王妍，曹喜承，祝娟，楊蕊，徐金超

摘要：通過分析三維CAD技術(shù)對(duì)制圖課程的影響，文章根據(jù)傳統(tǒng)機(jī)械制圖的要求， 結(jié)合機(jī)械制圖教學(xué)目標(biāo)和應(yīng)用型本科的特點(diǎn)，在“從三維表達(dá)入手”的設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下， 提出了制圖課創(chuàng)新改革的新思路，介紹了基于三維CAD技術(shù)的制圖教學(xué)改革探索與實(shí)踐的過程，構(gòu)建了機(jī)械制圖課程體系，進(jìn)行教學(xué)方法設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；三維設(shè)計(jì)；課程體系；教學(xué)方法

機(jī)械制圖是工科院校機(jī)械類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課之一，培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力、構(gòu)形設(shè)計(jì)能力和圖形表達(dá)能力是課程的主要教學(xué)任務(wù)。但是，學(xué)生在初學(xué)《機(jī)械制圖》時(shí)，對(duì)機(jī)械制圖一片茫然，其有何特點(diǎn)、有何用處一概不知，很難產(chǎn)生自覺學(xué)習(xí)的行為和興趣。

本文以新的“從三維設(shè)計(jì)入手”的理論體系為指導(dǎo)思想，創(chuàng)建從三維CAD開始的制圖課程教學(xué)體系，著重培養(yǎng)學(xué)生利用三維建模技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和表達(dá)的能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和創(chuàng)新能力具有舉足輕重的作用，將是制圖課程創(chuàng)新改革的必然發(fā)展趨勢(shì)，這要求教學(xué)觀念、教學(xué)模式、教學(xué)方法有較大幅度的轉(zhuǎn)變。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

（一）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

近幾年，為了提高三維技術(shù)的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)各機(jī)構(gòu)也圍繞三維建模舉辦了很多理論和實(shí)踐競(jìng)賽， 如每年的全國(guó)“高教杯”圖學(xué)大賽，就是以三維CAD為基礎(chǔ)進(jìn)行的先進(jìn)成圖與產(chǎn)品信息建模的創(chuàng)新大賽。三維CAD 陸續(xù)引入制圖教學(xué)中來。引入的方式，概括起來，主要有兩種。

（1）獨(dú)立式。獨(dú)立開設(shè)三維建模課程，與制圖課程一起構(gòu)成新的教學(xué)內(nèi)容體系，優(yōu)點(diǎn)是不改變制圖原有的教學(xué)內(nèi)容和授課形式，學(xué)生能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)三維建模知識(shí)；缺點(diǎn)是三維建模與制圖之間的聯(lián)系被徹底分開了，制圖和建模被認(rèn)為是兩門各自獨(dú)立的課程，學(xué)生不能靈活地進(jìn)行三維建模和二維表達(dá)的相互轉(zhuǎn)換。

（2）分段式，把三維建模知識(shí)嵌入到機(jī)械制圖課程中，將三維軟件操作方法與制圖基本知識(shí)分別編寫在同一本教材的一章或幾章中，這種方法加強(qiáng)了三維建模技術(shù)與制圖基本知識(shí)的連貫性，但是建模在制圖教學(xué)中的直觀性和引入性仍沒有得到充分發(fā)揮。

（二）國(guó)外研究現(xiàn)狀

早在20多年前國(guó)外即開始進(jìn)行制圖課程學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。課程授課學(xué)時(shí)較少時(shí)，會(huì)在課下安排實(shí)踐性強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)和練習(xí)。

其他國(guó)家也都在進(jìn)行制圖教學(xué)改革，如日本、美國(guó)等。美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)資助制圖課程進(jìn)行創(chuàng)新性研究項(xiàng)目，并由8所院校共同進(jìn)行合作，美國(guó)奧斯汀德州大學(xué)的課程教學(xué)改革方法如下：在低年級(jí)開設(shè)該課，以實(shí)體建模軟件教學(xué)為主體，教學(xué)內(nèi)容包括：課堂講授、繪制草圖、 計(jì)算機(jī)繪圖三個(gè)環(huán)節(jié)。整個(gè)課程分計(jì)算機(jī)繪圖及設(shè)計(jì)介紹、實(shí)體建模、工程分析與制造、建立設(shè)計(jì)文檔和大作業(yè)五個(gè)部分。

日本武藏大學(xué)的平野教授， 東京大學(xué)的鈴木教授在1999年7 月第4屆中日?qǐng)D學(xué)教育研討會(huì)上做了題為“設(shè)計(jì)與制圖相結(jié)合”的報(bào)告。他們都一致提出了制圖教學(xué)與三維設(shè)計(jì)結(jié)合起來的教學(xué)方法， 提出既要教授學(xué)生繪圖， 還要教授學(xué)生設(shè)計(jì)， 使學(xué)生能夠繪制生產(chǎn)圖紙。制圖與設(shè)計(jì)融合必將是制圖課的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

二、從三維表達(dá)入手制圖課程教學(xué)體系研究

（一）從三維表達(dá)入手制圖課程教學(xué)體系的研究

1.“一體兩翼”的教學(xué)模式。

“一體兩翼”的教學(xué)新模式，即“以制圖基本理論為主體， 從三維實(shí)體造型技術(shù)出發(fā)，以二維計(jì)算機(jī)繪圖訓(xùn)練結(jié)束的培養(yǎng)方式”，形成制圖課程新的教學(xué)內(nèi)容體系。

以培養(yǎng)卓越工程人才為最終目的。構(gòu)建SolidWorks三維計(jì)算機(jī)建模，制圖知識(shí)與AutoCAD二維計(jì)算機(jī)繪圖融合起來，循序漸進(jìn)的教學(xué)體系。讓學(xué)生從三維建模的興趣入手，了解機(jī)件的構(gòu)形及制圖基本理論，最終能夠合理表達(dá)為二維計(jì)算機(jī)圖形；對(duì)每一部分理論教學(xué)的同時(shí)都有一定數(shù)量的實(shí)踐教學(xué)，包括二維和三維軟件的實(shí)踐上機(jī)內(nèi)容及手工繪制白圖，使學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐過程中不知不覺學(xué)到知識(shí)和技能；將測(cè)繪與SolidWorks三維軟件的使用結(jié)合起來，創(chuàng)建計(jì)算機(jī)輔助測(cè)繪新理念。

在建構(gòu)教學(xué)體系時(shí)，必須考慮怎樣進(jìn)行制圖教學(xué)對(duì)發(fā)展學(xué)生空間能力和實(shí)踐繪圖能力最有利。根據(jù)機(jī)械制圖課程的教學(xué)基本要求，以SolidWorks軟件為平臺(tái)入手，講解了機(jī)械制圖的內(nèi)容。為此構(gòu)建了三維技術(shù)與傳統(tǒng)制圖有機(jī)結(jié)合的“以三維技術(shù)為主線，二維制圖教學(xué)為核心”的新教學(xué)體系。

2.三維立體化課程體系。

這里所說的“三維立體化”，一維是指課程的基本理論和制圖知識(shí)，主要是基本的制圖教學(xué)知識(shí)；二維是理論聯(lián)系實(shí)踐的橋梁。例如，機(jī)件的各種表達(dá)方法，典型零件的視圖表達(dá)和尺寸標(biāo)注，AutoCAD軟件和SolidWorks軟件的計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)。以上所述內(nèi)容可以獨(dú)立成章，也可以跟制圖理論結(jié)合到一起，融會(huì)貫通；三維即學(xué)習(xí)手段和方法。

所以，這種課程體系是以三維建模為主線，將制圖內(nèi)容穿插其中，將三維軟件建模方法與機(jī)械制圖理論知識(shí)協(xié)調(diào)融合，分散教學(xué)到各章節(jié)的講授中，這種方法能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)、相互關(guān)系的直觀理解，有助于建立學(xué)生的空間思維想象能力，有助于對(duì)制圖內(nèi)容的理解。但教學(xué)時(shí)，切記勿落入以三維軟件的介紹和使用為主的誤區(qū)，偏離了制圖課教學(xué)改革的根本目標(biāo)。

（二）教學(xué)方法設(shè)計(jì)

制圖課程教學(xué)改革的目的就是從三維視覺入手，增大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到具有熟練讀圖畫圖的能力。機(jī)械類專業(yè)的制圖課程其特性是具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，教師必須增加機(jī)操作環(huán)節(jié)。

為了適應(yīng)圖學(xué)課程新型課程體系，可以采用以工程案例教學(xué)法為主，以研究法、討論法為輔。設(shè)計(jì)具有工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的典型教學(xué)案例，結(jié)合三維立體模型加以分析。使課程教學(xué)中一維與二維的知識(shí)形成融合與遞進(jìn)的教學(xué)關(guān)系，著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)分析與創(chuàng)新能力。

一維的教學(xué)基本知識(shí)，需要在授課時(shí)詳細(xì)介紹。二維的核心教學(xué)難點(diǎn)則重點(diǎn)介紹應(yīng)用方法。制圖課程包含各類綜合表達(dá)方法，這就要求教師對(duì)工程實(shí)踐有所了解，能夠從實(shí)例中簡(jiǎn)化、提煉出蘊(yùn)含概念和知識(shí)點(diǎn)的典型案例。

三、以三維技術(shù)為主線的課程教學(xué)設(shè)計(jì)

以三維實(shí)體為主線，將二維投影知識(shí)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、三維建模理論融合，具體如下：

（1）投影理論——可以選擇從體的投影介紹中引入投影法的基本概念，進(jìn)而引出點(diǎn)、線、面，逐步講解其投影特點(diǎn)和規(guī)律，即從三維到二維的思路進(jìn)行授課。然后結(jié)合三維造型原理描述組合體的形成和相貫體的概念，同時(shí)化解截切相貫組合體的難點(diǎn)。

（2）機(jī)件的表達(dá)方法——以SolidWork軟件為平臺(tái)，深入理解剖視圖、斷面圖的應(yīng)用方法、目的和概念、表達(dá)方法，同時(shí)講解對(duì)應(yīng)理論的某些工程簡(jiǎn)化畫法，讓學(xué)生深入理解“表達(dá)”的含義。

（3）標(biāo)準(zhǔn)件和常用件——以軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)為基礎(chǔ)，介紹標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的種類、用途及國(guó)標(biāo)簡(jiǎn)化畫法及標(biāo)記。

（4）零件圖及裝配圖——用三維軟件投影形成工程圖，利用三維造型過程中幾何約束和尺寸約束的概念，幫助學(xué)生正確理解圖樣表達(dá)完整性的意義。

（5）綜合訓(xùn)練——加強(qiáng)學(xué)生在三維實(shí)體與二維圖紙之間的思維轉(zhuǎn)換，利用軟件讓學(xué)生能夠進(jìn)行零件和裝配建模實(shí)踐及裝配干涉檢查，提高對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)原理的理解，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和三維空間想象能力。

新制圖教學(xué)體系以機(jī)械制圖知識(shí)為主，三維實(shí)體造型技術(shù)為輔，二者相輔相成、互相促進(jìn)。教學(xué)中不但使學(xué)生更加牢固地掌握機(jī)械制圖和計(jì)算機(jī)繪圖的知識(shí)，而且能夠增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際工作的能力。

四、結(jié)論

現(xiàn)代科技發(fā)展的實(shí)踐證明，機(jī)械制圖課程教學(xué)改革的必然趨勢(shì)勢(shì)必離不開三維CAD內(nèi)容的教學(xué)，通過本文這一創(chuàng)新改革思路的探索，能夠?yàn)橹茍D課程的改革提出一條行之有效的教學(xué)思路。

將機(jī)械制圖的常規(guī)知識(shí)和計(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)有方法的結(jié)合和講授，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生有能力在二維制圖知識(shí)和三維實(shí)體空間中自由轉(zhuǎn)換思路，提高了學(xué)習(xí)的趣味性，全面提高了學(xué)生的識(shí)圖繪圖能力和工程素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李杰，蔡萍，魏昌祥.引入三維CAD 的工程制圖課程教學(xué)改革嘗試[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014（6）.

[2]韓變枝，楊勝?gòu)?qiáng).基于現(xiàn)代三維技術(shù)重構(gòu)“機(jī)械制圖”課程體系的探索與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2016（3）.

[3]王宗彥，馮敬華，暴建崗.從三維設(shè)計(jì)出發(fā)改革傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)[J].華北工學(xué)院學(xué)報(bào)（社科版）， 2004，2（20）.

[4]尚雪梅，康彥青.SolidWorks建模技術(shù)在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2013（9）.

[5]朱文博，瞿元賞，唐庸康.高等院校的機(jī)械制圖教學(xué)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（28）.

編輯/岳鳳