《機械制圖與CAD》教學實踐與教學改革探索

張斌，宇曉明，焦洪宇

摘要：從機械制圖與CAD這門課程在理工科許多專業中的重要性和教學中存在的問題入手，探討了機械制圖、CAD兩門課程進行有機結合的教學改革。實踐證明，把CAD融入機械制圖的教學改革中，更有利于調動學生的學習積極性，提高學習效率，可更好地提高學生的空間想象力、繪圖和讀圖能力以及知識的綜合運用能力，達到較好的教學效果。機械制圖與CAD課程建設和教學改革是一項應該長期堅持并且不斷完善的系統工程。重視和重新認識機械制圖與CAD課程建設和教學改革工作是許多高等院校期待解決的問題。

關鍵詞：機械制圖；CAD；整合；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）47-0097-02

一、引言

機械制圖是一門最早形成的自然學科之一，作為大多數工科類專業的必設基礎課，是工程界的共同語言[1，2]。機械制圖的主要內容包括《機械制圖》國家標準的一些規定，基于正投影方法為基礎，研究點、線、面的投影，基本體、組合體、機件形狀的常用表達方法和零件圖畫法等。課程學習的目的和任務是：掌握三維立體和平面視圖之間的投影規律，培養空間想象和空間分析能力，正確使用尺規繪圖工具和儀器繪制機械圖樣[3]。

CAD是美國Autodesk公司開發的一種計算機輔助設計軟件。AutoCAD軟件實際上是一種新的繪圖工具，廣泛應用于各類工程領域的設計繪圖軟件，是工程技術人員需要掌握的主要設計繪圖工具，也是當前我國許多高等院校相關專業的學生必須學習的一門課程[4，5]。CAD課程的主要內容包括圖層設置和管理、繪圖命令和文本注釋、圖形編輯、尺寸標注、圖塊的創建和使用、三維實體模型構建等。通過對CAD繪圖軟件的學習，能進一步開發學生空間想象的能力，使其掌握計算機繪圖方法，具有計算機繪圖的能力。課程學習的目的和任務是：使作為初學者的學生盡可能快地理解、掌握CAD的基本繪圖方法和技術，掌握二維圖形繪制、三維圖形模型建立，培養學生較強的實踐動手能力和數字化繪圖能力。

二、機械制圖與AutoCAD的關系

CAD實際上是一種新的繪圖工具：顯示器看作繪圖圖板和圖紙，鼠標和鍵盤看作是鉛筆、圓規和直尺。CAD的出現，極大地提高了繪圖效率和質量。一方面，許多手工不能繪制的機械圖樣，CAD繪圖軟件可以準確地繪制出來，如三維圖形的繪制。另一方面，CAD在圖紙的重復利用，圖形文件的編輯、保存和管理等方面，體現出手工繪圖無可比擬的優越性。

很多人認為，CAD課程可以完全替代機械制圖，這顯然是認識上的誤區。計算機繪圖雖然取代了手工繪圖，但它并沒有取代機械制圖理論、有關國家標準的一些規定和規范。在機械制圖教學中引入CAD輔助軟件，并不是來代替人的思維，而是利用計算機代替手工圖板，大大縮短手工繪圖占用的大量時間，提高繪圖的質量與效率，教師可以利用二維和三維圖形的轉換，讓學生更好地掌握機械制圖理論，提高空間想象和分析能力。如果片面強調CAD相關命令的學習方法，完全脫離機械制圖理論，結果是學生熟練掌握平面圖形繪制，而機械圖樣不能較好地表達。總而言之，機械制圖是CAD軟件繪圖的基礎。CAD軟件繪圖不能脫離機械制圖的學習而獨立進行，必須在全面掌握制圖的基本理論、投影規律、表達方法和國家標準規定基礎上，才能應用CAD軟件畫出符合要求的機械圖樣。

綜上所述，機械制圖和CAD是相輔相成、缺一不可的，分析和了解它們之間的關系，可以更有效地整合兩門課程，提高教學效果。

三、機械制圖與AutoCAD課程改革的措施

根據通常的教學進度安排，學生是在學完機械制圖課程之后再進行CAD軟件繪圖，兩門課程要分跨兩個學期，在講授CAD課程時往往需要對已經講授的機械制圖基本知識和標準規范等內容進行復述。將機械制圖和CAD這兩門課程“二合一”整合后，課程內容緊湊，減少了教學學時，明顯提高了教學的效果和質量。同時，利用CAD三維構圖既提高了學生的學習興趣和培養了學生的空間想象能力，又增加了機械制圖課程的直觀教學手段。

1.整合機械制圖與CAD課程的教學內容設計及要求。兩門課程的整合要求在課程內容上不能混淆，必須做到主線明確、內容統一和相輔相成。課程主要以機械制圖為“二合一”內容主線內容，計算機繪圖教學要穿插在機械制圖課程中，達到相輔相助的效果，幫助學生更好地理解機械制圖三維立體和二維圖形之間的投影規律。

CAD作為當前最流行的計算機輔助繪圖軟件之一，包含許多模塊，功能強大。考慮到“二合一”整合是以課程機械制圖為主線內容，故CAD內容應以機械制造加工的二維繪制為主，適當講授三維立體圖形繪制。通過CAD軟件應用的三維圖形繪制可有效地幫助學生學習機械制圖，提供學生三維視覺表象，幫助學生盡快建立空間圖形構建能力。課程內容上可準備大量三維圖形素材作為教學的直觀手段。為此，“二合一”整合后，計算機輔助軟件應選應用廣泛、二維制圖易學并兼有三維繪圖功能的CAD計算機繪圖軟件。

2.對“二合一”教學實踐的探索。在熟悉了機械制圖和CAD兩門課的相互關系后，我們需要在教學上將兩者有機地結合在一起，把CAD融入機械制圖的各個教學環節中。通過調整一些不必要或重復的教學內容，使它們教學內容相互圍繞、相互滲透、循序漸進、緊密結合。“二合一”教學可以從以下幾個關鍵點入手：（1）利用CAD三維建模輔助教學。“二合一”整合的核心是：培養學生空間想象和分析能力，完成從平面到立體，從二維到三維的思維轉化。首先，應該從機械制圖基礎做起，讓學生充分掌握平面體如棱柱、棱錐等和回轉體如圓柱、圓錐、圓球等的投影規律，從而讓學生對三維的世界有一個初步的認識，為以后的復雜圖形學習提供條件。

對于平面體和基本體被平面切割后得到的截切體，組合體三視圖的繪制及識讀是機械制圖課程的一個難點問題。通過CAD軟件建立三維模型，在繪制截切體和組合體三視圖時，先展示三維模型，在用線面和形體分析法進行分析，使三維模型和截切體及組合體三視圖得到一一對照，這樣反復訓練和理解，學生的空間想象能力得到充分釋放和大幅度提高。（2）利用CAD三維建模分析機件常用的表達方法和零件圖。當機件的形狀和結構比較復雜時，用三視圖很難把它們的內外形狀準確、完整、清晰地表達出來，機械制圖介紹了一些機件的常用表達方法，如視圖、剖視圖、局部放大圖等。以剖視圖教學為例，按照剖切面不同程度地剖開機件的情況，剖視圖分為全剖視圖、半剖視圖和局部剖視圖。在授課時，教師應提前在CAD中建立三維模型，通過對三維模型進行剖切，繪制剖視圖。剖視圖將機件剖開，使得內部原本不可見的孔、槽可見了，虛線變成了可見線。由此解決了內部虛線問題。綜上所述，CAD三維模型構建讓學生更直觀地觀察模型的內部結構，加深了學生對圖形的理解。

在教學過程中，零件圖和裝配圖是機械制圖上的難點。傳統的教學是由裝配圖想象裝配體，由零件圖想象若干零件，這對學生來說難度很大，學習效果很差。面對這樣的問題，CAD三維建模成為廣大師生的首選。通過CAD建立三維模型，直觀展示裝配體中各零件之間的裝配關系、傳動路線和主要零件的結構形狀，有助于學生進一步了解裝配體的工作原理，降低了學習的難度，激起了學生的學習興趣。

參考文獻：

[1]王艷，劉冬芳.機械制圖教學的幾點思考[J].科技創新導報，2016，13（6）：143-143.

[2]張潔.關于機械制圖課堂練習設計的思考[J].職業，2017，（4）：83.

[3]王可.Auto CAD軟件在設計類課程中的教學經驗淺析——以包裝藝術設計專業為例[J].青年時代，2017，（3）：161-161.

[4]李志香.計算機繪圖課程移動學習資源的設計與實踐[J].圖學學報，2017，38（1）：132-136.

[5]孫路.淺談機械制圖與CAD教學的整合[J].當代教研論叢，2016，（7）：127.