《機(jī)械制圖與ＣＡＤ》課程教學(xué)改革的探索與實踐

摘要：根據(jù)高職教學(xué)的需要和機(jī)械制圖課的特點，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、教學(xué)模式等幾個環(huán)節(jié)，對高職機(jī)械制圖課教學(xué)進(jìn)行改革，強(qiáng)調(diào)二維視圖與三維建模的有機(jī)結(jié)合。實踐證明，這一改革思路是行之有效的，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和技術(shù)應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；教學(xué)改革；三維建模

高職教育的培養(yǎng)目標(biāo)是適應(yīng)生產(chǎn)第一線需要的高級技術(shù)應(yīng)用型人才。在教學(xué)中，基礎(chǔ)課教學(xué)應(yīng)根據(jù)專業(yè)的要求以“必需、夠用”為度，加大實訓(xùn)的比重。機(jī)械制圖是工科院校機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的課程。它的主要任務(wù)和目的是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行平面與空間的轉(zhuǎn)換，幫助學(xué)生建立二維平面圖形與三維立體空間的對應(yīng)關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生繪制機(jī)械圖樣和閱讀機(jī)械圖樣的能力以及計算機(jī)繪圖能力。學(xué)生對這門課程知識的掌握情況，將直接影響到后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)。因此，教學(xué)內(nèi)容不僅要突出基礎(chǔ)理論知識應(yīng)用和實踐能力培養(yǎng)，還應(yīng)與后續(xù)課程銜接。長期以來，高職機(jī)械制圖課程教學(xué)效果并不理想，原因之一便是中學(xué)階段對學(xué)生空間思維能力和空間想象力的訓(xùn)練較少。進(jìn)入大學(xué)后，在一學(xué)期內(nèi)快速建立起空間概念成為大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)難點，導(dǎo)致解題作圖時難以適應(yīng)。在教學(xué)中，既要以“必需、夠用”為度，以應(yīng)用為目的調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，又要處理好教師與學(xué)生的關(guān)系，在發(fā)揮教師主導(dǎo)作用，同時，突出學(xué)生的主體作用，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。本人針對機(jī)械制圖課的特點，對該課程教學(xué)進(jìn)行了如下嘗試與探索，收到了良好的效果。

以應(yīng)用為目的合理調(diào)整機(jī)械制圖課的內(nèi)容

加強(qiáng)實踐教學(xué)、壓縮理論課時是高職教育的特點。對機(jī)械制圖這門專業(yè)基礎(chǔ)課程而言，應(yīng)打破傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，重新選擇課程內(nèi)容，設(shè)置有效的教學(xué)實訓(xùn)環(huán)節(jié)，突出該課程與其他學(xué)科的橫向聯(lián)系，注重各學(xué)科之間的相互滲透，不斷引入新技術(shù)、新知識，跟上技術(shù)發(fā)展的要求。如畫法幾何的內(nèi)容理論性過強(qiáng)，題目抽象，尤其是點、直線、平面的投影中的求實長、實形和相對位置關(guān)系等內(nèi)容，學(xué)生普遍感到困難，且應(yīng)用較少。筆者根據(jù)“必需、夠用”的原則，刪去這部分內(nèi)容，重點講解正投影的基本原理和點、直線、平面的投影規(guī)律，并加大機(jī)件的表達(dá)方法及機(jī)械圖樣的畫法與閱讀的比重。

隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計軟件在我國各企業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，三維設(shè)計成為CAD技術(shù)應(yīng)用的必然趨勢。這也給機(jī)械制圖課的教學(xué)帶來了很大沖擊，僅依靠傳統(tǒng)的二維繪圖以及AutoCAD繪圖，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展需要。機(jī)械制圖與CAD技術(shù)教學(xué)內(nèi)容的改革迫在眉睫。只有讓學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程時逐步掌握三維CAD軟件的實體建模，才能為以后的CAE/CAM、課程設(shè)計、模具設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)，逐步形成現(xiàn)代工程設(shè)計意識。針對以上情況，筆者在培養(yǎng)學(xué)生利用AutoCAD繪制機(jī)械圖樣的同時，采用SolidWorks軟件適當(dāng)增加三維幾何造型內(nèi)容，如草圖繪制、拉伸（切除）、旋轉(zhuǎn)、掃描特征、曲面及放樣等，為后續(xù)的數(shù)控技術(shù)、模具設(shè)計等專業(yè)課奠定了基礎(chǔ)。

教學(xué)手段與教學(xué)方法改革并舉

現(xiàn)有教學(xué)方法的局限性隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)輔助教學(xué)成為機(jī)械制圖教學(xué)的重要方式和手段，但就目前情況來看，存在諸多問題：一是計算機(jī)在教學(xué)過程中僅作為傳統(tǒng)教學(xué)模式中黑板的替代品，雖然為教師的教學(xué)工作帶來了方便，但卻沒能充分利用計算機(jī)的各項功能，特別是在實踐性較強(qiáng)的機(jī)械制圖教學(xué)中，沒能將理論教學(xué)和實踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來；二是近年來開發(fā)的CAI課件雖已成為教師向?qū)W生傳遞信息的教學(xué)工具，但卻沒能成為調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的學(xué)習(xí)工具；三是AutoCAD計算機(jī)繪圖雖然能夠代替手工繪圖，加大了信息量，但僅掌握這些內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)對工程技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)的要求。機(jī)械制圖的教學(xué)改革應(yīng)在教學(xué)方法上下工夫：一方面，要解決教學(xué)理論問題，另一方面，要進(jìn)行技術(shù)更新，不僅要讓三維造型技術(shù)成為機(jī)械制圖課的一項重要內(nèi)容，還要使其成為學(xué)習(xí)機(jī)械制圖知識的重要工具，使學(xué)生將二維圖形與三維建模緊密聯(lián)系起來。

課堂上采用靈活多樣的互動式教學(xué)方法在教學(xué)方法上，筆者開展互動式教學(xué)，努力讓學(xué)生靈活學(xué)習(xí)制圖知識，鼓勵學(xué)生對同一問題提出不同的解決方案，倡導(dǎo)學(xué)生與教師一起就相關(guān)問題進(jìn)行討論。如講解點、直線、平面的投影規(guī)律時，以軸測圖及其對應(yīng)的投影圖的形式，適當(dāng)以幾個不同立體上的點、直線、平面為例進(jìn)行講解，盡量做到將講解內(nèi)容與實際相結(jié)合。在講授三視圖及其對應(yīng)關(guān)系時，筆者制作了Flash動畫，把三視圖的形成過程，直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生輕松愉快地掌握三視圖的對應(yīng)關(guān)系和投影規(guī)律。講剖視圖時，對剖視圖中容易出錯的地方采用正誤對比的方法進(jìn)行教學(xué)，并用AutoCAD制作出各種各樣的剖視習(xí)題，供學(xué)生上機(jī)練習(xí)時使用。該方法既讓學(xué)生練習(xí)了AutoCAD繪圖技術(shù)，又使其學(xué)到了機(jī)械制圖知識，達(dá)到了機(jī)械制圖與AutoCAD繪圖的有機(jī)結(jié)合。在課堂上，用AutoCAD調(diào)出學(xué)生的答案，把學(xué)生普遍出現(xiàn)的典型錯誤展現(xiàn)出來，供大家討論，最后由教師給予講評，并給出答案和三維模型。將二維圖形與三維建模進(jìn)行穿插教學(xué)的方法收到了很好的效果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍了課堂氣氛，提高了教學(xué)質(zhì)量，減輕了學(xué)生的畏難心理。

采用三維建模建立空間思維實踐證明，三維CAD實體建模是組合體構(gòu)形設(shè)計的一種先進(jìn)工具，有助于提高學(xué)生的空間構(gòu)思能力和構(gòu)形設(shè)計能力；同時，CAD實體建模也可作為一種思維工具加以使用，它是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有益工具。筆者選用了SolidWorks進(jìn)行三維造型，既培養(yǎng)了學(xué)生從三維開始的現(xiàn)代設(shè)計理念，又促進(jìn)了機(jī)械制圖教學(xué)。如在講授常見的圓柱與圓柱相貫線的投影時，學(xué)生總是難以理解圓柱相貫線內(nèi)容，筆者采用了三維造型中的布爾運(yùn)算及三維剖視圖等方法，把外圓柱面與外圓柱面相貫、孔與孔相貫、外圓柱面上挖孔相貫的情況直觀形象地展現(xiàn)給學(xué)生。同時，改變相應(yīng)的半徑值，將特殊情況下的相貫線與一般情況下的相貫線的走向直觀地表達(dá)出來，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，取得了事半功倍的效果。

培養(yǎng)學(xué)生從三維到二維，再從二維到三維的思維模式既然三維設(shè)計成為CAD技術(shù)應(yīng)用的必然趨勢，那么，二維圖形的學(xué)習(xí)是否已經(jīng)不重要了呢？恰恰相反，二維圖形在三維建模中仍然起著重要作用：首先，三維建模一般是在求出二維幾何圖形后，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣而成；其次，三維物體需要二維圖形的尺寸標(biāo)注確定各點、線、面之間精確的幾何關(guān)系，二維制圖仍將廣泛用于零部件及其一般裝配的設(shè)計和分析。掌握二維制圖的技術(shù)仍是當(dāng)今工程技術(shù)人員必備的基本功，因此要十分重視二維制圖教學(xué)。反過來，三維建模對二維制圖的學(xué)習(xí)具有促進(jìn)作用。二維制圖與三維建模是相輔相成的，在教學(xué)中應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生二維圖形與三維圖形相互對應(yīng)的思維模式。建立二維圖形與三維立體的對應(yīng)關(guān)系是學(xué)生學(xué)習(xí)時普遍感到困難的地方。因此，在講解組合體視圖這部分內(nèi)容時，筆者嘗試分步進(jìn)行：第一步，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)三維圖形畫出三視圖，再由他們所畫的三視圖想象出原二維圖形，以檢驗自己的構(gòu)思是否正確；第二步，通過讀懂組合體的三視圖想象出三維圖形，并用SolidWorks畫出此三維圖形，之后由三維圖形生成其三視圖，檢驗是否與原二維圖形一致；最后根據(jù)兩視圖補(bǔ)畫第三視圖。這種先從三維到二維，再從二維到三維的思維模式，能夠起到二維、三維相互滲透、相互融合的作用，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。學(xué)生通過課堂上的學(xué)習(xí)和課后的反復(fù)練習(xí)，形成了空間思維能力，使空間到平面、平面到空間的思維靈活化、習(xí)慣化、具體化。通過動腦和動手實踐，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

加強(qiáng)學(xué)生實訓(xùn)環(huán)節(jié)

機(jī)械制圖及CAD在培養(yǎng)學(xué)生的識圖能力、空間想象和思維能力的同時，還培養(yǎng)了他們一定的手工繪圖和計算機(jī)繪圖能力，使其基本掌握了《技術(shù)制圖》、《機(jī)械制圖》等國家標(biāo)準(zhǔn)，初步具備了查閱并運(yùn)用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的能力，培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)。除了精選作業(yè)練習(xí)以外，筆者在課堂教學(xué)中還安排了模型三視圖、機(jī)件表達(dá)方法、齒輪測繪以及一周的零部件測繪，要求學(xué)生掌握繪圖工具的使用方法，能夠使用計算機(jī)及手工繪制各種零件圖和裝配圖，掌握正確的作圖步驟，增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)意識，貫徹最新的制圖標(biāo)準(zhǔn)，提高零件圖、草圖的繪制能力，以及標(biāo)準(zhǔn)件、常用件和一般類零件中標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的尺寸及公差與配合的查表等能力。

為培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力、職業(yè)實踐能力和創(chuàng)新能力，以適應(yīng)科技、社會發(fā)展和知識經(jīng)濟(jì)時代對人才的要求。筆者根據(jù)高職學(xué)生的特點，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、教學(xué)模式等關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，對機(jī)械制圖教學(xué)進(jìn)行了改革，特別強(qiáng)調(diào)二維視圖與三維建模的有機(jī)結(jié)合。實踐證明，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提高，空間思維模式的建立明顯加快，創(chuàng)新意識明顯增強(qiáng)，有效提高了高職機(jī)械制圖課的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

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作者簡介：

鄢春艷（1966—），女，江西武寧人，碩士，廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院副教授，研究方向為CAD/CAM和計算機(jī)圖形學(xué)及應(yīng)用。