基于CAD技術(shù)的工程圖學(xué)課程教學(xué)改革研究

毛欣 馬永財 張波

摘要：CAD技術(shù)在制圖課程多媒體課件中的應(yīng)用已成為普遍現(xiàn)象，但如何應(yīng)用才能達到最佳效果目前尚沒有定論。本文在充分考察應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一套將二維和三維CAD技術(shù)分別在工程圖學(xué)課程教學(xué)中進行應(yīng)用的方法，可替代黑板作圖、掛圖和模型等傳統(tǒng)教具，并可全面優(yōu)化工程圖學(xué)課程的教學(xué)過程。經(jīng)課堂實踐，效果較好，可供借鑒。

關(guān)鍵詞：工程圖學(xué)；教學(xué)改革；CAD技術(shù)

中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1002-4107（2012）02-0028-02

工程圖樣被喻為工程界的“語言”，是工程技術(shù)人員進行技術(shù)交流的重要技術(shù)文件。工程圖學(xué)課程是所有工科院校必開的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它對培養(yǎng)學(xué)生繪圖和讀圖能力、建立工程意識、培養(yǎng)嚴謹細致的工作作風(fēng)和認真負責(zé)的工作態(tài)度起著重要的作用。

近年來，多媒體課件的興起已將工程圖學(xué)課程從傳統(tǒng)的板書繪圖授課和掛圖、模型演示中逐步脫離。加上靜態(tài)的板書、掛圖教育技術(shù)和手段無法展示三維實體和二維投影圖形之間轉(zhuǎn)換的動態(tài)過程，初學(xué)者不易理解和掌握，行之有效的制圖課程教學(xué)改革勢在必行。當(dāng)今計算機圖學(xué)高度發(fā)展，現(xiàn)代工程界已將三維圖樣作為主流的信息載體。從20世紀(jì)50年代CAD技術(shù)誕生以來，CAD技術(shù)經(jīng)歷了二維平面圖形設(shè)計、交互式圖形設(shè)計、三維線框模型設(shè)計、三維實體造型設(shè)計、自有曲面造型設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計、特征造型設(shè)計等發(fā)展過程。目前CAD技術(shù)仍在不斷發(fā)展，CAD技術(shù)在多媒體課件中的應(yīng)用已成為普遍現(xiàn)象，但如何應(yīng)用才能使多媒體授課達到最佳效果，仍需我們在教學(xué)中不斷研究和探索。本研究將CAD技術(shù)融入工程圖學(xué)課程具有一定的創(chuàng)新性，可實踐性強，可為其他院校的制圖課程改革提供可借鑒的參考，并具有一定的推廣應(yīng)用價值。

一、CAD技術(shù)在制圖教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

多年來，工程圖學(xué)課程作為工科院校的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，日益受到各高校教師和學(xué)生的重視。面對當(dāng)前教育形勢的發(fā)展和就業(yè)形勢的需要，為了培養(yǎng)高素質(zhì)人才，國內(nèi)各大高校一直在對該課程進行各種各樣的教學(xué)改革嘗試，CAD技術(shù)的融入是主要思路，并取得了一定成果。

歐陽立新根據(jù)工程、產(chǎn)品的設(shè)計和制造發(fā)展趨勢，利用CAD技術(shù)，提出了以計算機三維造型繪圖為主線的工程制圖教學(xué)模式，為工程制圖的改革提供了新的思路和可行的實施方案，促進工程制圖教學(xué)和學(xué)習(xí)的現(xiàn)代化[1]。董曉英順應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)信息化潮流，漸進地進行工程制圖改革。運用課程綜合化思想，實施工程制圖與AutoCAD融合式教學(xué)模式；在運用現(xiàn)代教育技術(shù)時趨利去弊；貫徹積件思想和自主學(xué)習(xí)理論，建立積件庫，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)課件；將三維設(shè)計思想引入工程制圖教學(xué)中；實施機械制圖教學(xué)四年不斷線[2]。戴立玲提出近年來在工程圖學(xué)課程建設(shè)與改革中產(chǎn)生各種誤區(qū)的原因之一，在于忽略了工程圖學(xué)中的思維性教育內(nèi)涵。論文在歸納工程圖學(xué)體系所具備的“思維性”和“語言性”兩大基本內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，提出了“穿插對比式”和“過程親驗式”兩種主要的融入方法，解決了新體系內(nèi)容與現(xiàn)行課時限制的矛盾[3]。武曉麗面對三維CAD/CAM技術(shù)引起的設(shè)計、制造領(lǐng)域的重大變革，探討工程圖學(xué)的教學(xué)應(yīng)如何定位，如何體現(xiàn)其課程特點及傳統(tǒng)價值[4]?？堤m提出在工程圖學(xué)的教學(xué)中，將CAI課件與三維CAD軟件相結(jié)合，一方面培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性和創(chuàng)造性思維的能力，另一方面以設(shè)計為主線將各部分教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系在一起，在潛移默化中啟發(fā)學(xué)生從設(shè)計的角度來分析問題和解決問題[5]。賀慶強認為機械類學(xué)科工程制圖課程要求學(xué)生初步掌握畫法幾何和工程制圖的基本思想，由于其課時限制，必須考慮如何實現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)。首先分析了該課程各教學(xué)環(huán)節(jié)的具體分工及其作用，以及如何在實際的教學(xué)過程中進行落實，并進一步提出了在教學(xué)過程中借助虛擬三維實體模型技術(shù)，可以起到營造良好的教學(xué)環(huán)境、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用，從而順利實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)[6]。

總之，大家普遍認為把三維CAD技術(shù)、構(gòu)形設(shè)計、計算機圖形學(xué)等新內(nèi)容融入工程圖學(xué)教學(xué)中，可加強對學(xué)生空間思維和構(gòu)形能力、創(chuàng)新能力、工程意識的培養(yǎng)。但如何將它們?nèi)诤显谝黄?，采取什么樣的方法和手段，什么樣的比例才能取得最佳授課效果，還需進一步研究和探討。

二、基于CAD技術(shù)的工程圖學(xué)課程教學(xué)改革

本研究是將二維和三維CAD技術(shù)在工程圖學(xué)課程中合理應(yīng)用，全面優(yōu)化制圖課程的教學(xué)過程。

黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科機械類專業(yè)制圖課程分為畫法幾何、機械制圖和計算機繪圖三個階段，并分三個學(xué)期進行。第一階段主要培養(yǎng)學(xué)生圖示及圖解空間幾何問題的能力，打下投影的理論基礎(chǔ)；第二階段主要培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀工程圖樣的方法和能力，使學(xué)生掌握尺規(guī)繪圖和徒手繪圖的技能；第三階段培養(yǎng)學(xué)生使用AutoCAD軟件繪制工程圖樣的能力和使用UG進行三維實體造型、零件裝配和繪制工程圖的能力。本研究主要是在前兩個階段的教學(xué)過程中引入CAD技術(shù)，增強授課效果，提高教學(xué)質(zhì)量，并為第三階段埋下伏筆。

（一） 二維CAD技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)教學(xué)模式方法呆板，教學(xué)內(nèi)容顯得枯燥，局限性也很多，因此，利用課件進行多媒體教學(xué)已成為各大院校的首選。AutoCAD軟件在處理二維圖形時功能強大，具有完善的繪圖、文字輸入、尺寸標(biāo)注等功能，教師可用其替代黑板、粉筆、圓規(guī)等工具。在畫法幾何課程中可事先將預(yù)講授的題目圖形用AutoCAD軟件畫好，用超鏈接的方式插入到多媒體課件當(dāng)中，上課時可直接調(diào)用（注意：超鏈接CAD文件與PPT文件要在同一文件夾下，建議采用AutoCAD2004版本，調(diào)用較快）。如圖1中的三視圖為PPT中插入的超鏈接AutoCAD圖形，圖2為放映時調(diào)出的AutoCAD文件。在AutoCAD軟件中直接邊講解邊畫線完成求解的全過程，這種方法替代了黑板繪圖，既節(jié)省了時間，又保證了作圖質(zhì)量，避免了黑板繪圖有誤差、圖形偏小后面學(xué)生看不清等缺點。

圖1PPT中插入的超鏈接

圖2調(diào)出的AutoCAD文件

這種方法在制圖課程后期尤為可行，因機件或零部件圖形更加復(fù)雜，課上時間有限，大量的黑板繪圖是無法實現(xiàn)的。若將大部分圖形用AutoCAD軟件先畫好，課上只演示關(guān)鍵部分的繪制過程，將大大節(jié)省時間，增加課堂信息量。同時使學(xué)生對AutoCAD軟件的使用有了更直接更真實的認識，激發(fā)學(xué)生后期學(xué)習(xí)的興趣。

（二）三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

在傳統(tǒng)教學(xué)中，對于機械制圖部分復(fù)雜的投影圖形，學(xué)生很難想象機件的空間形狀，也很難快速實現(xiàn)從空間三維實物到實物二維投影的轉(zhuǎn)化，在一定程度上影響了教學(xué)質(zhì)量。笨重的教學(xué)模型雖然直觀卻很難帶到課堂，數(shù)量、形狀又有限，只能集中參觀、學(xué)習(xí)，效果不好。將三維實體造型技術(shù)和三維動畫技術(shù)應(yīng)用到多媒體課件中，可使教學(xué)內(nèi)容由靜態(tài)變動態(tài)，由二維變?nèi)S。例如，三維CAD軟件做出的部件、機器的整體效果（可做成旋轉(zhuǎn)動畫）如圖3所示，部件、機器的安裝和拆卸動畫和爆炸圖等立體圖片形象逼真、一目了然，使以往呆板的教學(xué)形式變得豐富多彩，大大調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，降低了學(xué)習(xí)的難度

圖3減速器的整體效果圖

圖4減速器的爆炸圖

行之有效的教學(xué)方法，能夠提高和保證教學(xué)質(zhì)量，優(yōu)化制圖課程的教學(xué)過程。CAD技術(shù)在工程圖學(xué)課程中的應(yīng)用，將使教師的授課內(nèi)容編排靈活自如，課堂生動有趣，可大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動性，使學(xué)生更愿意參與到教學(xué)中來，增強了師生互動，提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。同時也激發(fā)了學(xué)生對CAD軟件的興趣，為后續(xù)計算機繪圖課程中的AutoCAD軟件和UG軟件教學(xué)埋下了伏筆。

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