以CAD軟件使用為輔線的工程制圖教學改革

方錫武+李芳

[摘 要]改革以傳統的工程制圖教學大綱為主線，CAD教學為輔線的教學模式，將CAD教學內容穿插融入工程制圖教學中，科學合理地安排教學內容和教學進度，做到兩者的課堂局部獨立，授課內容交叉，使兩者的教學成為有機的整體且相互促進。鍛煉學生在制圖基礎學習中的計算機繪圖能力，盡可能“甩圖板”；利用AUTOCAD的三維造型功能，輔助學生學習制圖基礎中的截交線、相貫線和組合體構型等難點和重點內容，培養學生的空間想象能力和組合體構型能力，從而提高學生的繪圖、識圖技能。

[關鍵詞]融合；工程制圖；AutoCAD；視圖

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）08-0157-02

一、引言

工程制圖是理工科高校的一門重要的技術基礎課，具有較強的理論性和實踐性，主要培養學生的空間想象和思維能力，培養學生機械繪圖和識圖技能。多數理工類院校均開設此課程，該課程主要含制圖基礎和計算機繪圖兩部分內容。一般先教學制圖基礎，之后安排10學時至24學時學習計算機繪圖。如此安排有以下兩點弊端：1.制圖基礎大作業環節需要花費學生大量的時間和精力鍛煉圖板繪圖，目前計算機基本普及，實際工作中圖板繪圖基本用不上；2.制圖基礎學習中，截交線、相貫線和組合體構型等核心內容學生掌握起來有一定難度，主要原因是學生的空間想象能力不足，難以構型出形體的形狀。借助實物模型和橡皮泥可以培養學生的空間想象能力和三維構型能力，但使用不便且需要成本。如果在工程制圖教學中，在保證教學內容完整的前提下，以圖學思維的教學與訓練為主導[1] [2]，將AutoCAD計算機繪圖的教學內容有機融入其中，以AutoCAD作為制圖基礎大作業環節的繪圖工具，同時借助軟件的三維造型功能，輔助學生想象和構型截交線、相貫線和組合體等，則老師的課堂講解形象直觀，學生也能自己動手將想象的模型造型出來，不僅可以鍛煉三維構型能力和計算機繪圖能力，還有助于提高學習興趣和創新能力，從而提高學生的綜合素質，達到培養應用型人才的目的。

二、內容分析

制圖基礎主要包含[3]：1.緒論、制圖的基本知識和技能；2.點、線、面的投影；3.立體的投影；4.組合體；5.軸測圖；6.機件表達；7.標準件和常用件；8.零件圖；9.裝配圖等九大部分內容。在這九個方面內容中，第1部分是關于制圖的國家標準和繪圖工具、儀器的使用；第2部分至第5部分是培養學生的立體想象能力和繪制三視圖能力，是本課程的基礎和核心，也是學生學習本課程的重點和難點；第6部分至第9部分是關于機械零件和部件的表達，偏向于表達應用。

AutoCAD是一款流行的計算機輔助設計軟件，界面友好，用戶可通過工具條、菜單或命令行方式繪制二維圖和三維造型。該軟件相當于傳統制圖的繪圖工具和儀器，學生通過4-6個課時的教學即可掌握基本操作。其基本內容包含：1.軟件界面介紹；2.繪圖、修改和輔助繪圖工具；3.文本注釋、尺寸標注；4.對象特性；5.圖層；6.塊與屬性；7.設置繪圖環境、布局與打印；8.AutoCAD三維造型等八個方面內容。這些內容中，第1部分至第4部分是基礎，學生掌握這些內容的相關知識點就可以繪制平面圖形；第5部分圖層是對圖形進行分層管理；第6部分是對常用的圖形以圖塊來組織，便于快速畫圖；第7部分是打印出圖，授課時沒有打印設備，可以簡單講授；第8部分是關于立體的三維造型。AutoCAD內容中，與制圖基礎密切相關的內容是第1至第4部分，第8部分與其他部分有關聯，但因為內容知識點不多，操作比較容易，在本項目中作為非重點內容來安排。

三、主、輔線教學內容的融合

1.在制圖基礎的“基本知識和技能、點線面投影”部分融入“AutoCAD繪圖、編輯、文本注釋、尺寸標注、圖層、對象特性”等內容；

2.在制圖基礎的“基本體、截交線和相貫線”部分融入AutoCAD三維造型相關內容；

3.在制圖基礎“組合體”部分融入組合體三維造型能力訓練；

4.在制圖基礎的“機件表達”部分進一步加強AutoCAD繪圖、三維造型能力訓練；

5.在制圖基礎的“零件圖”部分融入AutoCAD圖塊及屬性、布局與打印操作相關內容；

6.在繪圖大作業環節，除草圖訓練和第一次平面圖形畫法，均采用計算機繪圖。

學時安排如下：制圖基礎課堂講授64學時；制圖基礎圖板繪圖2學時；AutoCAD機房講授14學時；AutoCAD機房上機16學時。其中，機房講授以教師講授和演示AutoCAD操作為主，學生學習操作為輔，一般講授幾個知識點后，給學生一定時間實際操作以體會繪圖命令，課后布置代表性作業；機房上機環節教師布置作業，以學生上機操作為主，教師隨課輔導，遇共性問題則適當講解。

四、CAD輔線教學的實施

1.傳統與現代方法并存，鍛煉繪圖能力

制圖基礎的“基本知識和技能、點線面投影”內容講授之后，安排一次圖板繪圖，讓學生體會傳統制圖方法。隨后在CAD基本繪圖操作講授之后，安排兩次AutoCAD平面圖形畫法，使學生盡快掌握AutoCAD繪圖命令、精確繪制平面圖形。

2.三維造型與二維視圖相結合，培養構型能力和視圖形成意識

AutoCAD有“建模”工具欄，提供基本體三維造型功能，可根據輸入的尺寸快速生成基本體。教師可代表性講授棱錐體和圓錐體的生成操作技巧，然后讓學生自己體會其他立體的生成方法。同時利用AutoCAD的“視圖”工具欄，讓學生從主、俯、左視圖和軸測圖看立體的投影形狀，培養學生的投影概念和視圖形成意識；基本體還可以由平面圖形經過“拉伸（extrude）”和“旋轉（revolve）”命令來構型，通過這兩個命令構型一些簡單立體，培養學生的學習興趣；基本體之間還可以進行布爾運算，AutoCAD“建?！惫ぞ邫谔峁嶓w之間的“并、交、差”等布爾運算，可得到基本體的截交線和相貫線（截交線和相貫線是制圖基礎中比較難的內容，學生借助CAD軟件三維造型功能，可直接觀察線的形狀，有助于理解截交線和相貫線的形成）。

3.團體協作畫裝配圖，提高學習效率

在AutoCAD繪制裝配圖環節，要畫多個零件圖，在給定的4個課時內難以個人完成。因此，將學生按4-6人分組，每組分配不同的裝配圖繪圖任務，組員只需畫1-2個零件圖，然后按組集中零件圖，再分發給個人畫裝配圖。這樣，個人與團體相結合，提高學習效率。

通過以上個幾個環節的教學實施，基本把CAD繪圖內容融入制圖基礎教學中，以軟件使用促進制圖基礎學習，在制圖基礎的繪圖練習中又加強了軟件繪圖鍛煉，做到了相互促進，相得益彰。

五、教學效果

為了測試本項改革的教學效果，我們給出如下習題，如圖1所示：

例題：已知主、俯視圖，畫出軸測圖和左視圖。

要求：1.A組在計算機上完成，B組在圖紙上完成；

2.畫軸測圖B組可以徒手，畫左視圖A、B組必須都要規范；

3.要求學生自己畫完立體圖，完成左視圖，均寫出所用時間。

這道題主要考察學生的空間想象能力和繪圖能力。測試時，我們將80個學生分成A、B兩組，每組40人，我們統計兩組學生的完成情況。表1是兩組學生在相應時段內完成立體圖的人數對比，完成時間太長者沒有列入對比；表2是在相應時段內完成左視圖的時間對比；表3是對完成的左視圖進行打分，相應分數段的人數對比。從對比情況看，A組在完成立體圖的時間上和左視圖得分上占有較大優勢，在完成左視圖的時間上A組也有優勢但不明顯，主要在于客觀因素，CAD畫左視圖時對寬度方向尺寸測量不便，作圖時要畫一些額外的輔助線，而B組可直接量取寬度方向尺寸直接畫圖，不需畫輔助線。

六、總結

在教學過程中有收獲但也有問題，收獲表現在：1.較大地提高了學生的計算機繪圖能力和三維造型能力；2.提高了學生學習制圖基礎的興趣和能力；3.豐富了制圖基礎的教和學的手段。問題表現在：1.教師機房授課難以監控所有學生，有學生上網或玩計算機，以致學習效果不好；2.學生上交作業時有少量同學相互復制，目前還沒有良策抑制。但無論如何，從學生掌握新知識和技能的角度看，此項教學改革應該利大于弊。

[ 注 釋 ]

[1] 胡宜鳴，孟淑華，王丹虹.機械制圖課程內容、體系改革的研究與實踐[J].工程圖學學報，2003（1）：123-127.

[2] 童秉樞，高樹峰.談工程圖學教學中學生創新能力的培養[J].工程圖學學報，2008（8）：1-6.

[3] 何銘新，錢可強，徐祖茂.機械制圖[M].高等教育出版社，2010（6）.

[責任編輯：鐘 嵐]