智能制造背景下機械制圖三融合教學探索

張衛芬 李永梅 董祥國 嚴紅霞

摘要：隨著智能制造技術的發展，傳統的機械制圖的課程內容、教學模式等已不能滿足智能制造對人才的需求，機械制圖的教學改革勢在必行。本文分析了機械制圖教學改革的必要性，提出了三融合策略，即教學內容實現傳統機械制圖與三維設計軟件相融合，教學模式采取線上教學與線下教學相融合，實踐教學采用綜合測繪與數字化設計相融合，實踐證明學生主動意識增強，教學效果良好，對智能制造背景下機械制圖的教學提供改革思路。

Abstract： With the development of intelligent manufacturing technology， the traditional course content and teaching mode of mechanical drawing can't meet the demand of intelligent manufacturing for talents， so the teaching reform of mechanical drawing is imperative. The paper analyzes the necessity of teaching reform of mechanical drawing and three-integration strategies are proposed， which include three parts： integration of traditional mechanical drawing and 3D design software， integration of online teaching and offline teaching on teaching mode， integration of comprehensive mapping and digital design on practice teaching. The practice proves that the students' initiative consciousness is enhanced and the teaching effect is good， which provides a reform idea for the teaching of mechanical drawing under the background of intelligent manufacturing.

關鍵詞：智能制造;機械制圖;教學改革

Key words： intelligent manufacturing;mechanical drawing;teaching reform

0 ?引言

隨著新一輪科技和產業的變革，智能制造已成為全球制造業發展趨勢和我國制造業的發展需求，而“智能生產”是智能制造的主題之一，要實現智能生產，除了要具有系統化結構化的專業知識之外，現代設計軟件的應用、信息技術的應用等也必不可少，這些因素的有機融合才能實現智能設計、智能制造技術的應用。因此，學校和教師在教學過程中應及時補充和調整課程內容、教學方式，充分利用“互聯網+教育”和“智能+教育”以滿足智能制造的發展需求。

機械制圖是機械專業學生較早接觸的一門專業技術基礎課程，它對學生的制圖識圖能力、空間想象能力、工程素養、創新精神等方面的培養具有重要的地位和作用，為后續相關課程奠定了重要的基礎。為適應智能制造的發展趨勢，本文提出以機械制圖為載體，以三維設計軟件為工具，以混合式教學為教學模式，強化數字化設計、師生互動、實踐教學，努力提高課程的教學質量，將傳統機械制圖改造升級為具有信息時代特質的特色課程。

1 ?智能制造背景下機械制圖教學改革的必要性

①智能制造的發展下，智能工廠對機械專業人才的職業能力和綜合素質提出了更高的要求，現代機械工程師不僅需要具備傳統的機械學科知識與專業技能，同時利用三維設計軟件完成產品設計的知識和能力也必須具備。順應社會發展的趨勢，更新機械制圖的教學內容以滿足機械工程師職業崗位對設計制造信息化的知識、技能、能力要求，是高校提高專業競爭力和畢業生就業質量的必然選擇[1]。

②學生的自身特點變化隨著社會的快速發展和時代的差異，目前“00”后的學生的思想比較活躍，自信而張揚，自我約束較弱，且容易自我為中心，對電子產品喜愛且操作比較嫻熟[2]。傳統的“滿堂灌”、“填鴨式”的教學模式過于單一，學生普遍認為課程缺乏吸引力，枯燥乏味，學生的課堂參與程度較低，有效聽課率較低，學生對機械制圖的掌握和教師的教學效果并不理想。因此，如何根據學生的特點調整教學模式，吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣，這也是亟待解決的問題。

③企業對人才的需求隨著智能制造的提出，企業的用人標準和需求也在不斷變化。在眾多企業中，機械制圖在圖樣表達時也從二維平面圖向三維空間圖形轉換，目前學校與企業、社會多元協同教學仍然比較缺乏，企業對機械專業學生的能力需求得不到滿足，學校與企業的無縫對接還需加強，機械制圖的課程內容與實踐結合不是很緊密。因此，有必要對機械制圖要進行一些改革和探索以滿足企業和社會的發展需求。

2 ?智能制造背景下機械制圖三融合教學研究

2.1 整合教學內容，實現傳統機械制圖與三維設計軟件相融合

我國高校在機械制圖與三維設計軟件相結合的過程中大都采用“外掛式、分段式、融合式”等方式[3]。隨著三維軟件的迅速發展，在機械制圖與三維軟件如何相融這一問題上也有各種方式。

為此，我校進行了兄弟院校和企業走訪，吸取優質經驗，提出的教學方案是：以機械制圖為載體，三維設計軟件NX為工具，使機械制圖與三維設計軟件NX完全融合，建立制圖的知識傳授與三維軟件操作的技能訓練并重的教學形式，將傳統機械制圖中由“二維向三維”這一“讀圖”過程利用三維軟件進行實現，再利用軟件中的制圖功能實現“三維到二維”的表達。

上課在機房進行，每位同學一臺電腦，利用教師機和局域網對學生機進行控屏和反饋，在授課時能統一安排。在講授制圖中的理論知識遇到需要進行三維表達時，利用三維軟件進行構形，學生在學習軟件操作的同時也思考了機件的構形，做到所想即所見，所見即所得。比如，在講投影法這一基礎理論時，利用軟件的制圖功能，使學生掌握“長對正、高平齊、寬相等”的投影規律。在講組合體這一章時，學生在建模和標注尺寸的同時也更為深刻地理解“形體分析法”的意義和作用。在講機件的表達方法時，比對二維和三維，對剖切位置、剖切方向、剖切方法等有了更為深入的理解。在講標準件和常用件這一章時，利用NX的標準件庫和GC工具箱完成調用，強化學生對標準件和常用件的二維表達、規格標注、結構用途等方面的認知。在零件圖這章，利用制圖模塊對零件的表達方案、尺寸標注、形位公差標注、表面粗糙度標注等進行強化，使學生掌握各種常見零件的三維構形和二維工程圖。在裝配圖這章，通過對裝配體的裝配和拆卸過程，學生能更快掌握裝配關系，再加以裝配表達，使學生能更好地理解裝配圖的繪制。通過機械制圖與三維設計軟件的有效融合，學生邊學習邊操作軟件，再從軟件操作過程中反思機械制圖的投影理論，學生獲得很大的成就感，對機械制圖的畏難不再有，有的學生還會嘗試各種方法進行反復建模以求對機件的構形和二維圖作進一步把握。

2.2 更新教學模式，線上教學與線下教學相融合

隨著智能手機、QQ、微信公眾號、雨課堂、慕課堂等線下教學工具的飛速發展，我校機械制圖也更新了教學模式，由于三維軟件操作要點比較多，若課堂教學占用大量時間講解軟件操作勢必造成機械制圖的課時受到影響，因此有必要將部分三維軟件操作要點和部分機械制圖理論知識延伸到課外才可以完成教學任務，微信公眾號和雨課堂為解決這一問題提供了有效的技術手段。

課前主要進行預習，由教師發布相關課程資源，包括軟件操作微視頻（每個微視頻在五分鐘左右）、課件、作業等，學生先進行學習部分知識點和軟件實操，完成相關作業，作業的客觀題一般為選擇題，考察學生對機械制圖理論知識的掌握情況，可線上答題。主觀題一般為軟件操作題，學生畫完后統一提交電子作業，以此來檢查學生的學習情況，了解學生的學習盲點。課中主要重點講解課程的理論難點和操作難點，加大與學生的互動，在解題、上機實操中鞏固所學的知識，針對學生在軟件操作中遇到的具體問題進行個性化輔導。課后再次布置相關作業，利用QQ群、微信群進行在線答疑，增強教師與學生的互動，就某個共性問題也可發起討論，組建討論小組，鼓勵學生充分利用各類網絡資源進行探索，增強學生學習的主動性，教學模式更加靈活多樣，激發學生的學習興趣。

2.3 改進實踐教學，綜合測繪與數字化設計相融合

機械制圖課程結束后隨之會安排綜合測繪，測繪是學生們接觸的第一個比較綜合的實訓，涉及機械制圖、互換性與測量技術、工程材料及熱處理等課程的知識，對后續的課程設計如“機械設計綜合實訓”、“復雜零件綜合實訓”、“機械制造綜合實訓”等都有很大影響。因此，為了讓學生夯實基礎且能靈活應用各相關課程的知識，選擇一些典型的部件（如齒輪油泵、一級圓柱齒輪減速器、機用虎鉗、球閥等）進行訓練，安排三周的學時，四位同學為一組，每組需完成兩套部件的測繪與建模，學有余力的同學可選擇三套。首先給學生講解各種裝拆方法和測量方法，隨后學生進行拆卸部件，拆完后每個零件進行測繪尺寸并記錄數據，然后根據測繪尺寸進行零件的三維實體建模和裝配建模，在此過程中學生可自由發揮對部件進行創新設計，最后按照要求由三維軟件出標準的零件圖和裝配圖并進行打印。通過上述訓練，學生不僅掌握了測繪的方法，而且對“自底向上”的設計流程也有所了解，學生能親手操作，興趣較濃，加強了學生的綜合素質教育和工程意識的培養。

3 ?教學效果

3.1 機械制圖更具吸引力，學生學習積極性高

傳統的機械制圖學生苦于手工畫圖和空間想象，部分學生覺得晦澀難懂，出現厭學情緒，也會影響其后續相關課程的學習興趣。通過課程改革，學生的學習積極性和學習興趣有了很大的提升。首次課會強調機械制圖課程的重要地位和作用，介紹三維操作軟件在各企業的應用情況，激發了學生的學習興趣。在線下課程中，學生會經常討論如何進行操作軟件以及為什么要這樣表達等問題，相互學習，效果較好，三維作圖的速度和準確度都有很大提升。

3.2 學生課外參賽活躍，成績顯著

積極組織學生參加各級各類機械制圖類學科競賽，從比賽中檢驗教學成果，吸取經驗，發現教學不足，補充教學內容，學生在比賽中得到成長，教師從比賽中總結得失促進教學并進行改進。例如，自本課程教學改革后，本專業學生連續多年參加華東區CAD應用技能大賽，獲得一、二、三等獎若干名和團體獎若干次，學生以老帶新，每屆傳承，學習氛圍濃厚，掀起學習制圖的熱潮，起到了很好的帶動作用。

3.3 多課程聯動改革，學生的三維數字化設計能力得到提高

由于機械制圖的教學改革，其它相關課程也進行了部分改革，多課程進行聯動提高學生的三維數字化設計能力。如機械設計綜合實訓，充分利用NX軟件中的功能，從傳統的“自底向上”設計方法改革為“自頂向下”的正向設計方法，在三維設計環境中構建起結構化的“從無到有、從虛到實、從粗到細”的產品正向設計一般流程和操作方法，更符合企業對機械類畢業生產品設計流程和綜合設計能力的需求，也符合智能制造對機械類學生在數字化設計技術方面的培養要求。

4 ?結束語

通過機械制圖的三融合教學研究，學生的學習興趣增強，學習積極性提高，機械制圖理論部分的有效掌握程度逐步上升，三維軟件操作水平大幅度提高，為適應智能制造所提出的對人才的要求，探索培養應用型人才的教學模式打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]李梅紅，李蕊，侯婭品.信息化技術背景下高職機械制圖課程教學模式研究[J].中國職業技術教育，2019，29：61-64.

[2]蘇嬌艷，梁俊昌.信息化技術在《機械制圖》教學中的應用[J].教育現代化，2019，12（104）：251-252.

[3]張京英，羅會甫，張彤，等.三維造型設計與工程圖學的有效融合[J].工程圖學學報，2010，31（6）：151-154.

[4]徐巖.淺談信息化教學在機械制圖課程中的應用策略[J].內燃機與配件，2019（24）：270-271.

基金項目：2019年度江蘇高校哲學社會科學研究一般項目《智能制造背景下機械專業信息化改造的研究與探索》（項目編號：2019SJA2041）。

作者簡介：張衛芬（1981-），女，江蘇泰州人，碩士，東南大學成賢學院講師，研究方向為機械設計、機械教學。