社會服務激發的高職《機械制圖》課程改革研究

閔達

一、引言

2011年廣州南洋理工職業學院貫徹落實《關于推進高等職業教育改革創新引領職業教育科學發展的若干意見》（教職成〔2011〕12號）文件精神，開始履行高職院校的社會服務功能，扎扎實實開展了對企業的社會服務。機電類專業與周邊企業建立了多個產學研基地，開展對企業的技術咨詢、設備改造、員工培訓等技術服務。深入的社會服務發現，一是學生的現有的讀圖和繪圖能力不能滿足行業企業對高技術技能型人才圖學能力的要求；二是伴隨計算機繪圖軟件的快速發展和產業的轉型升級，幾乎所有企業都在廣泛使用計算機軟件繪圖和設計，依靠繪圖工具的手工繪圖已經退出，而現行的高職《機械制圖》課程還是手工繪圖在唱主格調。《機械制圖》課程內容，沒有與時俱進。因此《機械制圖》課程，必須實行從內容到形式的教學改革。一方面必須著眼于構建以提高綜合職業能力為核心的課程體系；另一方面，必須應對新的生產方式中技能型人才的素質要求，通過課程結構和內容的創新，提高學習者的學習能力、實踐能力和創新能力。

二、高職院校《機械制圖》課程目前教學狀況

《機械制圖》是高等院校機械類專業的主干技術基礎課程，是研究繪制和閱讀工程圖樣的原理和方法的一門學科，既具有系統的理論性，又有較強的實踐性。它研究的對象是被稱為工程界“技術語言”的機械圖樣。《機械制圖》為工科學生的后續專業課學習提供有力的前期準備，同時對于培養學生的工程實踐能力以及使學生形成較強的創新意識和職業能力奠定堅實的基礎。掌握和運用好這樣的“特殊語言”，對于工科類專業的學生來說至關重要。但目前高職院校《機械制圖》課程教學狀況卻存在以下教學弊端：

（一）課程教學沒能體現“技能優先”的高職教育特色

高職教育不同于普通的高等教育，不是以培養學術科研型人才為目標，而是以能力培養為基礎、以職業為導向的職業技術教育。傳統的《機械制圖》的教學從畫法幾何開始，后續的投影概念、三視圖的形成等等，整個課程的內容以知識為本體，學問化色彩濃厚，側重理論知識的講授。高職教育長期沿用了這一套知識本位的學科模式授課，使高職課程“技能優先”的特色難以體現，學習效率低下，學習目的難以達到。

（二）針對性教材匱乏，沿用的是普通教育學科模式教材

目前，適合高職院校《機械制圖》課程的教材較少，即使封面上寫著“高職高專規劃教材”，但實質上與本科的教材沒有多大的區別，教學內容也就維持該課程的理論性系統，不能體現高職院校的實踐性特點。

高職教育人才培養目標是學生應該具備某一職業所必須的理論知識和對應這一職業較強的實踐能力。因此，高職《機械制圖》的教材應以職業崗位的工作任務出發，依據職業崗位工作任務所需要的職業能力——讀圖和繪圖能力，去構建體現能力培養的、適合高職學生、彰顯高職課程特色的教材。

（三）沒有針對有效解決高職學生學習這門課程“難”的方法

傳統的《機械制圖》主要教授三個方面的內容：一是平面圖形的基本畫法；二是國家標準與行業規范；三是三維實體的平面表達。其中第三方面的內容即平面思維與立體思維之間的相互轉換既抽象又難學，是學生最難理解和掌握的，尤其是入學基礎較差的高職學生，很難建立空間想象力。

傳統的《機械制圖》教學中，采用的圖例都是靜態的，表現形式呆板無趣，對活躍學生的思維效果差。因此如何通過各種教學途徑提高學生對課程的學習興趣，也是對高職課程改革的特殊任務。

（四）課程的內容跟不上科技發展、產業轉型升級的需要

隨著計算機應用的迅速發展，采用計算機輔助技術和先進的信息管理技術是企業流程再造、提高工作效率以及產品質量和競爭力的必由之路。而作為產品零件數字化的基礎手段，無疑是計算機繪圖，特別是使用計算機三維繪圖設計。

在科技形勢發展與實際運用需求的形勢下，《機械制圖》課程必須與計算機圖形技術和先進制造技術緊密結合。《機械制圖》課程的傳統教學模式必須融入一些現代科技元素，加以改革。

目前，大部分學校已分別開設了《機械制圖》和《AutoCAD》課程，引進了計算機繪圖技術，但由于兩課程分開兩個學期設置，使本來同出一轍的兩門課程不能相互支持，最終影響教學效果。例如《機械制圖》的授課還是建立在手工繪圖模式上，無論是課堂教學還是課后練習，手工繪圖都占有較大份量，在時間上在工具配備上都花費較大。而學習《AutoCAD》時，學生對于機械制圖的相關概念又所剩無幾，只是進行完全沒有機械制圖系統理論指導的軟件操作，影響了學生的圖學水平提高。

三、四合一的《機械制圖》課程改革思路

針對以上機械制圖課程目前的教學弊端，結合行業企業對高技術技能型人才的技術技能要求，提出對傳統機械制圖課程的改革。

（一）課程改革的基本原則

一是緊跟行業、企業對高技術技能型人才的要求，準確定位高職《機械制圖》的課程目標（技術技能）——學生必須掌握使用這門工程語言，能夠繪制和識讀工程圖樣，具有空間想象和形體表達的實際技能，能利用CAD軟件繪制機械零件圖和裝配圖。因此集繪制和閱讀工程圖樣的原理和方法為一體，培養學生機械圖樣的空間思維能力和制圖技能，將計算機圖形技術和先進制造技術融入《機械制圖》課程。

二是以《機械制圖》內容為主線，保持其為工程語言的一切規則，以繪圖、識圖能力培養來合理安排教學內容，以繪促讀，重在識圖，不過度追求課程內容的系統性、完整性，而是注重基礎，突出職業能力。二維、三維計算機圖形技術和先進制造技術的介入以簡化、優化《機械制圖》為原則，在合適的時機進入，達到相互協調、相互促進、相輔相成的目的，整體提高學生的圖學能力。

三是結合高職學生的現有基礎，以調動學生學習積極性為目的，重點解決空間想象力難以建立的關鍵問題，引進二維、三維計算機圖形技術和先進制造技術幫助學生實現三維實體和二維圖形的轉換，運用各種先進的教學手段，多方實現以達到預定的學習效果。

四是在教學過程中注重學生創新能力的培養。

（二）引入新技術

根據以上原則，引入了二維制圖軟件AutoCAD、三維制圖軟件Solidworks以及先進制造技術——3D打印技術，在合適的時機有機地將這些方法切入《機械制圖》課程中，形成四合一《機械制圖》課程體系，此舉既能體現智能制造背景下高職技能人才培養的前瞻性，又不失《機械制圖》課程的學科性，目標明確，主線清晰，以求達到最佳效果。

《機械制圖》的根本是在一系列國家標準與行業技術標準的基礎上利用三視圖實現三維實體的二維圖形表達。機械制圖用圖樣確切表示機械的結構形狀、尺寸大小、工作原理和技術要求，是表達設計意圖和制造要求以及交流經驗的技術文件。

計算機圖形技術AutoCAD以圖形繪制為主，賦予的專業知識較少，AutoCAD圖形的繪制不能脫離機械制圖的學習而獨立進行，只有在掌握機械制圖的基本理論、投影規律、表達方法和《技術制圖》《機械制圖》等國家標準的同時，才能應用AutoCAD畫出符合要求的機械圖樣；而AutoCAD軟件的熟練運用又是促進機械制圖教與學的有效工具，在機械制圖中引入AutoCAD，大大縮短了傳統手工繪圖占用的課堂時間和練習時間。

將二維制圖軟件進行擴充和延伸，在教學中充分運用三維造型和裝配手段，將現代三維設計、分析與制造理念引入教學過程。三維制圖軟件SolidWorks的學習使學生可以利用計算機繪圖軟件形象展示空間形體，形象展示三維圖形與二維圖形的轉換過程。所以學習SolidWorks 軟件有利于突出機械制圖的重點，有效解決“三維實體的平面表達”難點，提高學生空間想象力，消除學生的畏懼心理，培養學生對《機械制圖》課程的學習興趣。另外，SolidWorks軟件可以直接從三維模型中自動產生工程圖，包括六面視圖、尺寸和標注，既方便操作者，學生在初學時也方便檢驗自己作圖的對與錯。

3D打印技術是建立在三維建模基礎上的，與二維與三維繪圖技術有非常直接的關系。3D打印的原理是把數據和原料放進3D打印機中，按照由點組成線、由線組成面、由面組成體的原理，機器會依據程序將原料累積成實體，而數據就是取至于三維模型分解后的二維圖形信息。3D打印技術的引入不僅提高學生學習興趣、增強學生動手能力，也是驗證學習正確與否的有效途徑。

四合一《機械制圖》課改的思路就是建立以機械制圖內容為主線，以二維AutoCAD軟件為表達手段，以三維 SolidWorks軟件為表現形式，以3D打印機為應用印證的四合一教學模式。

四、四合一《機械制圖》課改實施方案

（一）學習二維CAD繪圖軟件AutoCAD基本繪圖與編輯命令繪制平面圖形

二維計算機繪圖技術一般采用的是國際通用的AutoCAD軟件，特點是利用一些圖形命令與編輯命令組合完成圖樣，制圖效率極高。

作為《機械制圖》課程的導入，采用AutoCAD軟件的學習，使學生一開始接觸的不是枯燥的理論，而是實際軟件的操作，易懂、易學、易上手，產生對這門課程的興趣，體現高職課程教學“技能優先”的特點。

此階段主要是學習AutoCAD基本繪圖與編輯命令，學習平面圖形繪制。

（二）介紹機械制圖的基本知識，利用AutoCAD完成幾何作圖、繪制圖框和尺寸標注等教學內容

介紹國家標準《技術制圖》《機械制圖》相關規定，包括圖紙幅面及格式、比例、字體、圖線、尺寸標注及CAD制圖規則，并讓學生自己利用AutoCAD軟件繪制圖框、生成各種幾何圖形，并完成圖形的“尺寸標注”。通過練習進一步掌握AutoCAD繪圖軟件的基本使用，鞏固第一階段的學習任務；同時也將學生的“平面繪圖”引入到正規的國標、行標，引入到正規的圖幅圖框中。此階段較大幅度刪減了對于高職學生難以理解、且并不影響技術技能提升的“畫法幾何”部分，僅保留少量的手工繪圖的練習，以讓學生了解手工繪圖工具的使用。學生帶著學習AutoCAD的新鮮感，輕松接受了“機械制圖”的國家規定、行業標準，在計算機軟件繪圖的基礎上完成“制圖基本知識”的教學任務，緊跟了行業形勢，突出了教學重點。

（三）引入正投影概念，在AutoCAD的基礎上建立三投影面體系，三投影面的“三等”關系

本階段僅引入正投影概念，在AutoCAD的基礎上建立三投影面體系，以最簡單的圖形講清三投影面的“三等”關系。結合AutoCAD繪圖軟件學習點、線、面的三面投影及投影特性。點、線、面的三面投影及投影特性是《機械制圖》課程的一個重點，對于高職學生也是一個難點。結合AutoCAD繪圖軟件的運用，較之于傳統的《機械制圖》課堂由老師來講解，有很大的優越性，不僅老師可以用PPT展示教學過程，學生也可以通過自己的AutoCAD界面來體會點、線、面的三面投影關系及投影特性。較好地解決這一重難點。

而幾何體的投影及視圖教學歸入下一單元。

（四）在AutoCAD繪圖環境中創建三維實體，完成“立體及其表面交線”的視圖教學

傳統的制圖教學在正投影概念的引入后，立即引入了三維實體的二維平面表達，再到反向三維想象能力的培養，這樣的順序對當前的高職院校學生顯得力不從心，抽象思維能力較難建立，多年來高職機械制圖課程一直未找到有效的解決方法。三維CAD軟件的介入提供了從三維到投影的全新解決方案。為了幫助學生更好地完成平面思維與立體思維之間的相互轉換，在AutoCAD繪圖環境中引入“實體建模”概念，一方面讓學生掌握立體建模的操作步驟，另一方面感性地體會由二維生成三維的過程，培養學生具備一定的平面思維與立體思維之間的相互轉換能力，在此基礎上過渡到投影視圖教學，即通過三維實體直觀地進行平面和曲面立體的投影分析，完成基本體的三視圖作圖。

四合一課程改革將這一部分的內容，放在三維實體建模后的繪圖環境中學習，學生看得見這些模型，容易留下深刻的印象，順利完成截交線、相貫線相關知識和投影作圖的教學任務。

（五）在AutoCAD繪圖環境中學習“組合體”

在學生已經掌握了三維實體建模的基礎上，通過AutoCAD的各種命令，將簡單的形體按其組合方式進行布爾運算，形成組合體。

教學過程中利用計算機AutoCAD三維實體建模輔助理解疊加、相切、相貫、切割等組合形式，幫助學生直觀地接受組合體的構成，準確地想象出物體的形狀、截交線和相貫線的形狀，并正確地畫出圖形。如此處理能進一步激發學生學習計算機繪圖軟件的興趣，同時很好地解決了制圖課的一大難點，有事半功倍的效果。

（六）學習三維CAD繪圖軟件SolidWorks

此階段引入三維計算機繪圖軟件SolidWorks。三維計算機繪圖軟件很多，如3DMAX、PRO/E、SOLIDWORKS、AC3D、WINGS3D等等，其中，SolidWorks軟件功能強大，組件繁多。有功能強大、易學易用和技術創新三大特點，是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD系統。此階段學習SolidWorks基本知識，學習草圖繪制的基本概念、相關命令和編輯指令，完成二維特征截面的草圖繪制，并通過拉伸、旋轉、掃描、放樣等方式完成三維實體建模。

結合SolidWorks再次學習組合體，學習使用Solidworks軟件完成組合體的視圖制作，最后還可用用SolidWorks “工程圖” 中“標準三視圖”命令實現三維實體與三視圖之間的轉換，以驗證學生自己完成的三視圖的正確性。

通過又一繪圖軟件的學習，進一步增強學生對三維模型的感性認識，培養學生的空間思維能力，激發學生學習計算機繪圖軟件的興趣和學好《機械制圖》的信心，提升學生適應行業企業的能力。

（七）學習3D打印技術

指定學生用SolidWorks繪制一個典型組合體并在3D打印機上制造出來，實現理論與實際的印證。

3D打印是快速成型技術的一種，是典型的增材制造技術，它以數字模型文件為基礎，即先通過三維軟件建模，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，由點組成線，由線組成面（層），再通過逐層打印的方式來構造物體的技術。這一階段的教學任務一是鞏固并檢查三維繪圖軟件SolidWorks的學習情況，學生將自己在SolidWorks環境中繪制的圖形通過3D打印機打出實體，以驗證繪制圖形的正確性；二是讓學生了解3D打印這種新型的制造技術，即增材制造技術的基本工作原理——把復雜的三維制造轉化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復雜的零部件，極大地提高了生產效率和制造柔性，并同時讓學生掌握3D打印機的基本操作；三是讓學生在實踐的過程中體會成功的快樂，增強學好《機械制圖》課程的信心。

（八）結合AutoCAD繪圖學習機件的各種表達方法

本階段引出國家標準中規定的視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖及簡化畫法等各種表示法，并在AutoCAD繪圖軟件中完成教學任務。

（九）結合AutoCAD與SolidWorks繪圖軟件學習常用零件的表達方法

在AutoCAD與SolidWorks兩繪圖軟件中學習常用零件，如螺紋、螺紋緊固件、齒輪、鍵連接、銷鏈接、滾動軸承、彈簧等的特殊表示法。

（十）綜合訓練——學習零件圖的繪制

選擇一個典型的裝配體（3～5個零件），結合AutoCAD繪圖軟件學習零件圖的繪制，采用SolidWorks繪制該裝配體的全部零件圖，并分別將零件在3D打印機上制造出來。

（十一）綜合訓練——學習裝配圖的繪制

學習裝配圖的繪制，采用SolidWorks將上述全部零件裝配成裝配體，將在3D打印機上制造出的全部零件組裝成裝配體，相互印證。

五、結束語

計算機繪圖技術的發展，極大地促進了機械制圖技術的發展，《機械制圖》與《AutoCAD》《SolidWorks》《3D打印技術》課程的有機融合，既突出了教學的實踐性、應用性、時代性，又充分激發了學生學習興趣與主觀能動性。不但使學生對機械制圖的知識、技能掌握得更加牢固，識圖能力、制圖能力、計算機繪圖能力大大提高，而且能為后續專業課程學習和創新能力培養打下堅實的基礎。

責任編輯 朱守鋰