張斌，宇曉明，焦洪宇

摘要：從機(jī)械制圖與CAD這門課程在理工科許多專業(yè)中的重要性和教學(xué)中存在的問題入手，探討了機(jī)械制圖、CAD兩門課程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的教學(xué)改革。實踐證明，把CAD融入機(jī)械制圖的教學(xué)改革中，更有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效率，可更好地提高學(xué)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(dá)到較好的教學(xué)效果。機(jī)械制圖與CAD課程建設(shè)和教學(xué)改革是一項應(yīng)該長期堅持并且不斷完善的系統(tǒng)工程。重視和重新認(rèn)識機(jī)械制圖與CAD課程建設(shè)和教學(xué)改革工作是許多高等院校期待解決的問題。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；CAD；整合；教學(xué)改革

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

一、引言

機(jī)械制圖是一門最早形成的自然學(xué)科之一，作為大多數(shù)工科類專業(yè)的必設(shè)基礎(chǔ)課，是工程界的共同語言[1，2]。機(jī)械制圖的主要內(nèi)容包括《機(jī)械制圖》國家標(biāo)準(zhǔn)的一些規(guī)定，基于正投影方法為基礎(chǔ)，研究點、線、面的投影，基本體、組合體、機(jī)件形狀的常用表達(dá)方法和零件圖畫法等。課程學(xué)習(xí)的目的和任務(wù)是：掌握三維立體和平面視圖之間的投影規(guī)律，培養(yǎng)空間想象和空間分析能力，正確使用尺規(guī)繪圖工具和儀器繪制機(jī)械圖樣[3]。

CAD是美國Autodesk公司開發(fā)的一種計算機(jī)輔助設(shè)計軟件。AutoCAD軟件實際上是一種新的繪圖工具，廣泛應(yīng)用于各類工程領(lǐng)域的設(shè)計繪圖軟件，是工程技術(shù)人員需要掌握的主要設(shè)計繪圖工具，也是當(dāng)前我國許多高等院校相關(guān)專業(yè)的學(xué)生必須學(xué)習(xí)的一門課程[4，5]。CAD課程的主要內(nèi)容包括圖層設(shè)置和管理、繪圖命令和文本注釋、圖形編輯、尺寸標(biāo)注、圖塊的創(chuàng)建和使用、三維實體模型構(gòu)建等。通過對CAD繪圖軟件的學(xué)習(xí)，能進(jìn)一步開發(fā)學(xué)生空間想象的能力，使其掌握計算機(jī)繪圖方法，具有計算機(jī)繪圖的能力。課程學(xué)習(xí)的目的和任務(wù)是：使作為初學(xué)者的學(xué)生盡可能快地理解、掌握CAD的基本繪圖方法和技術(shù)，掌握二維圖形繪制、三維圖形模型建立，培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的實踐動手能力和數(shù)字化繪圖能力。

二、機(jī)械制圖與AutoCAD的關(guān)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(biāo)和鍵盤看作是鉛筆、圓規(guī)和直尺。CAD的出現(xiàn)，極大地提高了繪圖效率和質(zhì)量。一方面，許多手工不能繪制的機(jī)械圖樣，CAD繪圖軟件可以準(zhǔn)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(fù)利用，圖形文件的編輯、保存和管理等方面，體現(xiàn)出手工繪圖無可比擬的優(yōu)越性。

很多人認(rèn)為，CAD課程可以完全替代機(jī)械制圖，這顯然是認(rèn)識上的誤區(qū)。計算機(jī)繪圖雖然取代了手工繪圖，但它并沒有取代機(jī)械制圖理論、有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的一些規(guī)定和規(guī)范。在機(jī)械制圖教學(xué)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(jī)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(zhì)量與效率，教師可以利用二維和三維圖形的轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生更好地掌握機(jī)械制圖理論，提高空間想象和分析能力。如果片面強(qiáng)調(diào)CAD相關(guān)命令的學(xué)習(xí)方法，完全脫離機(jī)械制圖理論，結(jié)果是學(xué)生熟練掌握平面圖形繪制，而機(jī)械圖樣不能較好地表達(dá)?？偠灾?，機(jī)械制圖是CAD軟件繪圖的基礎(chǔ)。CAD軟件繪圖不能脫離機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)而獨立進(jìn)行，必須在全面掌握制圖的基本理論、投影規(guī)律、表達(dá)方法和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定基礎(chǔ)上，才能應(yīng)用CAD軟件畫出符合要求的機(jī)械圖樣。

綜上所述，機(jī)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(guān)系，可以更有效地整合兩門課程，提高教學(xué)效果。

三、機(jī)械制圖與AutoCAD課程改革的措施

根據(jù)通常的教學(xué)進(jìn)度安排，學(xué)生是在學(xué)完機(jī)械制圖課程之后再進(jìn)行CAD軟件繪圖，兩門課程要分跨兩個學(xué)期，在講授CAD課程時往往需要對已經(jīng)講授的機(jī)械制圖基本知識和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等內(nèi)容進(jìn)行復(fù)述。將機(jī)械制圖和CAD這兩門課程“二合一”整合后，課程內(nèi)容緊湊，減少了教學(xué)學(xué)時，明顯提高了教學(xué)的效果和質(zhì)量。同時，利用CAD三維構(gòu)圖既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象能力，又增加了機(jī)械制圖課程的直觀教學(xué)手段。

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

CAD作為當(dāng)前最流行的計算機(jī)輔助繪圖軟件之一，包含許多模塊，功能強(qiáng)大?？紤]到“二合一”整合是以課程機(jī)械制圖為主線內(nèi)容，故CAD內(nèi)容應(yīng)以機(jī)械制造加工的二維繪制為主，適當(dāng)講授三維立體圖形繪制。通過CAD軟件應(yīng)用的三維圖形繪制可有效地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖，提供學(xué)生三維視覺表象，幫助學(xué)生盡快建立空間圖形構(gòu)建能力。課程內(nèi)容上可準(zhǔn)備大量三維圖形素材作為教學(xué)的直觀手段。為此，“二合一”整合后，計算機(jī)輔助軟件應(yīng)選應(yīng)用廣泛、二維制圖易學(xué)并兼有三維繪圖功能的CAD計算機(jī)繪圖軟件。

2.對“二合一”教學(xué)實踐的探索。在熟悉了機(jī)械制圖和CAD兩門課的相互關(guān)系后，我們需要在教學(xué)上將兩者有機(jī)地結(jié)合在一起，把CAD融入機(jī)械制圖的各個教學(xué)環(huán)節(jié)中。通過調(diào)整一些不必要或重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容，使它們教學(xué)內(nèi)容相互圍繞、相互滲透、循序漸進(jìn)、緊密結(jié)合。“二合一”教學(xué)可以從以下幾個關(guān)鍵點入手：（1）利用CAD三維建模輔助教學(xué)。“二合一”整合的核心是：培養(yǎng)學(xué)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(zhuǎn)化。首先，應(yīng)該從機(jī)械制圖基礎(chǔ)做起，讓學(xué)生充分掌握平面體如棱柱、棱錐等和回轉(zhuǎn)體如圓柱、圓錐、圓球等的投影規(guī)律，從而讓學(xué)生對三維的世界有一個初步的認(rèn)識，為以后的復(fù)雜圖形學(xué)習(xí)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(jī)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(jìn)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(fù)訓(xùn)練和理解，學(xué)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(jī)件常用的表達(dá)方法和零件圖。當(dāng)機(jī)件的形狀和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時，用三視圖很難把它們的內(nèi)外形狀準(zhǔn)確、完整、清晰地表達(dá)出來，機(jī)械制圖介紹了一些機(jī)件的常用表達(dá)方法，如視圖、剖視圖、局部放大圖等。以剖視圖教學(xué)為例，按照剖切面不同程度地剖開機(jī)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(yīng)提前在CAD中建立三維模型，通過對三維模型進(jìn)行剖切，繪制剖視圖。剖視圖將機(jī)件剖開，使得內(nèi)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(nèi)部虛線問題。綜上所述，CAD三維模型構(gòu)建讓學(xué)生更直觀地觀察模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加深了學(xué)生對圖形的理解。

在教學(xué)過程中，零件圖和裝配圖是機(jī)械制圖上的難點。傳統(tǒng)的教學(xué)是由裝配圖想象裝配體，由零件圖想象若干零件，這對學(xué)生來說難度很大，學(xué)習(xí)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(guān)系、傳動路線和主要零件的結(jié)構(gòu)形狀，有助于學(xué)生進(jìn)一步了解裝配體的工作原理，降低了學(xué)習(xí)的難度，激起了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

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