中望機械CAD、中望3D軟件在高職院校《機械制圖》教學中的應用研究

張華明

（新疆生產建設兵團興新職業技術學院，新疆 鐵門關 841007）

1 引言

在高職院校的機械制圖課程中，把中望機械CAD、中望3D、3D One Plus、 CADbro的技術、原理、方法融入滲透到機械制圖里進行識圖、繪圖、出圖、模型設計，都是理論與實踐教學中的很好應用。除此之外，中望機械CAD、中望3D軟件是數字化、智能化與信息化的集合體。與二維CAD相比，中望3D主要存在以下優點：①中望3D不僅能模擬機械的立體模型，還能將機械的三維動態運作過程展現出來，其可視化、形象化、具體化更強；②中望3D具備各種查詢檢查功能，避免出現零件難以裝配現象，具備對重要零部件進行有據分析和結構優化設計能力，可有效降低制圖人員的工作量、節約成本、減少失效風險、提高工作效率；③中望CAD、中望3D可以繪制數控生產加工的二維工程圖也可以進行數控編程與加工；④二維與三維CAD相互補充并可以實現產品的數據共享與集成裝配。基于以上優點，中望CAD、中望3D 技術在國內一些大賽和企業正處于高速應用與發展時期。

中望機械CAD、中望3D在教學中的應用也具有鮮明的優勢，第一，在對機械零件的三維進行造型時，教師運用中望3D技術對不同零件的材質進行渲染，生成不同的效果圖，有助于學生更加直觀、全面地認知機械零件。第二，《機械制圖》在繪制零件圖和裝配圖時，可以把中望3D中的任何零件、部件、裝配件轉換為工程圖，還能生成各種視圖和剖視圖，再通過中望機械CAD進行尺寸精度、形位公差、基準、粗糙度等技術要求進行標注和注釋，可以方便快捷地完成一張工程圖，使學生容易掌握零部件的內外結構和工作原理。第三，把《機械制圖》的點、線、面、組合件的幾何投影融入中望3D One plus教學中，更能簡單直觀掌握各種投影畫法。第四，在學習剖視圖時應用中望CADbro軟件能更好認知零件的內部形狀和各種剖視畫法。第五，結合中望CAD繪圖與評分軟件將學生繪制的三視圖、工程圖進行對比評分，很快找出錯誤，減輕教師的工作量。所以，在制圖課中應用中望機械CAD、中望3D技術可將原本復雜的圖樣變得更加簡單、具體、直觀易懂，使教學內容更加豐富，有助于提高教師的課堂教學效果。

2 中望機械CAD、中望3D軟件與機械制圖融合的重要性

黎家厚教授認為融合式教學是對所有的教學要素進行優化選擇和組合，以達到教學目標。也就是說，教師在教學過程中，恰當的選擇學習資源、學習環境、教學方法和教學手段等，針對具體的教學活動提出解決問題的具體對策，其包括學習理論、學習資源、學習環境、教學方法、教師與學生之間等各方面的融合。李燕飛認為融合式教學是相對于傳統的封閉式教學方法而提出來的，融合式教學注重學科之間、課程之間、授課方式、師生互動的一種大融合。

在機械制造大類和工科專業里，機械制圖是非常重要的一門專業課程，是每個專業學生必學的知識，因為在機電、機械類的行業，都離不開看圖、制圖、設計、生產、維修、裝配等工藝流程，而且在生產中要保證機械產品的質量，繪圖設計人員必須熟練懂得圖樣的國家標準，來滿足當代智能制造的需求，以保證隨時能達到最新制圖要求。將中望機械CAD、中望3D與機械制圖有機融合是基于工程制圖的規范要求，是基于點線面的投影、三視圖的幾何畫法、零件圖、裝配圖繪圖原理等知識內容而形成的，是建立在兩者的相似性和互補性基礎上的。因此，兩者在整體內容上具有密切的關聯。在過去機械制圖識圖中經常采用的是分割式教學，明顯的銜接程度不足，這種教學方法比較單一，很難充分地開發學生的空間想象力和創新設計能力，因此，教學過程不僅要考慮課程目標、學生認知能力和實際教學情況，還應該將該課程教學內容與社會實際聯系起來，培養學生職業能力和為后續專業課的學習打下基礎。所以二者的知識補充和有機融合是非常重要的課程改革，不僅體現了機械制圖與中望機械CAD、中望3D融合的重要性，也提高了教學質量、教學效果。

3 中望機械CAD、中望3D技術在《機械制圖》中的融合應用

3.1 融合應用的思路

本文在分析高職學校機械類專業機械制圖課程的地位與作用的基礎上，同時用問卷調查的方式，調查了機械制圖課程目前的教學現狀，分析了其中存在的問題，針對性地提出將中望CAD、中望3D、3D One Plus、 CADbro技術融入到《機械制圖》課程的融合式教學，以現存的問題，從課程教材、教學內容、教學手段、教學模式與教學評價等方面找到解決問題的具體辦法，研究融合式教學的意義、可行性，用這些方法進行教學內容調整、豐富教學手段、轉變教學思維、改進教學方法、創新教學評價，再通過教學案例項目教學法、實踐分析法、一體化教學法應用到教學里，最后以機械制圖知識為主體，以中望機械CAD、中望3D軟件為實踐，并以中望3D One Plus、CADbro軟件為輔的融合式一體化教學。

3.2 融合應用的意義和可行性

從中望機械CAD、中望3D軟件的特點出發，分析中望機械CAD、中望3D、3D One Plus、 CADbro軟件在《機械制圖》教學的融合應用，具有四種意義和可行性：創新教學模式、增強教師利用信息技術進行教學的能力、激發學生的學習興趣和積極性、培養學生空間想象力和模型構思能力、提高學生創造設計能力。融合應用的思路圖如圖1所示。

圖1 融合應用的思路圖

（1）創新教學模式、增強教師利用信息技術進行教學的能力

高職院校中充分利用信息技術，實現教學手段的創新以及促進教學質量和效率的提高。通過改進教學模式的方法，必然要提高教師應用信息化技術的水平，掌握這幾種軟件的熟練操作，能夠邊講邊練引導學生，讓學生接受制圖知識的實施過程。

（2）激發學生的學習興趣和積極性

知識信息通過多樣化的方式來呈現，容易吸引學生的注意力，激發學生學習的積極性。運用中望3D 和CADbro三維技術，任何學生都可以用手機微信掃一掃，將中望3D軟件建立的立體模型與CADbro生成的二維碼，都能把組合件、零件的內部結構、裝配原理等課程重難點，以剖視、圖形、動畫或者爆炸圖等方式來呈現，創造動靜相兼、視聽組合的教學氛圍，形象直觀地展示在學生面前，幫助學生更好地理解、掌握課程內容，進而激發學生的繪圖興趣。

（3）培養學生空間想象力和模型構思能力

培養學生空間想象能力和模型構思能力是靈活運用中望CAD、3D技術以掌握機械制圖課程的關鍵，在二維圖形和三維模型知識結構相互轉換時，需要學生的邏輯思維和形象思維協調發展，并借助中望3D、3D One Plus中的建模、工程圖等功能模塊，能夠直觀地看到實物的二維和三維視圖，并了解他們之間的相互轉換關系，按“模型-圖形-模型”的順序再進行反復學習，能有效提高學生的模型構思能力。

（4）提高學生創造設計能力

在《機械制圖》課程中利用中望3D、CADbro 演示零件工作的動態過程，提高學生對產品設計概念的感性認識，在產品零件圖的表達時，從形體分析提升到功能分析和工藝分析上，讓零件圖的技術要求更加完善與準確，增加學生對工藝知識的認知，促進學生對制圖知識與設計生產之間的相互關系，以此提高學生創造設計能力。

（5）融合應用的可行性

首 先 中 望 機 械CAD、中 望3D、3D One Plus、CADbro軟件簡潔、高效、易學，只要有CAD的基礎，就能學以致用；其次機械制圖融入機械CAD和3D 技術符合學科知識邏輯性，兩者既有層次，又有關聯，相互依附，又各有特色，最后機械制圖和中望CAD、中望3D 技術融合能讓教學目標更加清晰、實用。

3.3 融合應用的方法

（1）調整教學內容——符合學生認知規律

傳統的教學內容是先投影，后三維的教學順序，在高職院校學生初次接觸機械制圖和CAD課程時，空間想象能力不夠，不會運用點、線、面投影規律進行分析與判斷，想象不出對應的空間物體形狀，為突破教學難點，可以對學生進行先三維后投影的思維訓練，在教學過程中滲入中望3D、3D One Plus軟件教學，引導學生自己建立直觀而生動的三維模型，將簡單的平面圖形通過掃掠、拉伸、放樣、旋轉得到一個立體模型的過程，更容易讓學生了解實物的外形特征以及內部結構，此時再運用3D One Plus進行三維投影就更輕松了，比起傳統的教具、掛圖教學更方便易懂。以上教學順序歸納為“三維-二維-三維”，課程內容遵循由淺入深，循序漸進的原則，知識點從“實踐-理論-實踐”，符合學生的認識發展規律，也保持了機械制圖課程知識體系完整性。

（2）豐富教學手段——融入現代信息技術

機械制圖課程中“組合件的投影”是教學的一個重點問題，在以往的教學中，講授組合件投影時，需要模型教具進行演示，課堂教學效果不好，學生不易明白，空間想象力得不到開發。可以融入中望3D、3D One Plus建模技術來生成組合件形體，再利用CADbro軟件進行剖切、旋轉動態觀察，更透徹了解組合件每一處的點線面投影規律。

結合多媒體課件，把機械制圖、中望機械CAD、3D技術也融于課件，實現知識分層，調整教學重難點，它將促使《機械制圖》課程教學手段的現代化，并把現代教學手段和傳統教學手段（掛圖、教具、PPT、視頻等）有機結合起來，能夠在多媒體的平臺上靈活實現二維到三維，從三維到二維之間的轉換以及模型的動畫演示，都能夠將教學內容生動活潑、形象直觀、正確清晰地展示出來。

搭建開放式的動態演示平臺，研究中望3D實體造型技術、三維建模與中望機械CAD二維圖形之間的轉換技術。不管是課堂還是業余，在電腦和手機上都能實現機械制圖教學過程中重難點的講解和動態演示。

（3）改進教學方法——呈現多元一體化教學

將中望機械CAD、中望3D、3D One Plus、 CADbro等繪圖設計軟件技術融入機械制圖課程中的新型融合式教學方法，也是根據課程內容自身特點和學生的具體情況，對相應的課程進行優化設計，開創一種全新的教學方法。

首先，建立機械制圖和中望機械CAD、中望3D教學習題庫，通過收集一些經典的例題，精選出一些具有代表意義的例題進行機械制圖教學系統的建立，然后將其各種素材多采用外部鏈接的方式插入到教學系統中，將素材文件（素材一般包括文本、圖像、聲音、視頻、動畫、爆炸圖等）以圖標的形式實現其操作，一方面可以提高老師的教學效率，另一方面也便于學生更好地理解和掌握。因此，習題庫的建立向教師提供大量的基本題型，大大縮短了教師收集和編輯的時間，對不同層次、不同專業的學生在教學過程中更具有針對性，達到更好的輔助教學目的。

其次，豐富教學活動內容，一體化教學在教學活動中做到“教、學、做、評”一體化，“教”是指教師的教學，“學”是指學生的學習，“做”是指學生完成任務的過程，“評”是指教師最后的考核評價，這四個方面構成了一節完整的課堂。一體化教學和傳統的教學不一樣，一體化教學靈活多變，“教、學、做、評”這四個環節相輔相成，每一個環節都很重要，教師必須綜合把控“教、學、做、評”這四個方面的教學活動。

最后教學實施是教學環境的關鍵階段，教師前期的所有準備都是通過教學實施向學生傳達知識，教學實施的策略要符合教學內容、教學目標、教學對象的特點，實施過程要有具體的情境，教師通過具體的情境引導學生投入學習。

（4）轉變教學思維——融入中望3D建模思想

融合的思想是將三維建模的原理、方法和技術融入滲透到機械制圖課程中，形成新的教學體系、教學內容和教學過程。運用中望3D建模方法，將表達空間三維物體形狀、尺寸、位置等幾何信息和物理信息的視圖，快速準確地建立起三維模型的思維、轉化途徑與方法，以此鍛煉學生的空間想象能力和建模思路。如：“3D建模分析法”，將機件分解為若干個基本體的疊加與切割，并分析這些基本體的相對位置，想象出實體的分解方法，對視圖中的各線框分析，認知每個線框是對應的一個平面，通過投影關系確定平面經過拉伸或切除后所對應的是形體，并分析各形體的相對位置，綜合想象出整體形狀。

（5）創新教學評價——構建多元化評價體系

通過教學評價，可以掌握學生對機械制圖知識與計算機繪圖能力的學習情況，以往的《機械制圖》課程評價主要通過課堂練習和期末考試來考核學生學習情況。新的教學方法將中望機械CAD融合穿插在機械制圖課程內容中，教學內容以項目化展開，在教學評價方法、評價內容、權重等方面進行優化改進，增加中望CAD圖樣評分軟件進行教學評價，構建多元化評價體系，如：課堂練習、作業評比、視圖對比、課后習題、學生自評、教師評分，既能人工評分也能在CAD圖樣評分軟件上進行，使不同能力水平的學生都得以鍛煉、并能提高工作效率，減輕教師的工作量。

4 《機械制圖》課程與中望機械CAD、中望3D技術融合教學的實踐

根據機械制圖課程的教學內容可分為制圖的基本知識和技能、投影基礎、基本立體、常見立體表面交線、組合體、機件表達方法、標準件和常用件、零件圖、裝配圖九個部分，在進行教學總體設計時結合高職學生學情，選擇貼近生活的課程內容將中望機械CAD、中望3D軟件融入到《機械制圖》課程中進行教學設計和教學實踐。

以機械制圖與中望CAD、中望3D技術融合教學實踐為案例，以組合體三視圖的繪制為教學課題。

組合體三視圖的畫法是制圖教學中常見的一種問題，也是學生比較難以理解的知識點。組合體包含了機械制圖“畫、讀、補、標”四個方面的內容，它是基本幾何體的綜合應用，也是學生由投影關系過渡到識圖繪圖、建模的重要橋梁，本次選擇“組合體三視圖的繪制”為教學案例，講解機械制圖與中望CAD、3D、CADbro、3D One Plus、評分軟件進行的一體化教學設計。

（1）學情分析

1）學習者分析。學生基礎弱、邏輯思維能力較差，對組合體不易理解、想象不到空間實物形狀，對機械制圖與中望軟件的不能協調應用。

2）教學內容分析。組合體的繪制是機械制圖與中望CAD的重要內容，而組合體的畫法與識讀是本章節的核心部分，學生必須理解和掌握組合體的繪制與識讀。

（2）教學目標

1）知識目標。理解組合體的類型與組合方式，利用形體分析法掌握組合體視圖的畫法。

2）能力目標。利用中望3D軟件對組合體模型演示，分析他們之間的連接方式，了解堆積、相切、相交三種情況，掌握繪制三視圖的技巧。

3）思政目標。在繪制組合體時，鼓勵他們多嘗試新的方法和思路，在實踐操作中碰到困境時，鼓勵學生自己解決，培養獨立探索的實踐能力。

（3）教學重難點與教學方法

1）重點：組合體的形狀類型、連接方式、投影原理、視圖畫法。難點：組合體的投影原理與視圖畫法。

2）教學方法。講授法、理實一體化教學法、任務驅動法。

（4）教學環境與資源

1）教學環境：教室、計算機機房、多媒體投影儀、手繪的工作臺和工具。

2）教學資源：學習資源、課件、三維模型、動畫、爆炸圖視頻、CADbro二維碼、 中望CAD 繪圖視頻等。

（5）教學實施

1）課堂導入：回顧上節知識點，展示圖片和三維實 體，引出組合體。

2）布置任務：知識點講解，提出任務，利用手繪和中望CAD、中望3D繪制軸承座三視圖。

3）任務實施：①中望3D建模軸承座，讓學生直觀了解實體外觀形狀和連接件，體驗情境教學，激發學生學習興趣，如圖2所示。②導入CADbro軟件，生成二維碼，動態觀察內外輪廓、孔徑、剖切形狀，調動學習積極性，激發空間想象力，如圖3所示。③3D One Plus投影原理演示，了解三視圖的投影過程與繪圖方法，直觀表達點線面體的投影原理，體會實踐能力，學生容易掌握補畫視圖，如圖4、圖5所示。④中望3D轉換CAD二維圖，掌握三維轉二維平面視圖的方法，提高工作效率，方便教與學，如圖6所示。⑤中望機械CAD進行各尺寸、粗糙度、形位公差、基準、注釋、技術要求等標注，完成標準工程圖。掌握最新國家標準視圖標注，學習圖形設計能力，如圖7所示。⑥利用中望CAD圖紙評分軟件進行評分，導入學生圖樣與標準圖紙樣題進行批量處理班級視圖，經過對比評分，再次糾正錯誤，減輕工作量，如圖8所示。

圖2 建模軸承座

圖3 剖切任意位置觀察內孔形狀

圖4 點線面體的基本投影

圖5 點線面體的展開平面投影

圖6 中望3D轉換CAD二維

圖7 中望機械CAD注釋與標注

圖8 中望CAD圖樣對比評分

（6）對教學實踐結果進行總結

通過典型案例的教學設計，靈活運用信息化教學手段，教學效果良好、工作效率高，學生學習興趣和成績明顯提高，空間想象力、識圖與繪圖能力、學習主動性都顯著增強，使得教學變得生動活潑，具有了主動思考解決問題的能力和嚴謹、細致、精益求精的職業 素養。

5 結束語

本次研究表明，把機械制圖教學過程與中望機械CAD、中望3D等教學軟件進行融合是切實有效的教學模式，是對原有理論課程和實踐課程的變革與發展，也是順應新時期背景下的專業制圖人才培養需求，更好體現高職院校人才培養體系的科學發展，對提升機電、機械設計與制造專業具有重大意義。