機械專業工程圖學類課程體系的改進探索

韓素蘭　趙俊龍　程方

摘要：隨著計算機技術的進步，計算機輔助設計、輔助制造等應用技術得以迅速發展，其專業基礎課程——機械專業工程圖學類課程，作為一個課程體系，也應隨之予以改革完善。本文從實際出發，探討了機械專業工程圖學類課程體系各部分內容及其與學習順序先后時段的對應關系，明確了各部分內容之間的學習遞進關系和相互作用關系，加強了教學方法的適用研究，完善了課程體系內容，使其更具有系統性、實用性和科學性，學生可以更好地學以致用、學用結合，對培養新一代工程技術人員有著積極的作用。

關鍵詞：畫法幾何；機械制圖；計算機二維繪圖；三維實體設計；零件測繪

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）12-0099-02

進入21世紀后，隨著計算機應用技術的發展，計算機輔助設計（CAD）、輔助制造（CAM）等技術的應用，工程圖學類課程作為一項服務于工程設計與制造的技術課程，其教學內容及教學目標均發生了極大的轉變。它不再單是培養繪制、識讀工程圖樣的專業基礎課，它逐漸成為研究圖學理論與圖形表達的綜合基礎課程，是研究工程與產品信息的表達、交流與傳遞，培養學生工程素質、形象思維及創造性思維能力的主要技術課程。因此，隨著新形勢的發展，完善工程圖學類課程體系，培養CAD應用技能復合型專業人才，已變成了當今社會的必須。

機械專業工程圖學類課程是一個課程體系，不僅包括傳統的工程制圖內容，如畫法幾何、機械制圖，也包括計算機二維繪圖和三維實體設計等內容。作為專業基礎課程，它有著很強的實踐性，還需要配合有機械零部件測繪的工程實訓內容。從內容上，它不但研究圖學理論與表達，還培養圖形繪制能力、三維實體設計等。目前計算機三維實體設計正變得越來越重要。大學階段，按不同的時間階段與各部分學習、應用的內容相結合統一考慮，他們之間的具體關系見圖1。

工程圖學類課程不僅是學習一門理論知識，更是培養學生的一項專業技能，是培養學生創新思維與能力的課程。完善課程體系內容，加強教學方法的研究，使其更具有系統性、實用性和科學性，使學生學以致用、學用結合，在應用中不斷完善和提高，對培養新一代工程技術人員有著積極的作用。

一、學習畫法幾何內容，掌握繪圖理論

畫法幾何是研究投影法、投影規律等基本理論的，它是培養學生識圖和繪圖能力、空間想象和構思能力的起點，該部分內容在學生創新思維和創新能力培養中起著舉足輕重的作用，它是掌握后續相關專業基礎課和專業課的重要基礎。

學習該部分內容，點、線、面投影是學習基本體的投影基礎，從線、面出發，由淺入深、循序漸進，讓學生抓住物體的特征，注意物與圖的相互轉化，形成空間思維能力。學生在掌握正投影理論的基礎上，使研究問題的對象由二維平面發展到三維空間，培養了學生的空間思維、形象思維能力。組合體部分的內容，起著承上啟下的作用，它由研究點、線、面和基本體的投影過渡到組合體，并為后面的表達方法和零件圖做前期鋪墊。講解組合體時，借助三維建模軟件生成實體模型，以獲得感性認識，可以對解題產生啟示作用。讀圖時，引導他們從體的認識再逆向思維到點、線、面，將抽象的二維轉換成形象的三維，實現物體與圖形的轉換，提高空間想象能力，培養學生的繪圖和識圖能力，為后續課程打下堅實的基礎。同時，講解時可引入三維軟件進行三維建模，引起學生對三維設計軟件的好奇心，激發學習欲望。

二、將專業制圖與計算機二維繪圖合并為機械制圖及計算機繪圖

專業制圖進一步培養學生繪制、識讀零件圖、裝配圖的能力，要求學生掌握國家標準的規定，掌握零件圖、裝配圖的繪制內容和要求，要求學生能利用繪圖儀器、計算機軟件正確繪制符合國家標準的機械圖樣。通過零件圖繪制、識讀，了解零件的結構、設計與零件工藝、加工方法、加工順序等知識有關；通過零件圖表面粗糙度、極限配合以及形位公差等，對將來的專業課程，如機械制造、金屬材料及熱處理等有所了解；通過裝配圖，使學生了解到新產品的開發設計順序，了解設計時要考慮的內容。通過以上一系列內容的講授與應用，提高學生的綜合能力和解決實際問題的能力，培養學生的實踐能力。

二維繪圖以常見的AutoCAD軟件為例，學習時，首先講解AutoCAD的簡單繪圖、編輯功能，使學生可以繪制簡單的圖形。教學中可以從實際的案例出發，把學習的重點放在繪制具體實例上。通過繪制具體圖形，把要學習的具體命令融入到具體實例中，在使用中不斷練習總結。然后，根據需要介紹的專業制圖的內容，增加零件圖和裝配圖，逐步介紹AutoCAD的其他功能，用以繪制復雜的符合專業要求的零件圖、裝配圖。

繪制圖形時，可以將尺規繪圖和計算機繪圖結合起來繪制。通過教學實踐比較發現，尺規繪圖環節不僅加強了繪圖技能，對培養學生嚴謹、認真負責的學習、工作態度有重要意義，同時在尺規繪圖過程中學生對知識的理解和運用有實質性的進展。在計算機繪圖普及的今天，尺規繪圖不但不能削弱反而更需要適當加強。繪制過程要求學生繪制的圖形要符合國家標準，繪制時逐步利用AutoCAD的輔助功能，實現快速、準確的繪圖。通過這種教學方法，整個教學過程能夠學以致用，學用結合。

三、進行三維實體設計，為實際工程設計奠定基礎

實際生產中，二維設計在其表達方法上有其自身的局限性，所以隨著計算機的發展，三維建模技術應運而生。三維建模使得設計和制造的理論技術發生了巨大變化。通過三維實體設計軟件可以對零件進行三維建模，進行虛擬裝配，能夠直接在計算機上對設計出的零件進行虛擬加工和裝配試驗，檢查零件的加工工藝性和裝配質量（是否有干涉、松動等），并以有限元分析軟件為平臺對模型結構進行強度和剛度分析，從中及時發現設計缺陷并進行結構優化。這一技術縮短了時間、提高了設計效率，從而減少昂貴的試驗費用。同時利用三維實體設計軟件，可以將三維模型直接生成二維的零件圖，這種方法準確、直觀，減少了繪圖工作量，提高了零件設計的效率。尤其對于復雜的幾何造型、不規則復雜曲面等的投影，視圖中的交線（截交線、相貫線）能夠自然生成，避免了二維圖形的繪圖。

三維實體設計在學習時，可以采用循序漸進的方法，由易到難，結合實際練習。初學者可按照由下至上的設計方法，先對各個零件進行三維建模，然后按照相應的配合、約束關系進行裝配，裝配后對裝配體進行模擬動畫，進行工作原理模擬。熟練后可采用由上至下的設計方法，根據自己的想象構思，進行設計和修改，一邊裝配、一邊建模，方便、快捷。

現代企業的設計、生產、制造模式正朝著信息化方向快速轉變，三維實體造型已經成為從設計構思到數據采集、數控加工等的主要模式，三維實體設計技術逐步成為工程技術人員必備的一種現代技能，是現代制造工程人員必須掌握的重要技術。目前，國內大、中型企業許多采用Pro-E、CATIA、SolidWorks等三維軟件進行設計。

四、進行零部件測繪，培養學生工程實踐

機械零件測繪是機械類專業重要的基礎性實踐教學環節。機械零件測繪是以真實零件為測繪對象，要求學生利用測量工具對零部件進行測量，然后繪制草圖、計算機繪圖以及進行三維建模和裝配。通過對零件的測繪，要求學生對零件的測量結果和加工工藝進行尺寸分析，從而得到有效的數據，根據測量分析結果繪制零件草圖，依據草圖繪制出正規的零件圖和裝配圖，或者直接創建三維模型，通過三維模型、裝配體直接生成二維工程圖、裝配圖。

零件測繪涉及多門課程，如機械制圖、公差與配合、材料、工藝等，不僅用到相關專業的理論知識，而且需要有機械加工生產實習的經驗，特別是在技術要求的制定方面最為艱難復雜，需要多方面考慮才能完成。零部件測繪全過程的訓練，有利于提高學生的工程圖學綜合能力，有利于培養學生的工程素質，增強學生的綜合實踐能力，為后續課程的學習以及將來的工作奠定基礎。模型測繪過程可鼓勵學生通過三維模型和裝配圖進行小的改進，生成爆炸圖、模擬工作原理，進行靜態分析等，使學生具有創新意識，進一步提高三維實體設計能力。

五、總結

根據我校實際情況，通過近幾年的教學實踐，我們按時間階段分別開設了畫法幾何、機械制圖及計算機繪圖、SolidWorks三維實體設計、機械零件測繪等課程。后期，帶領學生參加先進成圖技術大賽、參加認證考試，對前面學習內容，在后續課程的學習、設計中不斷應用、深化和強化。經過系統的工程圖學類課程學習后，學生的空間想象能力有了極大的提高，能快速、準確繪制正確的工程圖樣，可以創建三維模型、虛擬裝配，并進行動畫仿真。部分感興趣的同學還可進行簡力學性能分析，且掌握了科學的思維方法，增強了工程意識和工程能力，提高了綜合素質，為畢業設計做好了充分準備，為以后走向工作崗位打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]余桂英，李小兵，等.工程制圖課程的教學改革與實踐[C].中國圖學新進展2007.濟南：黃河出版社，2007：424-425.

[2]韓素蘭，李文娟，程方.工程制圖課程與大學生創新能力培養研究[J].大家，2011，（01）：107-108.