李杞超，張洪軍

（嶺南師范學院，廣東 湛江 524048）

“工程制圖”是高等院校工科類專業(yè)必修的一門基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)學生繪制工程圖樣和分析工程圖樣的水平，掌握工程圖樣讀圖與繪圖技術(shù)，提高學生空間形象思維能力、機構(gòu)搭建創(chuàng)新能力以及外觀包裝審美能力等，為學生將來的專業(yè)課程學習與技能的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[1]。工程制圖以現(xiàn)代工程應(yīng)用為背景，培養(yǎng)學生從基礎(chǔ)理論研究走向?qū)嶋H工程應(yīng)用，是工程應(yīng)用技術(shù)的啟蒙，其自身特點具有一定的抽象性和復(fù)雜性，制約著學生對其學習理解與應(yīng)用，導(dǎo)致講解難度大、學習效率低[2]。因此，根據(jù)“工程制圖”課程學習重要性和自身特點，結(jié)合當前“新工科”與“雙一流”學科建設(shè)背景，為培養(yǎng)科技前沿的復(fù)合型人才，“工程制圖”課程教學需要革新。近年來，中國科學技術(shù)迅猛發(fā)展，機械創(chuàng)新設(shè)計已走向世界前位，其中CAD技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用。CAD技術(shù)在中國的發(fā)展與應(yīng)用越來越成熟，被廣泛運用到機械生產(chǎn)領(lǐng)域中，與“工程制圖”課程有著緊密的聯(lián)系。“工程制圖”課程教學的目標與重點已經(jīng)從先前的讀圖與繪圖逐步轉(zhuǎn)為CAD二維繪制和三維建模設(shè)計，機械零件的二維繪制和三維造型也已經(jīng)成為圖學課程教學體系中的重要組成部分。因此，革新“工程制圖”課程內(nèi)容，融合CAD二維圖形繪制和三維建模設(shè)計，建設(shè)具有形象化、三維實體化的制圖知識與CAD技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合的高容量圖學課程內(nèi)容，提高教學效率，促進學生學習興趣和創(chuàng)新思維活力，培養(yǎng)學生專業(yè)技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用能力，提高專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量，儲備機械工程行業(yè)技術(shù)型人才，具有重要意義[3-4]。

一、圖學課程教學中的問題分析

圖學課程主要包括工程制圖與計算機繪圖，其中工程制圖包含畫法幾何部分與專業(yè)制圖部分，按專業(yè)可分為機械類和非機械類，計算機繪圖可分為二維繪圖和三維建模設(shè)計。目前，眾多院校的“工程制圖”“計算機二維繪圖”及“三維建模設(shè)計”屬于獨立完整的3門課程，多處于分學期獨立式教學，缺乏課程間教學時間緊密銜接性和知識體系密切關(guān)聯(lián)性的融合。在“新工科”和“雙一流”學科建設(shè)背景下，“工程制圖”課程學時量不斷縮減，而課程包含的畫法幾何與專業(yè)制圖兩部分基本理論知識卻不能隨意刪減，否則不僅無法構(gòu)成課程本身完整體系，更會影響相關(guān)專業(yè)課程系統(tǒng)的學習，由此引發(fā)了教師理論內(nèi)容講授多、速度快，學生實踐練習少、學習難度大、效果差等問題。雖然有些高校對此課程培養(yǎng)計劃有所調(diào)整，將工程制圖與CAD二維繪圖化為1門課程，相關(guān)研究者也出版了一些教材，但內(nèi)容的融合多為簡單的疊加組合，基本是以工程制圖較多學時在前講授，CAD二維制圖少量學時在后講授，繼續(xù)沿用原來的教材疊加組合和教學體系，缺少將CAD繪圖融入工程制圖各章節(jié)，導(dǎo)致二者形合意不合，仍處于分離狀態(tài)，而且隨著三維建模設(shè)計的快速發(fā)展與應(yīng)用，也已將其設(shè)為單獨1門專業(yè)繪圖設(shè)計課程。對于這3部分知識，大部分院校是分布在3個學期陸續(xù)完成教學，課程總學時量占比不少，但實際教學中，由于它們相對獨立，缺少知識點間的緊密融合，存在知識點交叉重復(fù)講解，導(dǎo)致教學課時緊張，效果欠佳。

二、“工程制圖”課程與“CAD繪圖”課程內(nèi)容融合意義

為適應(yīng)“新工科”與“雙一流”建設(shè)人才培養(yǎng)的“產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向，跨界交叉融合，支撐引領(lǐng)行業(yè)”的要求，解決目前教學中存在的問題，提出工程制圖與CAD繪圖內(nèi)容融合[5]?！肮こ讨茍D”課程主要包含繪圖基本知識、投影基本理論、圖樣表達、零件圖以及裝配圖等內(nèi)容。在教學過程中，教師多側(cè)重于投影基本理論，所用課時較多，接近總課時的一半，但教學的效果并不理想，學生對部分知識的理解需要具備較好的空間想象能力。而在“工程制圖”初期教學過程中，學生的空間想象力及邏輯思維能力水平不同，且尚未形成系統(tǒng)的工程制圖學習框架，對有些復(fù)雜的形體內(nèi)容缺少感性認知。雖然可以通過現(xiàn)代教學手段PPT，將平面與實體相交部分清晰展示，但仍是處于某一個角度的圖片形式，缺乏實體圖的動態(tài)旋轉(zhuǎn)任意角度觀察。隨著計算機繪圖技術(shù)的快速發(fā)展，CAD二維繪圖和三維建模軟件已應(yīng)用到設(shè)計和制造中。通過利用計算機繪圖建模軟件展示三維形體，不僅柔化了課程教學內(nèi)容的隱深度，亦能結(jié)合實體模型進行教學，逐步培養(yǎng)學生制圖、識圖的相關(guān)能力，進而通過CAD內(nèi)容知識講解弱化工程制圖的部分內(nèi)容講授。由此，知識的與時俱進，內(nèi)容的融合是必然趨勢。結(jié)合工程制圖、AutoCAD二維工程圖以及SolidWorks三維建模設(shè)計軟件各知識點的相關(guān)性和相輔性，歸納和總結(jié)知識框架，突出機械制圖教學中的重點內(nèi)容，將3門課程內(nèi)容融合教學，不僅有助于“工程制圖”課程的基本理論知識和機械制圖知識的學習，還能熟悉AutoCAD二維繪制工程圖和SolidWorks三維建模設(shè)計軟件操作，提高學生對機械圖信息的理解和分析能力，強化對二維轉(zhuǎn)化三維、三維轉(zhuǎn)化二維的理解能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和空間思維想象能力[6-7]。“工程制圖”教學內(nèi)容雖然具有一定的復(fù)雜性和抽象性，但通過CAD技術(shù)融合在工程制圖教學內(nèi)容中，有效協(xié)助教師在理論正推及問題分析過程中實現(xiàn)詳盡、形象的實例展現(xiàn)，不但能夠激發(fā)學生的學習積極性，而且還能節(jié)約大量學時，對提高機械制圖教學效率和水平具有積極作用。

三、工程制圖與CAD技術(shù)內(nèi)容融合與教學方式

工程制圖和CAD技術(shù)密切關(guān)聯(lián)，完整系統(tǒng)地融合將是一個發(fā)展趨勢。工程制圖和CAD技術(shù)融合的根基是內(nèi)容的融合，可將知識碎片化，將關(guān)聯(lián)的知識融為一體，改變簡單的疊加式堆合，形成一門融工程制圖與二維及三維繪圖于一體化的新課程，同時調(diào)整教學方式，配置適宜新課程內(nèi)容的教學方式，達到充分利用資源，節(jié)約時空，有效提高教學效率和質(zhì)量，提升學生興趣與積極性。

（一）畫法幾何與CAD繪圖知識的融合

1.畫法幾何基本知識與CAD二維繪圖知識的融合。教師在講解工程制圖基本知識時，可將AutoCAD軟件中的圖層管理部分和平面繪制命令融在一起講解。首先在AutoCAD軟件中講解各種線形設(shè)置方法，設(shè)置完成后講解直線、圓等基本繪圖命令，在繪圖顯示區(qū)繪制包含多種線形表達的圖形，利用此圖形講解各類線形表達的意義，這樣既有助于學生對線形的理解，同時又可使其學會AutoCAD中圖層管理與基本繪圖命令。圖形要涉及尺寸標注，由此引出AutoCAD軟件中注釋部分。講解尺寸標準內(nèi)容以及注釋內(nèi)容相關(guān)設(shè)置，完成后對圖形進行標注，標注過程中講解尺寸標注的意義和方法，完成工程制圖中的尺寸標注基本知識講授要求。

2.畫法幾何投影理論知識與CAD二維及三維繪圖知識的融合。針對點線面的投影部分，結(jié)合AutoCAD軟件進行講授更易理解。首先教師在AutoCAD繪圖顯示區(qū)確定圖紙，在圖紙內(nèi)確定三視圖的布局定位，再進行點線面的三視投影，以及線面相對投影面和線面之間的位置關(guān)系投影，掌握點線面投影基本理論。針對體的投影，可結(jié)合AutoCAD二維繪圖和三維建模軟件來講授。學生在學懂AutoCAD二維繪圖基本繪圖操作的基礎(chǔ)上，教師可進行SolidWorks的草圖繪制講解，二者均為平面繪圖，屬異曲同工，容易學習與理解，之后講解實體建模中拉伸旋轉(zhuǎn)部分，形成基本幾何體，繼續(xù)講解SolidWorks工程圖部分中投影操作，由此講授工程制圖中體的投影知識，這樣有助于對體的投影理解，特別是在學習截交線和相貫線部分，利用SolidWorks軟件進行實體建模，在生成相交實體時，自然得到截交線和相貫線，通過任意旋轉(zhuǎn)相交體，可多角度觀察截交線和相貫線形狀，再進行工程制圖中的截交線和相貫線部分知識的具體投影方法講授。通過先觀察到認知，再細節(jié)到深知的學習過程，讓學生對學習圖學課程更直觀易理解，同時對SolidWorks軟件產(chǎn)生濃厚興趣，促進其自發(fā)性學習，提高他們的學習主動性和積極性。

3.畫法幾何組合體視圖與CAD二維及三維繪圖知識融合。在組合體視圖教學中，已知兩視圖補畫第三視圖及形體構(gòu)思是重要內(nèi)容，也是教學中的重點與難點，空間思維想象能力稍弱的學生，對組合體視圖和形體構(gòu)思很難進行深入思考，補畫第三視圖和構(gòu)思形體比較困難，因此教師在教學過程中可融合CAD技術(shù)展開教學，滲透三維建模設(shè)計，并讓學生繪制基本體的疊加或切割形成的組合體，準確地掌握組合體的特征。根據(jù)已知視圖，利用SolidWorks三維設(shè)計軟件將二維圖進行相應(yīng)實體建模操作，輕松構(gòu)建組合體的三維實體模型，再將三維實體模型轉(zhuǎn)換為二維工程圖，結(jié)合已知的視圖進行核對，確定一致后，完成第三視圖。如果核對不一致，需要再次對零件圖的三維模型進行修改，直到求出正確的第三視圖為準。

（二）機械制圖與CAD繪圖知識的融合

1.標準件和常用件與CAD二維及三維繪圖知識的融合。教師在講授機械制圖課程中標準件和常用件章節(jié)時，可與SolidWorks軟件的零件庫知識融合一起，不僅可使學生學習起來更加直觀，還可使其充分認知標準件和常用件的類型，掌握零件的結(jié)構(gòu)和繪制要求，同時，教師可讓學生學習SolidWorks軟件中將零件庫中的相應(yīng)零件插入繪圖區(qū)的操作方法，并結(jié)合AutoCAD二維繪圖知識，講解簡化繪制標準件和常用件的畫法，由此完成標準件和常用件的二維繪圖方法與三維建模方法。

2.零件圖與CAD二維及三維繪圖知識的融合。教師在講授機械制圖課程中零件圖章節(jié)時，對零件的分類與結(jié)構(gòu)進行講解，可利用SolidWorks軟件對各類零件進行三維建模，使學生加深對零件結(jié)構(gòu)的理解，教師在建模過程中繼續(xù)講解軟件中掃描、放樣等實體建模特征和孔、圓角等一系列的編輯修飾特征，使學生對各類零件進行完整的建模，并充分學習零件的結(jié)構(gòu)，完成對零件圖的學習和軟件中零件實體建模所有特征的學習。與此同時，教師在講授AutoCAD繪制零件圖的方法時，如涉及到尺寸標注和技術(shù)要求的注釋方法，要使學生理解好它們在零件圖中的作用和標注要求，繪制標準的零件工程圖，促進三維實體建模所生成的工程圖后，能夠按工程圖要求標準進行相應(yīng)修正，最終完成零件圖的標準繪圖與三維設(shè)計。

3.裝配圖與CAD二維及三維繪圖知識的融合。教師在講授機械制圖課程中裝配圖章節(jié)時，可滲透Auto-CAD和SolidWorks軟件裝配圖繪制方法。AutoCAD二維裝配圖的繪制方法與上述零件圖二維繪制方法基本相同，可進一步融入到裝配圖的基本知識和技術(shù)要求講解中，同時通過SolidWorks自下而上的方法將事先建模好的零件進行裝配，模擬實際組裝，建立完整的裝配實體模型，讓學生清楚學習裝配過程。裝配中利用SolidWorks進行體積干涉檢查和動態(tài)碰撞干涉檢查，檢驗設(shè)計與裝配的合理性，既可以掌握SolidWorks裝配實體部分知識，又可以加深對裝配圖基本知識和技術(shù)要求的理解。裝配完成后為能夠清楚展示內(nèi)部零件形體，可通過爆炸圖對零件形體進行充分展示。如果需要生成工程圖，按照各類機器的工程裝配圖表達標準，生成相應(yīng)的視圖清晰表達，并對其進行調(diào)整與修正，亦可導(dǎo)入AutoCAD完成修正，形成標準的裝配圖。

（三）課程融合后的教學方式

工程制圖與AutoCAD及SolidWorks軟件課程內(nèi)容完全融合一體，構(gòu)成一門新課程，必然需要與之適宜的教學方式，僅是PPT與黑板授課方式不能適應(yīng)融合后的新課程。依據(jù)課程融合的內(nèi)容、信息技術(shù)的發(fā)展以及學習方式多元化、專業(yè)化的需求，結(jié)合課程內(nèi)容融合后的二維與三維繪圖的實操與形體特征直觀形象的展現(xiàn)的特點，以及激發(fā)學生學習繪圖軟件的興趣，授課教室既可選擇在配有投影的計算機實驗室進行，也可根據(jù)學生配置筆記本情況，選擇多媒體教室進行授課，確保每位學生一臺計算機。課堂上教師講授基本知識過程中，學生應(yīng)認真聽講，講授后，教師須預(yù)留時間，讓學生自行實操及知識理解，其間教師可對個別學生的疑惑進行單一的解答輔導(dǎo)，講解與學習靈活多樣、輕松高效。課程不再區(qū)分理論課和實驗課，理論與實操直接結(jié)合，一次課程可包含若干次講授與實操，直接做到邊講邊學邊練，帶動學生進行思考和想象，學生既能學到制圖基本知識，亦能學到軟件操作方法，還能提高設(shè)計技能。課上也可選擇線上教學和線上線下混合教學方式來完成教學內(nèi)容[8]。課下學生可通過熟悉練習軟件過程，繼續(xù)加深對工程制圖基本知識的理解，轉(zhuǎn)變僅靠枯燥無趣的讀教材學習方式。教學方式的革新，不僅帶來了時間上的節(jié)約靈活利用，還帶來了空間上的節(jié)約充分利用，是課程融合教學發(fā)展優(yōu)選模式。

四、結(jié)語

CAD技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在現(xiàn)代機械生產(chǎn)領(lǐng)域中，已經(jīng)成為重要組成部分。為了有效提高CAD技術(shù)與工程制圖教學效率與效果，強化學生對CAD技術(shù)熟練程度及工程制圖相關(guān)知識的理解，本文結(jié)合現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展形勢及市場需求，培養(yǎng)機械生產(chǎn)領(lǐng)域的高端專業(yè)人才，提出將AutoCAD二維繪圖與Solid-Works三維機械模型設(shè)計軟件課程內(nèi)容緊密融入“工程制圖”課程內(nèi)容中，構(gòu)成完整的一門課程，既豐富了“工程制圖”課程內(nèi)容，又使教學資源得到充分優(yōu)化利用，有效節(jié)約時空，同時還提高了課堂教學效率和教學質(zhì)量，有利于激發(fā)學生的學習興趣和動力，促進學生空間想象能力和空間分析能力。通過教學內(nèi)容融合及教學方式的改革，有效地改變了傳統(tǒng)的教學方法，有利于學生對知識更加直觀與深入地學習，為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學習奠定良好基礎(chǔ)，為現(xiàn)代機械生產(chǎn)領(lǐng)域儲備大量專業(yè)人才。