李 楊 ， 劉國鋒

（安徽三聯(lián)學院機械工程學院，安徽 合肥 230601）

0 引言

一切機器、儀器和機械裝備都是依據機械工程圖樣進行制造和裝配的，工程圖樣是工程界的技術語言，是制造業(yè)最重要的技術信息[1]?！皺C械制圖”是高等院校理工科相關專業(yè)的一門重要基礎性核心課程，研究對象為工程圖樣，強調的是使用圖板、圖紙及尺規(guī)進行手工繪圖，具有較強的應用性和實踐性。隨著計算機應用技術的發(fā)展，采用計算機“三維CAD”軟件繪制圖樣已貫穿于制造業(yè)的設計及制造過程中，成為現(xiàn)代工程設計與繪圖的主要手段，相比于傳統(tǒng)的手工繪圖，計算機“三維CAD”繪圖具有方便、快捷、精確度高等顯著優(yōu)點[2]。

近年來，“三維CAD”繪圖軟件課程在高校相關專業(yè)已普及，涉及的軟件大多是Pro/ENGINEER或SolidWorks。培養(yǎng)學生的繪圖及讀圖能力是“機械制圖”與“三維CAD”兩門課程共同的教學目標，兩門課程在內容上具有一定程度的共性。但是，在目前本科院校相關專業(yè)課程體系設置中，“機械制圖”和“三維CAD”通常作為兩門完全獨立的課程開設在不同學期，而且授課教師也不同。這樣的授課順序雖然體現(xiàn)了兩門課程承上啟下的關系，但是會造成許多關聯(lián)知識不能夠緊密融合，導致內容重復講述和教學資源浪費，教學效率低，教學效果不好。因此，教師應根據兩門課程的性質對內容進行有效融合，既改進了教學方法，又可以幫助學生高效掌握制圖知識以及靈活操作軟件。

1 “機械制圖”與“三維CAD”課程的關系

“機械制圖”這門課程的核心內容是機械制圖國家標準，重點內容是正投影法以及三視圖表達方法，另外還包括軸測圖、標準件和常用件規(guī)范畫法、零件圖及裝配圖等。由于課程內容比較抽象，對學生的空間想象分析能力要求較高。學生若想靈活運用，除了需要具備一定的邏輯思維，還需要具備較強的空間想象能力和實踐動手能力[3]?！皺C械制圖”的設計過程是設計人員在大腦中建立三維實體模型，然后把實體投影到平面上進行二維圖形繪制，讀圖者需要根據二維圖樣在大腦中想象出三維實體。

“三維CAD”繪圖是在三維建模環(huán)境下進行的，可以快速建立三維立體模型，三維實體建模后可以直接輸出二維工程圖。教學目的重在培養(yǎng)學生運用計算機熟練使用CAD軟件進行制圖設計工作，強調對繪圖軟件中各基本操作命令以及表達方式的綜合應用。

相比“三維CAD”繪圖，傳統(tǒng)的手工繪圖雖然已不再適應時代的發(fā)展，但是依然有其舉足輕重的作用，在高校相關專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中有著無可替代的地位[4]。“機械制圖”課程目標不僅要培養(yǎng)學生良好的繪圖及讀圖能力、空間想象與分析能力，而且還強調學生認真負責的工作態(tài)度和嚴謹細致的工作作風。而“三維CAD”軟件是一種順應時代發(fā)展的快速制圖工具，能夠更加直觀、全面地反映設計對象，使用CAD繪圖不僅能夠顯著縮短產品的設計周期，而且會大大提高圖樣的精確度[5]?！皺C械制圖”課程是“三維CAD”繪圖的基礎，計算機繪圖只是取代了手工繪圖方式，但依然要遵守機械制圖的基本理論和標準規(guī)定，學生對機械制圖原理的掌握程度是決定能否使用CAD軟件繪制出規(guī)范圖樣的關鍵因素。

2 “機械制圖”與“三維CAD”課程教學現(xiàn)狀

“機械制圖”的傳統(tǒng)教學模式主要是運用多媒體結合相對簡單的教學模型向學生展示，重點是通過繪制二維視圖來表達三維形體，學生對知識點的理解很大程度上依靠自身的空間想象能力。采用多媒體授課雖然大量節(jié)省了授課教師黑板板書的時間，由于近年來課程改革的原因，“機械制圖”課程的課時量明顯減少，但是對學生繪圖技能及相關知識的掌握并未降低要求。目前，在高校相關專業(yè)課程體系設置中，該課程通常在大學第一學期開設，此時的大學生還習慣于中學階段被動接收學習內容的方式，自主學習能力較弱，空間思維一時難以開拓。授課過程中，教師對圖形解讀時，二維向三維過渡的過程需要教師口頭表述，想要表述清楚比較困難，學生需要緊跟老師的思路把三維形體映射在腦海中，更不是簡單的事，因此很難跟上教師的授課節(jié)奏。即使傳統(tǒng)教學過程中教師有時會使用教學模型做演示，但也具有以下局限性：

1）教學模型的種類及數(shù)量有限，結構相對簡單，無法滿足教學內容的需要；

2）模型體積較小，教師在演示時，不是所有的學生都能夠觀察清楚；

3）進行裝配體、剖視圖等知識點講解時，也不能對模型進行隨意的拆卸及剖切，不利于學生觀察內部構造或結構?！皺C械制圖”傳統(tǒng)教學內容理論知識繁雜難懂，再加上教學模式以單一的二維模式為主，學生對“機械制圖”課程內容較難理解，久而久之會消磨學生的學習興趣，以致“機械制圖”課程教學效果一直不盡人意。

多數(shù)院校將“三維CAD”課程開設在“機械制圖”課程結束之后，筆者在近幾年的實踐教學中發(fā)現(xiàn)不少學生對“三維CAD”課程的學習興趣比較濃厚，再加上企業(yè)實際設計圖紙也基本是運用三維軟件繪制，導致很多學生錯誤地認為“三維CAD”軟件的學習比較重要，并在學習軟件時將重心放在軟件相關命令的練習上，結果導致學生雖然能夠使用CAD軟件繪圖， 但往往會忽視機械制圖應該遵循的基本理論、投影規(guī)律、表達方法及國家制圖標準規(guī)定等。經分析，“機械制圖”與“三維CAD”兩門課程內容具有一定的共性，相關內容應該進行貫通融合，教師應利用學生對“三維CAD”的濃厚興趣，將“三維CAD”巧妙地運用到“機械制圖”課程中，激發(fā)學生對“機械制圖”的學習興趣，提高教學效果。

3 “三維CAD”與“機械制圖”相結合教學模式思考

3.1 對傳統(tǒng)的教學模式進行創(chuàng)新

“三維CAD”軟件建模精度高，形象直觀。教師根據“機械制圖”授課內容的需要，備課時運用“三維CAD”軟件繪制所需素材，當然這些素材可以是教材內容所需，也可以是習題所需。實際教學過程中可以隨時調用這些素材向學生展現(xiàn)，并且可以對模型進行隨意修改。這樣不僅可以豐富“機械制圖”的課程內容，還能夠讓學生熟悉“三維CAD”軟件的基本命令，使學生在繪圖過程中體會軟件繪圖的便捷性。例如，在學習組合體時，立體表面的截交線是一個難點，學生對此普遍反映較難理解。針對這種情況，使用“三維CAD”軟件制作三維模型，利用軟件的工程圖模塊讓學生直觀地觀察截交線在各投影面上的二維圖形，問題就會迎刃而解。裝配圖這一章節(jié)中，減速器裝配圖通常作為一個典型的素材出現(xiàn)在教材中，但大學新生對減速器結構組成及工作原理的理解還有一定難度，教師也不可能把減速器帶進教室進行拆卸及演示。對此，可以利用“三維CAD”軟件制作減速器模型，學生可以像見到實物一樣直觀了解各零部件之間的裝配關系，同時教師通過軟件進行運動仿真，能夠讓學生看清齒輪傳動的過程，收到事半功倍的效果。

3.2 兩門課程相結合培養(yǎng)學生的空間思維能力

學生的空間思維能力水平是決定“機械制圖”課程教學質量高低的一個關鍵因素。培養(yǎng)學生的空間思維能力是“機械制圖”課程教學的主要任務之一[6]。教師在教學過程中應堅持以學生為中心，充分利用“三維CAD”技術輔助，提高學生的空間想象能力。在“三維CAD”軟件環(huán)境中可以隨意改變模型的主視方向，也可以對模型進行剖切、拆卸等，這與傳統(tǒng)教學模式相比更為直觀，能夠解決學生空間想象能力不足的問題。例如，在講授六個基本視圖時，學生對零件的后視圖及仰視圖極容易畫錯。對此，在實際教學過程中，教師可根據實際需要改變三維模型的主視方向，利用“三維CAD”軟件中的工程圖模塊獲得對應的基本視圖，并把三維模型與基本視圖建立聯(lián)系，鍛煉學生三維立體與二維圖形之間的相互轉換能力，從而培養(yǎng)學生的空間思維能力。相貫線內容是“機械制圖”課程中的一個難點，兩相交圓柱體（孔）的直徑相等時，投影得到的相貫線是直線；而直徑不等時，相貫線表現(xiàn)為弧線并朝向直徑大的圓柱（孔）。為讓學生輕松理解并掌握相關知識點，教師在備課時即可利用“三維CAD”軟件制作兩相交的圓柱體模型，授課過程中通過改變相應的圓柱直徑，學生便可觀察相貫線的動態(tài)變化。

3.3 以賽促學，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維

筆者所在的學院每年會參加“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模競賽，這是國內圖學類最高級別的國家級賽事，主要競賽內容是尺規(guī)繪圖、三維建模及工程圖繪制。為了提高學生的學習積極性，每學年的下學期先在校內舉辦選拔賽，通過比賽激發(fā)學生的學習積極性，并把學生的平時成績按一定比例納入校內比賽成績，有效提高學生的課堂參與度。為了開拓學生的空間思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，團隊教師通過CAD繪圖軟件建立了典型零部件及裝配體三維模型及工程圖，并整理成庫，可供學生隨時調閱。教師在機械制圖教學過程中，可以將構型設計題嵌入到各個章節(jié)，學生用“三維CAD”軟件表達設計構思，可以不斷提高創(chuàng)新思維。

4 總結

“機械制圖”是識圖繪圖的理論基礎，“三維CAD”使模型靈活呈現(xiàn)。將“三維CAD”與“機械制圖”兩門課程相結合，可以將“機械制圖”課程中的重難點知識以及難以用口述表達清楚的內容直觀地展現(xiàn)給學生，既可以豐富“機械制圖”課程的教學內容，提高學生自主學習的積極性和主動性，又可以促進“三維CAD”軟件的應用，進而提高學生的工程圖學綜合素質。