智能制造背景下機械制圖課程教學改革探索與實踐

［摘 要］文章深入探討了在智能制造技術快速發展背景下機械制圖課程教學內容及教學模式的改革方向，分析了機械制圖課程在智能制造人才培養中的作用，以及智能制造對機械制圖課程的新要求。文章提出了以下改革措施：一是更新教學內容，增加三維建模、數字化設計與仿真、智能制造系統集成等現代制造技術知識；二是創新教學模式，實施三維技術普及教學、項目導向教學、虛擬仿真實踐教學、翻轉課堂教學、產學研一體化教學，強化學生的實踐能力和團隊協作能力；三是優化課程評價體系，構建多元化課程評價體系，注重過程性評價，全面評估學生的學習效果。實踐表明，改革后的機械制圖課程教學不僅提高了學生的學習興趣和參與度，還顯著提升了他們的制圖技能、創新思維和解決實際工程問題的能力。

［關鍵詞］智能制造；機械制圖；教學內容；教學模式；教學改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）11-0073-05

智能制造技術集成物聯網、大數據、云計算、人工智能等先進技術，實現了產品設計、生產、管理、服務等全生命周期的數字化、網絡化和智能化[1]。這種變革不僅改變了傳統制造業的生產方式，還推動了制造業產業鏈的重構與升級[2]。智能制造的興起，促使企業在市場競爭中更加注重技術創新和產品升級，對人才的技術能力和創新能力提出了更高要求[3]。

機械制圖是機械類專業學生必須掌握的一門基礎課程，旨在培養學生的空間想象能力、圖形表達能力和工程實踐能力。當前，隨著科技的飛速發展，特別是智能制造、人工智能、大數據等技術的廣泛應用，傳統的機械制圖課程教學已難以滿足現代制造業對人才的需求[4]，其教學內容與教學模式的改革已成為教育界和工業界關注的焦點。

目前，傳統機械制圖課程的內容主要有制圖的基本知識、投影作圖、機械制圖、零部件的測繪以及裝配圖的繪制等。這些傳統內容為學生制圖技能的培養打下了堅實的基礎，但在智能制造快速發展的今天，已無法滿足現代制造業的需求。傳統課程側重于手工繪圖和二維圖形表達，而三維建模、數字化設計以及仿真分析等在智能制造時代已成為工程師的必備技能。因此，機械制圖課程內容亟須更新、教學模式亟待改革，以適應智能制造技術的發展。

一、機械制圖課程在智能制造中的作用

機械制圖不僅是一門理論與實踐并重的課程，還是連接設計、制造與管理的橋梁，對推動智能制造的發展起到至關重要的作用[5]。

（一）作為智能制造的基礎“語言”

機械制圖作為工程交流中的“語言”，是工程師之間傳遞設計意圖、表達產品結構和工藝要求的重要工具。在智能制造系統中，無論是產品設計、工藝規劃還是生產控制，都離不開精確、規范的機械制圖。通過機械制圖，工程師能夠清晰地表達產品的幾何形狀、尺寸、公差及技術要求，確保制造過程中的每一個環節都能精準地執行。

（二）支持三維建模與數字化設計

隨著智能制造技術的不斷發展，三維建模與數字化設計已成為工程師的必備技能。機械制圖課程投影法、視圖表達及尺寸標注等內容的學習，為學生掌握三維建模軟件（如CAD、SolidWorks等）奠定了堅實的基礎，學生能夠快速了解三維建模軟件，利用軟件中的建模工具創建產品的三維模型，并進行虛擬裝配和仿真分析，這不僅提高了設計的準確性和可靠性，還大大降低了設計成本，縮短了設計周期。

（三）促進工藝規劃與生產優化

機械制圖不僅服務于產品設計階段，還貫穿整個產品制造過程。在工藝規劃階段，機械制圖與工藝規劃軟件的集成應用，使工程師能夠基于產品模型進行工藝分析，確定最佳的加工方法、刀具路徑及工裝夾具等。這樣不僅提高了生產效率，還保證了產品質量的穩定性。此外，通過機械制圖生成的數控程序，可直接用于數控機床的加工，減少了編程錯誤，提高了加工精度。

（四）助力質量控制與檢測

在智能制造過程中，質量控制與檢測是確保產品質量的重要環節。機械制圖生成的產品二維圖紙和三維模型，可作為質量檢測的標準。例如，通過與實際產品的對比，快速檢測出產品的尺寸偏差、形狀誤差等質量問題，確保產品符合設計要求。此外，機械CAD軟件具備質量分析功能，如統計過程控制（SPC）等，可對生產過程中的數據進行分析，使企業能及時發現質量問題并采取措施進行改進，從而提高產品質量穩定性。

（五）推動協同設計與供應鏈管理

在智能制造背景下，協同設計與供應鏈管理成為企業提升競爭力的關鍵。機械制圖軟件支持多人同時在線設計，方便團隊成員之間的協作和溝通。通過共享設計文件和實時交流，團隊成員可以更好地協同工作，提高設計效率。同時，機械制圖軟件還能夠幫助企業與供應商共享產品設計信息，確保供應商提供的零部件符合設計要求，提高供應鏈運轉的效率和質量。這種協同設計模式打破了傳統設計流程的壁壘，加速了產品的上市速度，滿足了市場快速變化的需求。

二、智能制造對機械制圖課程的新要求

隨著數字化、智能化技術的快速發展，機械制圖課程的教學內容與教學模式亟須適應這一新趨勢，以滿足智能制造對高技能人才的需求[6]。

（一）提升數字化設計能力

數字化是智能制造的核心特征之一，它貫穿于產品的設計、制造、管理等全生命周期。在機械制圖領域，對工作人員數字化設計能力的要求顯著提高。傳統的手工繪圖方式已逐漸被計算機輔助設計（CAD）所取代，學生不僅需要掌握基本的繪圖命令和技巧，還需要深入理解三維建模、參數化設計、仿真分析等高級功能，這樣才能夠在虛擬環境中快速生成設計方案，并進行多方案比較和優化，從而提高設計效率和精度。

（二）培養智能化識別與分析能力

智能制造強調智能識別與智能分析，即通過大數據、人工智能等技術對設計數據進行深度挖掘和智能處理。在機械制圖課程教學中，應融入智能化識別的概念，幫助學生了解如何通過圖像識別、機器學習等技術自動提取和分析圖紙中的關鍵信息。同時，應培養學生運用智能化分析工具對設計方案進行自動評估和優化的能力，如利用仿真軟件預測產品的性能表現，及時發現并修正設計缺陷。這種能力的培養有助于學生在未來的工作中更好地應對復雜的設計挑戰。

（三）建立模塊化與標準化設計思維

模塊化設計是智能制造中的重要理念，它將復雜的產品分解為若干個相對獨立的模塊，通過標準接口進行組合和互換，從而提高設計的靈活性和可維護性。在機械制圖課程教學中，應引導學生建立模塊化設計的思維，學會將復雜零件或部件拆分為若干簡單模塊進行單獨設計，并通過標準化接口實現模塊間的連接。這不僅能夠降低設計難度和成本，還能提高產品的可靠性和可升級性。同時，要加強學生對國家標準和行業標準的了解，掌握標準件和常用件的畫法及查表方法，確保設計符合規范要求。

（四）注重高效化設計的實踐

高效化是智能制造的又一重要目標，它要求設計者在設計過程中能夠快速響應市場變化和客戶需求。在機械制圖課程教學中，應注重高效化設計實踐，包括優化設計流程、減少設計迭代次數、提高設計效率等方面。例如，通過引入項目管理標準（如PMBOK）和敏捷開發方法（如Scrum），幫助學生優化設計流程；通過案例教學和實踐訓練，提高學生的設計、實踐能力和問題解決能力；通過團隊合作和資源共享，促進設計知識的傳播和創新。

（五）增強跨學科知識融合與創新能力

智能制造是一個高度集成的系統工程，它涉及機械工程、電子工程、計算機科學、材料科學等多個學科領域。在機械制圖課程教學中，應注重跨學科知識的融合與創新能力的培養。這要求教師在授課過程中不僅要講解機械制圖的專業知識，還要引導學生關注相關領域的發展動態和技術前沿；通過組織跨學科的項目合作和競賽活動，激發學生的創新思維、培養學生的團隊協作能力；通過邀請行業專家和企業代表開展主題講座和交流活動，幫助學生拓寬視野、增長知識。

（六）培育工匠精神

在智能制造的背景下，雖然自動化技術得到了廣泛應用，但工匠精神仍然不可或缺[7]。機械制圖作為一門實踐性很強的課程，更應注重對學生工匠精神的培育。這包括培養學生耐心細致、精益求精的工作態度；引導學生樹立正確的價值觀和職業觀；通過實踐訓練和案例分析等方式，讓學生深刻體會到圖樣零差錯對于生產的重要性；加強職業道德和職業素養教育，為培養高素質的機械工程師奠定堅實的基礎。

三、智能制造背景下機械制圖課程教學內容的改革

在智能制造背景下，優化機械制圖課程教學內容顯得尤為重要，應圍繞如何讓學生具備與現代制造技術相匹配的制圖技能、創新思維及解決實際問題的能力展開。

（一）引入三維建模技術

隨著智能制造技術的普及，三維建模已成為工程師不可或缺的技能之一。因此，在機械制圖課程教學中，應增加三維建模技術的內容。通過引入CAD（計算機輔助設計）軟件，如SolidWorks、CATIA、UG、Pro/E等，使學生掌握三維建模的基本方法和技巧，能夠熟練運用軟件進行零件的三維建模、裝配及仿真分析。同時，結合二維制圖知識，實現三維與二維的有機結合，增強學生的空間想象能力和圖形表達能力。

（二）引入數字化設計與仿真技術

數字化設計與仿真技術是現代機械設計的重要手段。在機械制圖課程教學中，應增加數字化設計原理、仿真軟件應用等知識，使學生了解數字化設計的基本流程，讓其能夠利用仿真軟件對設計方案進行驗證和優化，從而提高設計的準確性和可靠性；可通過實際案例和項目，讓學生在實踐中掌握數字化設計與仿真的技能，為其未來的職業生涯打下堅實的基礎。

（三）引入智能制造系統集成

智能制造系統是一個集自動化、信息化、智能化于一體的復雜系統。在機械制圖課程教學中，應適當引入智能制造系統集成的內容，讓學生了解機械系統是如何在智能制造環境中與其他系統（如自動化、信息化系統）集成而實現高效生產的。可通過案例分析、實驗演示等方式，讓學生感受智能制造的魅力，從而激發他們學習和探索的熱情。

四、智能制造背景下機械制圖課程教學模式的創新

傳統的教學模式往往側重于理論知識的灌輸，而忽視了學生實踐能力和創新思維的培養。在智能制造背景下，機械制圖課程亟須進行教學模式的改革，以適應新時代對工程技術人才的需求。

（一）建立數字化教學平臺，實施三維技術普及教學

隨著計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）和計算機輔助工程（CAE）三維技術的普及，將這些先進技術融入機械制圖教學成為必然趨勢。首先，應建立基于三維技術的數字化教學平臺，如SolidWorks、AutoCAD、Inventor等，使學生能夠在虛擬環境中進行零件的建模、裝配、分析及優化。通過直觀的三維模型展示，學生能夠更好地理解復雜結構的空間關系，提高空間想象能力和設計能力。同時，利用平臺內置的仿真功能，模擬機械零件的加工過程、運動仿真及受力分析等，增強學生的實踐操作能力和問題解決能力。

（二）強化理論與實踐相結合，實施項目導向教學

項目導向教學法是一種以學生為中心，通過完成具體項目來學習和掌握知識與技能的教學方法[8]。在機械制圖課程教學中，可以設計一系列與智能制造相關的項目任務，如設計并繪制智能機器人的關鍵部件、優化生產線上的某個機械裝置等。學生須根據項目需求，綜合運用所學知識進行方案設計、圖紙繪制、模型構建及性能評估。這種教學模式不僅能激發學生的學習積極性和主動性，還能有效促進學生將理論知識與實踐操作深度融合，提升綜合應用能力。

（三）利用虛擬現實與增強現實技術，實施虛擬仿真實踐教學

虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術為機械制圖教學提供了全新的交互方式[9-10]。通過VR技術，學生可以“身臨其境”地觀察機械結構內部的工作原理，進行虛擬拆解與組裝，在安全無風險的環境中積累實踐經驗。而AR技術則能將二維圖紙與三維模型無縫融合，讓學生在查看圖紙時能直接看到對應的立體模型，較大地降低了學習難度，提高了學習效率。此外，這些技術還能實現遠程協作學習，可以讓學生在不同地點共同參與同一個項目的討論與設計，促進團隊協作能力的培養。

（四）促進自主學習與深度學習，實施翻轉課堂教學

翻轉課堂是一種顛覆傳統課堂教學結構的教學模式[11]，它將知識傳授的過程延伸至課外，讓學生利用視頻、微課等多媒體資源在課前完成自主學習，而將課堂時間主要用于問題探討、答疑及實踐活動的開展。具體實踐中，教師可以提前錄制關于三維建模技巧、制圖規范、軟件操作等內容的視頻，供學生課前學習；課堂上，則重點討論學習中的難點、疑點，組織學生進行小組討論、案例分析或項目實踐，促進學生深度思考和批判性思維能力的發展。這種教學模式有助于培養學生的自主學習能力，提高教學效果。

（五）加強校企合作，實施產學研一體化教學

智能制造背景下，機械制圖課程應緊密對接行業需求，加強與企業的合作。通過建立校企合作實訓基地、邀請企業專家進課堂、讓學生參與企業真實項目等方式，讓學生了解最前沿的技術動態和市場需求。同時，鼓勵學生參與企業的技術創新和產品研發活動，將所學知識應用于解決實際問題，實現學以致用。此外，企業也能從合作中獲得人才支持和技術創新靈感，形成雙贏的局面。

五、智能制造背景下機械制圖課程評價體系的完善

（一）構建多元化課程評價體系

為了全面評估學生的學習效果，應構建多元化課程評價體系。除了傳統的期末考試，還應增加課堂表現、項目完成情況、團隊協作能力等方面的評價權重，同時鼓勵學生進行自我評價和相互評價，培養他們的自我反思和批判性思維能力。多元化的評價體系可以更加客觀、全面地反映學生的學習狀況和能力水平，為教學改進提供有力支持。

（二）強化過程性評價

過程性評價是指在教學過程中對學生的學習情況進行持續跟蹤和評估。機械制圖課程應重視過程性評價。教師可通過定期的課堂測驗、小組討論、項目匯報等方式評估學生的學習情況，及時了解學生的學習進度和存在的問題，并給予針對性的指導和幫助。

六、智能制造背景下機械制圖課程教學改革的實踐與成效

圍繞培養適應智能制造需求的高級工程技術人才這一目標，課題組對機械制圖課程體系進行了重構，形成了“二維基礎+三維進階+智能制造融合”的架構；通過案例分析、項目驅動等方式，增強了學生對國家標準、圖學原理的理解與應用能力；結合智能制造車間、數字孿生等應用場景，在教學中融入智能元素；倡導線上與線下教學，利用MOOCs、微課等網絡資源，實現學生自主學習與教師課堂講授的有機結合；增加了項目報告、團隊合作、創新實踐成果等多維度評價指標，以全面評估學生的學習效果。這一系列改革實踐取得了如下成效。

（一）學生綜合能力顯著提升

經過改革實踐，學生在機械制圖領域的綜合能力得到了顯著提升。學生不僅能熟練掌握二維制圖與三維建模技能，還能將所學知識應用于智能制造項目，解決實際工程問題。同時，學生的自主學習能力、團隊協作能力和創新思維能力也得到了有效鍛煉。

（二）教與學質量明顯提高

教學改革促進了教學內容的更新與教學方法的創新，使得課堂教學更加生動有趣、學生參與度更高、學習氛圍更濃厚。教師團隊通過不斷學習與實踐，教學水平也得到了顯著提升，實現了教學相長。

（三）有效促進產教融合，增強就業競爭力

通過引入智能制造領域的實際案例和項目，使教學內容更加貼近行業需求，增強了教育的針對性和實用性。畢業生在就業市場上展現出更強的競爭力和適應能力，深受用人單位好評。

（四）推動教育信息化建設

改革過程中，課題組充分利用現代信息技術手段，如VR、AR技術等，推動教育信息化建設，不僅豐富了教學資源，提高了教學效率，還為實現個性化教學、終身學習等教育目標奠定了堅實的基礎。

七、結語

課題組詳細分析了機械制圖課程在智能制造中的作用、智能制造對機械制圖課程的新要求，據此提出了智能制造背景下機械制圖課程教學內容、教學模式、教學評價的改革思路，開展了智能制造背景下機械制圖課程教學改革實踐，涵蓋了課程內容重構、教學模式升級、評價體系改革等多個方面。這些教學改革措施不僅有效提升了機械制圖課程的教學質量和效果，而且為培養適應智能制造需求的高素質工程技術人才提供了有力的支撐。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 侯娜.智能制造背景下機械制圖基礎課程的改革思考[J].時代汽車，2024（13）：76-78.

[2］ 呂思達.智能制造技術在制造業中的應用分析[J].中國設備工程，2024（19）：36-38.

[3］ 王婷婷，張秋秋.智能制造背景下制造業“三鏈-四方”人才培養模式探究：以東北地區為例[J].商場現代化，2024（21）：107-109.

[4］ 周愛國.智能制造背景下機械設計與制造專業人才培養模式改革的困境與對策研究[J].就業與保障，2024（9）：196-198.

[5］ 錢勝，郭東旭.智能制造專業“機械制圖”課程改革與優化[J].南方農機，2023，54（5）：196-198.

[6］ 王斌，李麗麗.基于“新工科”理念機械制圖課程教學改革[J].農業技術與裝備，2020（10）：112-113.

[7］ 展靖華.工匠精神融入《機械制圖》課程的策略研究[J].時代汽車，2024（11）：67-69.

[8］ 原彬，于彥，孫昌國.BOPPPS教學模式下課堂互動策略的研究與實踐[J].教育教學論壇，2023（1）：101-104.

[9］ 任清.“互聯網+”時代機械制圖課程教學模式創新研究[J].中國多媒體與網絡教學學報（中旬刊），2021（5）：22-24.

[10］ 張晶，高宇博，董維.“機械制圖”課程數字化教學模式探索[J].科教導刊，2024（2）：114-116.

[11］ 畢思，紀廣通，陳愛平.基于“翻轉課堂”的機械工程制圖課程教學改革研究[J].造紙裝備及材料，2023，52（1）：230-232.

［責任編輯：鐘 嵐］