工程制圖與CAD及制圖測繪的一體化教學實踐*

金 鑫

(江蘇大學京江學院，江蘇鎮江 212013)

0 現狀與問題

工程制圖是一門研究繪制和閱讀工程圖樣的理論與方法的專業基礎課程，它既有系統的理論知識，又有較強的實踐性。工程制圖傳統的課程模式是理論學科型，教學內容編排按照理論知識劃分章節，教學方法基本以教師主導的課題灌輸式為主，現今的工程制圖授課方式已經由傳統的課堂板書的教學模式改為多媒體教學模式，這在一定程度上增加了授課的生動性，也提高了學生的學習積極性。但經過一段時間的教學實踐發現多媒體教學仍然沒有改變以教師主導的教學模式，學生仍是被動式的學習，過程中往往感到內容枯燥難懂，也不能更有效地培養其空間想象能力，難以調動其積極性和主動性，靈活應用知識的能力更顯不足，教學效果沒有得到明顯改善。

在工程制圖理論教學結束后，高校機械類專業一般會接續安排兩個教學實踐環節:計算機繪圖CAD(Computer Aided Design)與制圖測繪。其中，計算機繪圖主要使用軟件Auto CAD作為教學平臺，目前大多院校已經普及了計算機繪圖CAD教學，筆者所在的學院也開設了這門實踐課程，但開課時間是在工程制圖理論教學結束之后，且課時較少，只是作為該教學環節的補充，這就致使CAD與工程制圖兩個教學單元彼此割裂，而不是互為促進。另外，由于相隔時間較長，在學習CAD時學生往往已經忘記了工程制圖課程中的一些基本知識和作圖方法，也導致學習CAD存在不少障礙。

制圖測繪也是整個工程制圖教學體系中重要的基礎性實踐教學環節，其目的不僅是要鞏固所學的制圖理論知識，進一步提高學生繪制和閱讀機械圖的能力，更重要的是培養學生綜合運用所學制圖知識解決實際問題的能力，為后續專業課程的學習打下良好的基礎。傳統制圖測繪的模式主要是采用手工繪圖，工作量大，占用時間，學生為完成繪圖作業量不經過細致分析就匆忙下手畫圖，又不知如何系統考慮，因此只能機械地模仿甚至抄襲，忽視了對零件設計、表達方法、工藝結構、標注的合理性等關鍵知識的理解和綜合運用。另一方面，制圖測繪往往被安排在工程制圖教學結束之后，兩者相隔時間較長，也造成學生對制圖基本知識與方法的遺忘，這在教學實踐中也體現的較為明顯，反映在圖紙上則是有較多明顯的錯誤，較大影響作圖質量［1-2］。

綜合工程制圖、CAD、制圖測繪三個教學與實踐環節的相互關聯性與現存問題，結合已有的一體化教學研究成果［3-4］，本文提出工程制圖與CAD及制圖測繪的一體化教學方案，并在實踐過程中相當程度上解決了因以上存在的問題，提高了制圖類課程教學與實踐的質量。

1 基本條件

所謂工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學，包括下列五個“一體化”:工程制圖、計算機繪圖與制圖測繪課堂教學過程的一體化;教材、習題集、教學大綱及教學計劃所貫穿的思想和內容的一體化;多媒體教學和實踐方式的一體化;教學場地(教室、繪圖室、制圖機房)的一體化;教學效果評價體系的一體化。

首先是工程制圖、計算機繪圖與制圖測繪課堂教學過程的一體化，將三個教學單元整合為一個整體，不再相互獨立，由一位教師統一授課并指導實踐與測繪，這樣各環節沒有時間間隔，互相促進，計算機繪圖與制圖測繪促使學生對制圖知識的掌握與應用。

若想實現工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學，教材、習題集、教學大綱及教學計劃所貫穿思想和內容的一體化是十分必要的，現行教材中這三個單元多是彼此分開，即便是工程制圖和CAD結合在一本教材中，也多是將CAD附于制圖內容之后作為其補充，不能真正實現內容的互動與一體化。因此需要編寫統一的教材與習題集，在其中將三個教學環節按其內容的相關性有機的融為一個整體，也要編寫新的教學大綱及教學計劃［5］。

接下來是多媒體教學和實踐方式的一體化，以及教學場地(教室、繪圖室、制圖機房)的一體化。這主要表現在授課過程中，需要有先進的軟硬件設施，硬件設施包括適宜的教學場地和配套教學設施，教學場地應建立具備多媒體設備、黑板、教學模型展示柜等綜合性教室，制圖教室與繪圖室、計算機機房相鄰配套;軟件設施方面，要有優良的多媒體教學課件和較高版本的Auto CAD軟件，尤其重要的是要有一支高水準的師資隊伍，可以將一體化教學思想具體實施在教學過程中。軟硬件二者兼備才能確保一體化教學的順利進行［6］。

最后是教學效果評價體系的一體化，要建立綜合的教學效果評價體系，學生最終的成績評定分為平時成績、考試成績、上機成績、測繪成績等幾個方面，平時成績包括作業與手工繪圖作業兩部分;考試試卷主要考察學生對于制圖理論知識的掌握情況;上機成績包括CAD各環節的成績;測繪成績則是對測繪過程與圖紙質量綜合的成績評定。四部分在總成績中各占不同的比例，建議平時成績15%;考試成績50%;上機成績15%;測繪成績20%。

2 方案設計［7］

筆者所在高校的機械類工程制圖課程按照教學計劃被分成兩個學期進行，共84課時，其中第一個學期56課時，第二個學期28課時;CAD課程緊隨其后，按照教學計劃有28課時;制圖測繪集中在測繪周進行，一般放在第二學期結束時或者第二學年中。按照專業教學培養計劃，將工程制圖、CAD及制圖測繪三個教學單元進行一體化設計，主要思路是:將CAD與測繪納入工程制圖整體教學計劃之中，成為一體的教學單元;將CAD嵌入到工程制圖理論教學與測繪各個環節之中，緊隨其后將制圖理論知識與繪圖方法在CAD中實現。按照以上思路具體設計的工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學計劃如表1所示。

表1 工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學計劃

3 一體化教學實踐的效果

筆者在工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學的思路指導下，在所在的高校機械類專業制圖教學過程中對此進行了初步嘗試，取得了一系列比較明顯的教學效果。

(1)制圖理論知識教學、計算機繪圖與制圖測繪內容有機結合，成為一個整體，去除了三個教學單元之間的時間間隔，使學生有效地掌握各部分知識，提高了學生的繪圖與讀圖能力，這在學生的平時作業各項成績中明顯反映出來;尤其加強了計算機繪圖的能力，在之前的教學過程中，經常出現學生在CAD上機實踐中因為已經忘記制圖的基本知識而導致的低級錯誤，在測繪環節中更是如此，時間間隔往往導致測繪作業質量不佳，使用一體化教學有效地解決了該問題。

(2)工程制圖多媒體課件與CAD輔助演示及CAD上機實踐的有機結合，激發了學生學習的積極性，便于學生對知識的理解與吸收。以往的多媒體課件往往都是平面效果演示，雖然有一定的形象性，但仍不足以建立學生對形體的整體理解，在課堂教學中插入CAD輔助演示，使得教學內容更加生動形象，能提高學生的興趣，加深對學習內容的掌握理解，這在較難的教學環節(如組合體、機件的表達方法、零件圖等章)上表現的尤為明顯;而在某一教學環節完成之后隨即安排與其相聯系的CAD教學環節以及上級實踐，更加有效地鞏固了所學的制圖理論知識，也同時加強了計算機繪圖的能力。

(3)培養建立學生面向工程圖樣與形體的空間想象與分析能力，為其它專業課程的學習打下堅實基礎。面向工程圖樣與形體的空間想象與分析能力其實就是從由二維平面圖樣想象還原三維形體，以及由三維形體投射對應到二維平面圖樣兩個互逆的思維過程，這兩個過程可以利用Auto CAD軟件進行形象演示，如在Auto CAD中的“繪圖”工具欄有各角度的平面視圖和軸測圖的顯示效果，方便進行二維視圖與三維形體之間的相互轉換，在講授組合體、表達方法等內容時可以將形體的立體模型構建出來，再讓學生反復觀看各角度的平面視圖和軸測圖的顯示效果，這樣就能有效培養出學生的空間想象與分析能力。

(4)在各實踐環節，尤其是制圖測繪中提高了學生的繪圖效率與質量，為以后工作中的實際應用奠定基礎。傳統的制圖測繪要求學生手工作圖，工作量很大，造成學生在測繪周的大多數時間都在機械地模仿甚至抄襲，缺乏對測繪設計各環節的深入理解思考與綜合運用，而在一體化教學中學生之前已經掌握了Auto CAD的功能命令，并在練習中有了一定的熟練性，因此可以將測繪作業在Auto CAD中實現，過程中就減少了程式化繪圖的時間，增加了學生理解思考各環節的時間，這使得在實際教學過程中學生測繪作業的圖紙質量有了明顯的提高。

4 一體化教學實踐中發現的問題與解決思路

工程制圖、CAD及制圖測繪一體化教學取得明顯效果的同時，在教學過程中也發現若干問題，如下:

(1)教材編寫的問題。由于現行條件不充分，筆者在教學過程中使用的是以原本教學模式編訂的教材，其中工程制圖與CAD分別是兩本獨立的教材，制圖測繪在兩本教材中都沒有被列入，而只是由教師根據測繪任務指導書進行實施，因此在教學過程中出現多本教材同時交錯使用的問題，給教學效果帶來不利的影響，因此編寫將工程制圖、CAD及制圖測繪三部分內容有機結合為一體的新教材就成為迫切需要解決的問題，筆者已經著手申請教材編寫，希望盡早完成并出版。

(2)學生在計算機繪圖中的抄襲拷貝現象。電子文檔的復制拷貝極其方便，這也導致一部分學生不去自主認真的完成作業，只是簡單拷貝抄襲他人作業，這種現象在制圖測繪中表現尤為明顯，而這一問題若不能解決，將嚴重影響教學效果。其解決思路是:在制圖測繪中設置多個不同的專題，將學生劃分多個小組進行專題測繪，在小組內部再將各部件繪圖任務分配給各人，而某個學生最終成績的評定將由他所擔負的這部分測繪作業作為重要依據。

(3)任課教師評價打分的嚴格性。學生的成績評定分為平時成績、考試成績、上機成績、測繪成績四個方面，由于考試卷面成績只占總成績的50%，其它三項都是教師根據學生的平時表現與作業質量打分，有一定的主觀性，在實際教學過程中有的教師在平時成績、上機成績、測繪成績三項的打分上有較大的隨意性，或者為使某學生及格而在這三項上不合實際的提分，就造成最終的綜合成績無法表明學生對制圖的掌握程度。這就要求教師以認真負責的態度對待每個學生和每個教學環節，盡量將學生對每個教學環節的掌握程度通過成績反映出來。

5 結論

將工程制圖、CAD及制圖測繪三個教學單元合為一體，通過這樣的一體化教學設計就使工程制圖、CAD及制圖測繪三個教學單元相互促進，極大地豐富了工程制圖課程的教學內容，改善了工程制圖的教學方法，增加了學生對該課程的學習興趣，并且有效地培養了學生的空間想象能力、繪制和閱讀工程圖樣以及工程類專業設計思維的能力，確保了課程教學目

表1 離合器結構尺寸 /mm

表2 行星變速箱各構件轉動慣量 /kg·mm2

4 結論

(1)實例模擬計算結果看出，主，被動軸轉速變化趨勢與實際情況相一致，被動軸轉速變化要比主動軸變化慢得多，其原因是被動軸上的等效轉動慣量包含車體重量要比主動軸大的多而造成的。

(2)圖2被動軸轉速變化趨勢明顯示出，其變化很緩，說明在換檔過程中，車體的速度變化平穩，(加速度約為1 m/s以下)換檔帶來的沖擊很小。

以上模擬計算驗證了所建立的模型的正確性，該方法應用于實際車輛換檔過程的設計和研究中，可以模擬行星變速箱各構件的運動參數，找出其運動參數變化規律，為ZL50裝載機換檔過程各部件的動態參數設計奠定基礎。

［1］ 尹 明，張高平．ZL50裝載機換檔離合器優化設計［J］．煤礦機械，2013(4):25－30．

［2］ 段欽華．行星式動力換擋變速箱的分析與研究［J］．成都大學學報(自然科學版)，2006(1):71－74 ．

［3］ 張 勇．行星齒輪變速箱換擋過程的建模與仿真［J］．吉林大學學報(工學版)，2002(1):54－59．