基于CAD技術的工程圖學課程教學改革研究

毛欣 馬永財 張波

摘要：CAD技術在制圖課程多媒體課件中的應用已成為普遍現象，但如何應用才能達到最佳效果目前尚沒有定論。本文在充分考察應用現狀的基礎上，提出了一套將二維和三維CAD技術分別在工程圖學課程教學中進行應用的方法，可替代黑板作圖、掛圖和模型等傳統教具，并可全面優化工程圖學課程的教學過程。經課堂實踐，效果較好，可供借鑒。

關鍵詞：工程圖學；教學改革；CAD技術

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2012）02-0028-02

工程圖樣被喻為工程界的“語言”，是工程技術人員進行技術交流的重要技術文件。工程圖學課程是所有工科院校必開的一門重要的專業基礎課，它對培養學生繪圖和讀圖能力、建立工程意識、培養嚴謹細致的工作作風和認真負責的工作態度起著重要的作用。

近年來，多媒體課件的興起已將工程圖學課程從傳統的板書繪圖授課和掛圖、模型演示中逐步脫離。加上靜態的板書、掛圖教育技術和手段無法展示三維實體和二維投影圖形之間轉換的動態過程，初學者不易理解和掌握，行之有效的制圖課程教學改革勢在必行。當今計算機圖學高度發展，現代工程界已將三維圖樣作為主流的信息載體。從20世紀50年代CAD技術誕生以來，CAD技術經歷了二維平面圖形設計、交互式圖形設計、三維線框模型設計、三維實體造型設計、自有曲面造型設計、參數化設計、特征造型設計等發展過程。目前CAD技術仍在不斷發展，CAD技術在多媒體課件中的應用已成為普遍現象，但如何應用才能使多媒體授課達到最佳效果，仍需我們在教學中不斷研究和探索。本研究將CAD技術融入工程圖學課程具有一定的創新性，可實踐性強，可為其他院校的制圖課程改革提供可借鑒的參考，并具有一定的推廣應用價值。

一、CAD技術在制圖教學中的應用現狀

多年來，工程圖學課程作為工科院校的一門專業基礎課，日益受到各高校教師和學生的重視。面對當前教育形勢的發展和就業形勢的需要，為了培養高素質人才，國內各大高校一直在對該課程進行各種各樣的教學改革嘗試，CAD技術的融入是主要思路，并取得了一定成果。

歐陽立新根據工程、產品的設計和制造發展趨勢，利用CAD技術，提出了以計算機三維造型繪圖為主線的工程制圖教學模式，為工程制圖的改革提供了新的思路和可行的實施方案，促進工程制圖教學和學習的現代化[1]。董曉英順應現代制造業信息化潮流，漸進地進行工程制圖改革。運用課程綜合化思想，實施工程制圖與AutoCAD融合式教學模式；在運用現代教育技術時趨利去弊；貫徹積件思想和自主學習理論，建立積件庫，開發網絡課件；將三維設計思想引入工程制圖教學中；實施機械制圖教學四年不斷線[2]。戴立玲提出近年來在工程圖學課程建設與改革中產生各種誤區的原因之一，在于忽略了工程圖學中的思維性教育內涵。論文在歸納工程圖學體系所具備的“思維性”和“語言性”兩大基本內涵的基礎上，提出了“穿插對比式”和“過程親驗式”兩種主要的融入方法，解決了新體系內容與現行課時限制的矛盾[3]。武曉麗面對三維CAD/CAM技術引起的設計、制造領域的重大變革，探討工程圖學的教學應如何定位，如何體現其課程特點及傳統價值[4]。康蘭提出在工程圖學的教學中，將CAI課件與三維CAD軟件相結合，一方面培養學生發散性和創造性思維的能力，另一方面以設計為主線將各部分教學內容緊密聯系在一起，在潛移默化中啟發學生從設計的角度來分析問題和解決問題[5]。賀慶強認為機械類學科工程制圖課程要求學生初步掌握畫法幾何和工程制圖的基本思想，由于其課時限制，必須考慮如何實現上述教學目標。首先分析了該課程各教學環節的具體分工及其作用，以及如何在實際的教學過程中進行落實，并進一步提出了在教學過程中借助虛擬三維實體模型技術，可以起到營造良好的教學環境、激發學生學習興趣的作用，從而順利實現教學目標[6]。

總之，大家普遍認為把三維CAD技術、構形設計、計算機圖形學等新內容融入工程圖學教學中，可加強對學生空間思維和構形能力、創新能力、工程意識的培養。但如何將它們融合在一起，采取什么樣的方法和手段，什么樣的比例才能取得最佳授課效果，還需進一步研究和探討。

二、基于CAD技術的工程圖學課程教學改革

本研究是將二維和三維CAD技術在工程圖學課程中合理應用，全面優化制圖課程的教學過程。

黑龍江八一農墾大學本科機械類專業制圖課程分為畫法幾何、機械制圖和計算機繪圖三個階段，并分三個學期進行。第一階段主要培養學生圖示及圖解空間幾何問題的能力，打下投影的理論基礎；第二階段主要培養學生繪制和閱讀工程圖樣的方法和能力，使學生掌握尺規繪圖和徒手繪圖的技能；第三階段培養學生使用AutoCAD軟件繪制工程圖樣的能力和使用UG進行三維實體造型、零件裝配和繪制工程圖的能力。本研究主要是在前兩個階段的教學過程中引入CAD技術，增強授課效果，提高教學質量，并為第三階段埋下伏筆。

（一） 二維CAD技術的應用

傳統教學模式方法呆板，教學內容顯得枯燥，局限性也很多，因此，利用課件進行多媒體教學已成為各大院校的首選。AutoCAD軟件在處理二維圖形時功能強大，具有完善的繪圖、文字輸入、尺寸標注等功能，教師可用其替代黑板、粉筆、圓規等工具。在畫法幾何課程中可事先將預講授的題目圖形用AutoCAD軟件畫好，用超鏈接的方式插入到多媒體課件當中，上課時可直接調用（注意：超鏈接CAD文件與PPT文件要在同一文件夾下，建議采用AutoCAD2004版本，調用較快）。如圖1中的三視圖為PPT中插入的超鏈接AutoCAD圖形，圖2為放映時調出的AutoCAD文件。在AutoCAD軟件中直接邊講解邊畫線完成求解的全過程，這種方法替代了黑板繪圖，既節省了時間，又保證了作圖質量，避免了黑板繪圖有誤差、圖形偏小后面學生看不清等缺點。

圖1PPT中插入的超鏈接

圖2調出的AutoCAD文件

這種方法在制圖課程后期尤為可行，因機件或零部件圖形更加復雜，課上時間有限，大量的黑板繪圖是無法實現的。若將大部分圖形用AutoCAD軟件先畫好，課上只演示關鍵部分的繪制過程，將大大節省時間，增加課堂信息量。同時使學生對AutoCAD軟件的使用有了更直接更真實的認識，激發學生后期學習的興趣。

（二）三維CAD技術的應用

在傳統教學中，對于機械制圖部分復雜的投影圖形，學生很難想象機件的空間形狀，也很難快速實現從空間三維實物到實物二維投影的轉化，在一定程度上影響了教學質量。笨重的教學模型雖然直觀卻很難帶到課堂，數量、形狀又有限，只能集中參觀、學習，效果不好。將三維實體造型技術和三維動畫技術應用到多媒體課件中，可使教學內容由靜態變動態，由二維變三維。例如，三維CAD軟件做出的部件、機器的整體效果（可做成旋轉動畫）如圖3所示，部件、機器的安裝和拆卸動畫和爆炸圖等立體圖片形象逼真、一目了然，使以往呆板的教學形式變得豐富多彩，大大調動了學生的學習積極性，降低了學習的難度

圖3減速器的整體效果圖

圖4減速器的爆炸圖

行之有效的教學方法，能夠提高和保證教學質量，優化制圖課程的教學過程。CAD技術在工程圖學課程中的應用，將使教師的授課內容編排靈活自如，課堂生動有趣，可大大激發學生的學習熱情和主動性，使學生更愿意參與到教學中來，增強了師生互動，提高了教學質量和學習效率。同時也激發了學生對CAD軟件的興趣，為后續計算機繪圖課程中的AutoCAD軟件和UG軟件教學埋下了伏筆。

參考文獻：

[1]歐陽立新，何鳳嬌.建立三維造型教學模式 深化工程制

圖改革[J].長沙鐵道學院學報：社會科學版，2009，（1）.

[2]董曉英，周杰，陳文存.基于CAx技術的機械零部件虛擬

模型庫設計與應用[J].江蘇技術師范學院學報，2010，

（9）.

[3]戴立玲，盧章平.工程圖學與基本CAD應用技術融入式

教學體系的研究探討[J].工程圖學學報，2006，（6）.

[4]武曉麗.培養創新思維 強化構形能力——面向三維

CAD/CAM的制圖教改新思路[C]//第十四屆全國圖學教

育研討會暨第六屆制圖CAI課件演示交流會論文集（上

冊）.北京：機械工業出版社，2004：215-219.

[5]康蘭.采用三維CAD軟件的工程圖學教學實踐[J].工程

圖學學報，2007，（6）.

[6]賀慶強，袁寶民，金濤.虛擬樣機技術在工程制圖課程中

的應用[J].武漢職業技術學院學報，2009，（2）.