展，尺規作圖和AutoCAD制圖效率不能滿足大量企業需求，取而代之的有SW、NX等三維軟件。筆者對SW與《機械制圖》并行教學進行了探索與實踐。

1 《機械制圖》教學現狀

我校機械制圖教學現狀情況如下。

1.1 教學內容與教學平臺

我校目前的教學內容包括制圖基礎知識、點線面、基本體、組合體、軸測圖、機件表達、標準件常用件、零件圖、裝配圖以及AutoCAD與之對應的內容。教學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，機械制圖課程開設了愛課程和學習通等網絡教學平臺。實際教學中，企業微信、中國大學MOOC、QQ群屏幕共享、騰訊會議等平臺都有應用。

1.2 存在問題

機械制圖與AutoCAD兩者配合可以按照國標正確地設置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現不同角度看到形體的不同投影視圖。單從機械制圖一門課的教學看沒有問題，但考慮到生產力高速發展的企業需求，這樣的教學已經遠遠不能滿足企業高速出圖的需要。主要存在以下問題：

（1）AutoCAD出圖效率高于尺規作圖，但遠遠低于SW出圖速度。（2）在討論機件表達方法的綜合應用時，AutoCAD繪圖不能滿足老師當堂根據學生的想法進行動態演示。（3）學生用AutoCAD完成零件圖、裝配圖耗時太多。（4）AutoCAD教學在授課計劃中安排4學時講授4學時上機，兩者串行而不能并行。

2 《機械制圖》與SW并行教學的實踐

2.1 教學內容

尺規、AutoCAD、SW三者都是制圖工具，因此，制圖理論、尺規、AutoCAD、SW并行教學更有利于學生學習機械制圖，這樣的學生更適應企業需求。制圖理論、尺規、AutoCAD、SW并行教學的教學內容如表1所示。

表1 制圖理論與制圖工具并行內容對應

2.2 教學實踐

機械制圖、AutoCAD是教學計劃規定的教學任務，如何在不增加課時的情況下完成SW與其并行教學是教學實踐中務必要解決的問題。采用“雙線并行”教學模式，根據教學內容的知識、能力、素質目標合理利用線上線下混合式教學。

（1）基礎知識。制圖理論體系內容如表1所示。基礎知識主要傳授圖幅、字體、比例、尺寸標注等國標規定，在AutoCAD和SW中有與之相對應的設置。教學目標除了讓學生掌握尺規繪制平面圖形的方法步驟，還需要讓學生掌握AutoCAD中建立符合國標的樣板圖，掌握SW中草圖的繪制。

平面圖形既是初學者熟悉國標的助手，也是三維建模的基礎，因此平面圖形是教學重點。在平面圖形教學中除了讓學生掌握平面圖形的尺寸分析、線段分析、尺規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。

在平面圖形教學時，先播放圖1所示凸輪機構的運動視頻，再通過問答法引導學生了解準確繪制平面圖形的重要性。在此基礎上指導學生分別用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 凸輪機構

圖2 凸輪

圖3 凸輪的SW草圖

圖4 凸輪的AutoCAD草圖

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

基本體中的柱體現有教材分為棱柱、圓柱。筆者在教學時將柱體定義為：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，矩形中有粗實線或虛線。這樣有助于培養學生的大局觀念，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生掌握形體分析法。運用形體分析法可以轉換為讓學生回答三個問題：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生讀圖的過程。在組合體教學中講完組合體的概念后，可以教會學生根據立體的軸測圖進行SW建模，讓學生掌握SW中基準的建立、草圖基準的選擇、異型孔、筋、各類陣列等命令。因為操作過程相對復雜，學生不易掌握，采用MOOC教學講解復雜組合體SW建模后，簡單組合體建模由學生通過作業自己完成。

（4）機件表達。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用，此時尺規、AutoCAD繪圖與SW相比會顯得更慢。復雜形體的機件表達方案選擇，SW可以快速做到所想即所見。可以教會學生SW的工程圖相關設置與制圖。用SW建模后分組討論機件的表達方案，既可以鍛煉學生的陳述能力，也可以進行不同表達方案結果的比對。SW生成工程圖更有助于學生對不同表達方案的理解。

（5）標準件常用件。學生已經可以用SW給各類零件進行三維建模，但為了加快建模速度，SW標準件庫提供了螺釘、螺母、墊圈等標準件庫，需要時可以直接從標準庫中調用。

（6）零件圖。在學習完機件表達方法后，學生就可以根據零件圖進行三維建模，雖然有些細節學生看不懂，但借助學習通完全可以幫助學生遠程理解。因此，要求學生利用寒假完成教材和習題集中零件的SW建模。這樣到校進行課堂教學時，學生可以將注意力集中在零件圖中的尺寸標注、技術要求等重點內容。SW的教學重點是讓學生掌握注釋選項的命令操作，如表面粗糙度、幾何公差等技術要求的標注。

（7）裝配圖。學生寒假期間根據零件圖和裝配示意圖完成非標零件的三維建模。在學習裝配圖時，先指導學生掌握SW的三維裝配、爆炸圖、拆裝視頻、運動仿真。學生能完成上述工作，說明學生對裝配體的工作原理理解到位。在此基礎上傳授裝配工程圖的生成、主視圖的選擇等內容，學生理解會更有深度。

SW與制圖并行教學更容易激發學生學習制圖的積極性；有助于學生理解組合體形體分析法和零件圖中的一組圖形、尺寸標注、技術要求、材料等內容；學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 實踐應用

大一機械制圖的課程設計是產品測繪，是在理解實物產品工作原理的基礎上，對實物進行拆裝，再對所有零件用3D軟件建模、裝配并完成產品的總裝圖、部件裝配圖及所有非標準零件的零件圖，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，同一班級的學生以4～6人為一組，不同組別完成不同產品的測繪。同一組同學任務按零件序號、測繪說明書分工到人，責任和成績落實到人。

大三機械設計的課程設計可以在大一測繪的基礎上根據輸出件的工作要求設計滿足要求的對應產品。比如，大一測繪了二級齒輪傳動減速器，大三時根據輸出的功率要求完成電機選擇，各零件設計計算，根據設計結構修改并完成大一的測繪任務。將機械制圖與機械設計的實踐教學環節前后貫通，使學生在各個實踐教學環節中能夠把握重點，充分理解測繪和設計的區別。

3 結語

《機械制圖》與SW并行教學是可行的，兩者并行教學有助于學生更好地完成教學目標，有助于培養學生團隊協作、交流溝通等能力，有助于學生適應現代跨國集團遠程團隊合作，拓展思路開闊視野，為學生更好更快地適應社會發展作鋪墊。