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《机械制图与ＣＡＤ》课程教学改革的探索与实践
作者：鄢春艳
关键词：机械制图；教学改革；三维建模
高职教育的培养目标是适应生产第一线需要的高级技术应用型人才。在教学中，基础课教学应根据专业的要求以“必需、够用”为度，加大实训的比重。机械制图是工科院校机械类专业的专业基础课，是一门理论性和实践性都很强的课程。它的主要任务和目的是引导学生进行平面与空间的转换，帮助学生建立二维平面图形与三维立体空间的对应关系，培养学生绘制机械图样和阅读机械图样的能力以及计算机绘图能力。学生对这门课程知识的掌握情况，将直接影响到后续专业课的学习。因此，教学内容不仅要突出基础理论知识应用和实践能力培养，还应与后续课程衔接。长期以来，高职机械制图课程教学效果并不理想，原因之一便是中学阶段对学生空间思维能力和空间想象力的训练较少。进入大学后，在一学期内快速建立起空间概念成为大多数学生的学习难点，导致解题作图时难以适应。在教学中，既要以“必需、够用”为度，以应用为目的调整教学内容，又要处理好教师与学生的关系，在发挥教师主导作用，同时，突出学生的主体作用，调动学生的学习积极性。本人针对机械制图课的特点，对该课程教学进行了如下尝试与探索，收到了良好的效果。
以应用为目的合理调整机械制图课的内容
加强实践教学、压缩理论课时是高职教育的特点。对机械制图这门专业基础课程而言，应打破传统的教学内容，重新选择课程内容，设置有效的教学实训环节，突出该课程与其他学科的横向联系，注重各学科之间的相互渗透，不断引入新技术、新知识，跟上技术发展的要求。如画法几何的内容理论性过强，题目抽象，尤其是点、直线、平面的投影中的求实长、实形和相对位置关系等内容，学生普遍感到困难，且应用较少。笔者根据“必需、够用”的原则，删去这部分内容，重点讲解正投影的基本原理和点、直线、平面的投影规律，并加大机件的表达方法及机械图样的画法与阅读的比重。
随着计算机科学技术的飞速发展，计算机辅助设计软件在我国各企业中的应用日益广泛，三维设计成为CAD技术应用的必然趋势。这也给机械制图课的教学带来了很大冲击，仅依靠传统的二维绘图以及AutoCAD绘图，已经不能满足现代企业的发展需要。机械制图与CAD技术教学内容的改革迫在眉睫。只有让学生在学习机械制图课程时逐步掌握三维CAD软件的实体建模，才能为以后的CAE/CAM、课程设计、模具设计、毕业设计奠定基础，逐步形成现代工程设计意识。针对以上情况，笔者在培养学生利用AutoCAD绘制机械图样的同时，采用SolidWorks软件适当增加三维几何造型内容，如草图绘制、拉伸（切除）、旋转、扫描特征、曲面及放样等，为后续的数控技术、模具设计等专业课奠定了基础。
教学手段与教学方法改革并举
现有教学方法的局限性随着多媒体技术的发展，计算机辅助教学成为机械制图教学的重要方式和手段，但就目前情况来看，存在诸多问题：一是计算机在教学过程中仅作为传统教学模式中黑板的替代品，虽然为教师的教学工作带来了方便，但却没能充分利用计算机的各项功能，特别是在实践性较强的机械制图教学中，没能将理论教学和实践教学有机结合起来；二是近年来开发的CAI课件虽已成为教师向学生传递信息的教学工具，但却没能成为调动学生学习积极性的学习工具；三是AutoCAD计算机绘图虽然能够代替手工绘图，加大了信息量，但仅掌握这些内容远远不能满足现代企业对工程技术人员专业素质的要求。机械制图的教学改革应在教学方法上下工夫：一方面，要解决教学理论问题，另一方面，要进行技术更新，不仅要让三维造型技术成为机械制图课的一项重要内容，还要使其成为学习机械制图知识的重要工具，使学生将二维图形与三维建模紧密联系起来。
课堂上采用灵活多样的互动式教学方法在教学方法上，笔者开展互动式教学，努力让学生灵活学习制图知识，鼓励学生对同一问题提出不同的解决方案，倡导学生与教师一起就相关问题进行讨论。如讲解点、直线、平面的投影规律时，以轴测图及其对应的投影图的形式，适当以几个不同立体上的点、直线、平面为例进行讲解，尽量做到将讲解内容与实际相结合。在讲授三视图及其对应关系时，笔者制作了Flash动画，把三视图的形成过程，直观地展现在学生面前，让学生轻松愉快地掌握三视图的对应关系和投影规律。讲剖视图时，对剖视图中容易出错的地方采用正误对比的方法进行教学，并用AutoCAD制作出各种各样的剖视习题，供学生上机练习时使用。该方法既让学生练习了AutoCAD绘图技术，又使其学到了机械制图知识，达到了机械制图与AutoCAD绘图的有机结合。在课堂上，用AutoCAD调出学生的答案，把学生普遍出现的典型错误展现出来，供大家讨论，最后由教师给予讲评，并给出答案和三维模型。将二维图形与三维建模进行穿插教学的方法收到了很好的效果，激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛，提高了教学质量，减轻了学生的畏难心理。
采用三维建模建立空间思维实践证明，三维CAD实体建模是组合体构形设计的一种先进工具，有助于提高学生的空间构思能力和构形设计能力；同时，CAD实体建模也可作为一种思维工具加以使用，它是培养学生创新能力的有益工具。笔者选用了SolidWorks进行三维造型，既培养了学生从三维开始的现代设计理念，又促进了机械制图教学。如在讲授常见的圆柱与圆柱相贯线的投影时，学生总是难以理解圆柱相贯线内容，笔者采用了三维造型中的布尔运算及三维剖视图等方法，把外圆柱面与外圆柱面相贯、孔与孔相贯、外圆柱面上挖孔相贯的情况直观形象地展现给学生。同时，改变相应的半径值，将特殊情况下的相贯线与一般情况下的相贯线的走向直观地表达出来，极大地激发了学生的学习兴趣和学习热情，取得了事半功倍的效果。
培养学生从三维到二维，再从二维到三维的思维模式既然三维设计成为CAD技术应用的必然趋势，那么，二维图形的学习是否已经不重要了呢？恰恰相反，二维图形在三维建模中仍然起着重要作用：首先，三维建模一般是在求出二维几何图形后，通过拉伸、旋转、放样而成；其次，三维物体需要二维图形的尺寸标注确定各点、线、面之间精确的几何关系，二维制图仍将广泛用于零部件及其一般装配的设计和分析。掌握二维制图的技术仍是当今工程技术人员必备的基本功，因此要十分重视二维制图教学。反过来，三维建模对二维制图的学习具有促进作用。二维制图与三维建模是相辅相成的，在教学中应培养学生二维图形与三维图形相互对应的思维模式。建立二维图形与三维立体的对应关系是学生学习时普遍感到困难的地方。因此，在讲解组合体视图这部分内容时，笔者尝试分步进行：第一步，培养学生根据三维图形画出三视图，再由他们所画的三视图想象出原二维图形，以检验自己的构思是否正确；第二步，通过读懂组合体的三视图想象出三维图形，并用SolidWorks画出此三维图形，之后由三维图形生成其三视图，检验是否与原二维图形一致；最后根据两视图补画第三视图。这种先从三维到二维，再从二维到三维的思维模式，能够起到二维、三维相互渗透、相互融合的作用，充分发挥学生的学习主动性。学生通过课堂上的学习和课后的反复练习，形成了空间思维能力，使空间到平面、平面到空间的思维灵活化、习惯化、具体化。通过动脑和动手实践，锻炼了学生的创造性思维。
加强学生实训环节
机械制图及CAD在培养学生的识图能力、空间想象和思维能力的同时，还培养了他们一定的手工绘图和计算机绘图能力，使其基本掌握了《技术制图》、《机械制图》等国家标准，初步具备了查阅并运用有关标准的能力，培养了学生认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风。除了精选作业练习以外，笔者在课堂教学中还安排了模型三视图、机件表达方法、齿轮测绘以及一周的零部件测绘，要求学生掌握绘图工具的使用方法，能够使用计算机及手工绘制各种零件图和装配图，掌握正确的作图步骤，增强标准意识，贯彻最新的制图标准，提高零件图、草图的绘制能力，以及标准件、常用件和一般类零件中标准结构的尺寸及公差与配合的查表等能力。
为培养学生的技术应用能力、职业实践能力和创新能力，以适应科技、社会发展和知识经济时代对人才的要求。笔者根据高职学生的特点，从教学内容、教学手段、教学方法、教学模式等关键环节入手，对机械制图教学进行了改革，特别强调二维视图与三维建模的有机结合。实践证明，学生的学习积极性明显提高，空间思维模式的建立明显加快，创新意识明显增强，有效提高了高职机械制图课的教学效果和教学质量。
参考文献：
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[3]邓春晓，胡德平.SolidWorks 对工科学校机械专业教学的重大影响[J].机械，2004，（11）：32-34.
[4]王和顺，汪勇，徐宏.三维建模技术与工程制图[J].组合机床与自动化加工技术，2004，（3）：48-50.
作者简介：
鄢春艳（1966—），女，江西武宁人，硕士，广东科学技术职业学院副教授，研究方向为CAD/CAM和计算机图形学及应用。