基于二維和三維CAD平臺(tái)的機(jī)械制圖課程改革探索

劉曉衡，徐 萍

(長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410124)

高職教育是以社會(huì)需求為目標(biāo)，以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向，培養(yǎng)實(shí)踐技能強(qiáng)、具有良好職業(yè)道德的高技能、應(yīng)用型人才。［1］機(jī)械制圖教學(xué)一直是高職教育的重要課程，如何在計(jì)算機(jī)技術(shù)大量應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域的今天切實(shí)地貫徹教改思想，形成新的機(jī)械制圖教學(xué)體系，是當(dāng)前機(jī)械制圖教學(xué)中的一個(gè)重要課題。

一、改革教學(xué)體系

機(jī)械制圖是一門(mén)與工程設(shè)計(jì)和制造密切相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)課，這門(mén)課從八十年代就引入了計(jì)算機(jī)繪圖，形成了圖學(xué)課程的兩大版塊，即《機(jī)械制圖》和《計(jì)算機(jī)二維繪圖》。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及，特別是三維CAD/CAM技術(shù)在現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)與制造中的逐步應(yīng)用，對(duì)多年來(lái)貫穿于機(jī)械制圖課中以二維圖形為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，帶來(lái)了強(qiáng)烈的沖擊與嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一方面是企業(yè)在生產(chǎn)中逐步采用三維為主的設(shè)計(jì)制造方法，另一方面我們的教學(xué)卻仍以二維圖形為主，可見(jiàn)我們的教學(xué)已完全滯后于外部先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。因此，只有讓學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖和AutoCAD課程的同時(shí)，逐步掌握三維CAD軟件的實(shí)體建模，才能為后續(xù)課程以及課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，才能適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)的要求。因此機(jī)械制圖課程的改革是在機(jī)械制圖、計(jì)算機(jī)二維繪圖課程的基礎(chǔ)上再增加計(jì)算機(jī)三維繪圖，形成新的機(jī)械制圖教學(xué)體系。

在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中，三維CAD軟件應(yīng)用廣泛，種類繁多。常見(jiàn)的三維CAD軟件有Pro/Engineer、UG、Solidworks等，都具有強(qiáng)大的三維建模功能，在這里我以Pro/Engineer軟件為例進(jìn)行論述。

二、新教學(xué)體系實(shí)施的教學(xué)思路

長(zhǎng)期以來(lái)，高職機(jī)械制圖課程教學(xué)效果并不很理想，原因之一便是中學(xué)階段對(duì)學(xué)生空間思維能力和空間想象力的訓(xùn)練較少，進(jìn)入大學(xué)后，一般在一年級(jí)第一學(xué)期就開(kāi)設(shè)制圖課，學(xué)生難以快速建立起空間概念，導(dǎo)致解題作圖時(shí)難以適應(yīng)。教師可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維建模軟件在課堂上現(xiàn)場(chǎng)造型，實(shí)時(shí)顯示，將二維到三維的空間思維視覺(jué)化，這樣就可以幫助學(xué)生盡快地樹(shù)立空間概念，提高學(xué)生的制圖能力。

在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，應(yīng)堅(jiān)持以能力為重點(diǎn)，以職業(yè)崗位目標(biāo)需求為原則，圍繞畫(huà)圖、看圖這一總的目標(biāo)，將機(jī)械制圖和AutoCAD二維繪圖、Pro/Engineer三維繪圖融合編排，使它們互相滲透、互相促進(jìn)。編排時(shí)應(yīng)以機(jī)械制圖為主線，將Auto-CAD、Pro/Engineer分別作為二維、三維圖形繪制的工具，三者整合在一起，穿插地進(jìn)行教學(xué)，這樣可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)《機(jī)械制圖》的興趣。

以下是我們將《機(jī)械制圖》與AutoCAD、Pro/Engineer整合教學(xué)的具體實(shí)施情況，在此提出與大家一起探討。

(一)AutoCAD在畫(huà)法幾何教學(xué)中的應(yīng)用

在學(xué)完“平面圖形的畫(huà)法”后，采用項(xiàng)目教學(xué)法，先讓學(xué)生針對(duì)具體的平面圖形進(jìn)行手工繪圖訓(xùn)練，然后再讓學(xué)生上機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖訓(xùn)練，指導(dǎo)學(xué)生使用AutoCAD常用繪圖命令和編輯命令繪制已經(jīng)手工繪圖訓(xùn)練的平面圖形，這樣學(xué)生能更快地接受和掌握AutoCAD的內(nèi)容，也能促進(jìn)學(xué)生理解和掌握?qǐng)A弧連接的方法，并且也讓學(xué)生體會(huì)到了計(jì)算機(jī)繪圖的高效、準(zhǔn)確，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。［2］

(二)Pro/Engineer在基本體、截交線、相貫線教學(xué)中的應(yīng)用

在學(xué)習(xí)基本體時(shí)，教師可以運(yùn)用Pro/Engineer軟件，用拉伸或旋轉(zhuǎn)命令，生成平面立體或回轉(zhuǎn)體，學(xué)生可以很直觀地看到這些基本體的形成過(guò)程，教師不需要課件，就可以很輕松地達(dá)到良好的教學(xué)效果。

截交線和相貫線是機(jī)械制圖教學(xué)中學(xué)生較難掌握的一個(gè)章節(jié)。［3］在傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)中，求截交線、相貫線等內(nèi)容，都是用立體表面取點(diǎn)、輔助面等方法來(lái)解決此類問(wèn)題，這樣講解起來(lái)學(xué)生很難理解立體之間的相互關(guān)系。如果利用Pro/Engineer的實(shí)體造型和編輯功能，對(duì)基本體進(jìn)行截切，讓學(xué)生觀察截交線的形狀，總結(jié)截交線的投影規(guī)律，增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí);而在相貫線的教學(xué)中，利用Pro/Engineer的造型方法，就可以把圓柱與圓柱相貫，孔與孔相貫，圓柱面挖孔相貫等情況直觀形象地展現(xiàn)給學(xué)生。同時(shí)，還可以通過(guò)改變實(shí)體的大小，動(dòng)態(tài)地觀察到相貫線所發(fā)生的相應(yīng)改變，使學(xué)生可以很輕松的接受知識(shí)，提高了教學(xué)質(zhì)量和效率，突破了教學(xué)的難點(diǎn)。

在學(xué)完截交線和相貫線后，安排學(xué)生上機(jī)操作，教會(huì)學(xué)生Pro/Engineer軟件的常用命令，讓他們進(jìn)行截交線和相貫線的造型，并從不同角度觀察形體，這樣可以提高學(xué)生對(duì)形體的認(rèn)識(shí)能力，同時(shí)也架起了投影與實(shí)體之間的橋梁，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)了學(xué)生思維、想象、創(chuàng)造構(gòu)形的能力。

(三)AutoCAD、Pro/Engineer在組合體教學(xué)中的應(yīng)用

組合體是實(shí)現(xiàn)《機(jī)械制圖》課程教學(xué)基礎(chǔ)目標(biāo)的關(guān)鍵，是培養(yǎng)學(xué)生空間想象力的重要保證。對(duì)于剛接觸制圖的初學(xué)者，空間想象能力較差，學(xué)習(xí)起來(lái)比較吃力。如果教師借助Pro/Engineer三維實(shí)體造型軟件進(jìn)行教學(xué)，可以把原來(lái)用大量語(yǔ)言闡述的內(nèi)容，如組合體的形體特點(diǎn)、各個(gè)基本體之間的相互位置關(guān)系、復(fù)雜組合體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，做成實(shí)體模型進(jìn)行演示，引導(dǎo)學(xué)生從不同的方位進(jìn)行觀察，不用過(guò)多的語(yǔ)言描述。這樣，既提高了教學(xué)效率，同時(shí)又使學(xué)生在輕松愉快中完成學(xué)習(xí)，而且能更好地幫助學(xué)生建立空間概念，提高學(xué)生的制圖能力。

學(xué)完組合體基本知識(shí)后，安排學(xué)生上機(jī)操作，首先教師用Pro/Engineer制作一些實(shí)體模型，讓學(xué)生根據(jù)模型，先手工繪制組合體三視圖草圖，然后用AutoCAD軟件繪制三視圖的工作圖，整個(gè)教學(xué)過(guò)程先簡(jiǎn)單后復(fù)雜，實(shí)體模型畫(huà)三視圖采用形體分析法和線面分析法，一邊分析一邊對(duì)照實(shí)體模型進(jìn)行繪制。經(jīng)過(guò)幾次上機(jī)訓(xùn)練，等學(xué)生這個(gè)環(huán)節(jié)比較熟練后，教師再要求學(xué)生用Pro/Engineer軟件的拉伸、旋轉(zhuǎn)命令繪制組合體立體圖。通過(guò)這樣先三維、后二維、再三維的模式進(jìn)行教學(xué)，既可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，提高他們的空間想象力，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(四)Pro/Engineer在剖視圖教學(xué)中的應(yīng)用

剖視圖是表達(dá)機(jī)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種方法，用剖視圖表達(dá)的形體有孔、槽等結(jié)構(gòu)，初學(xué)者對(duì)于這種機(jī)件內(nèi)部情況的表達(dá)，感覺(jué)上總是比較混亂，即使輔助實(shí)物模型也由于視覺(jué)上和感覺(jué)上的原因難以理解清晰。因此教師可以采用Pro/Engineer三維建模，用剖切平面把三維模型剖開(kāi)，讓學(xué)生從各個(gè)角度觀察模型內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形狀，從而比較和選用不同的剖視方法，畫(huà)出不同的剖視圖。

(五)AutoCAD、Pro/Engineer在零件圖教學(xué)中的應(yīng)用

零件圖的識(shí)讀和繪制是實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)核心目標(biāo)的關(guān)鍵內(nèi)容，是學(xué)生必須掌握的重點(diǎn)知識(shí)。［4］以往零件圖的學(xué)習(xí)，都是教師在講臺(tái)上滔滔不絕的講，學(xué)生看書(shū)跟著聽(tīng)，很枯燥、也很乏味，教學(xué)效果較差?，F(xiàn)在，我們先在《機(jī)械制圖》課程里，介紹識(shí)讀和繪制零件圖的方法和步驟，讓學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的手工繪圖，然后再安排學(xué)生進(jìn)行AutoCAD的繪圖訓(xùn)練，教會(huì)學(xué)生用樣板文件調(diào)用標(biāo)題欄，尺寸標(biāo)注應(yīng)設(shè)置標(biāo)注樣式，技術(shù)要求中的表面粗糙度標(biāo)注應(yīng)設(shè)置帶有屬性的塊，形位公差用快速引線的方法進(jìn)行標(biāo)注，極限尺寸按多行文字的方法進(jìn)行注釋等等，這樣穿插的進(jìn)行教學(xué)，增加了教學(xué)的直觀性和趣味性，把枯燥乏味的內(nèi)容變?yōu)橛腥さ闹R(shí)，變要我學(xué)為我要學(xué)了，提高了教學(xué)效果，也使學(xué)生真正體會(huì)到了計(jì)算機(jī)繪圖的高效。

教師還可以利用Pro/Engineer軟件畫(huà)出零件的三維模型，再利用工程圖模塊，將三維模型自動(dòng)生成視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖等二維圖形，并根據(jù)需要進(jìn)行尺寸標(biāo)注和技術(shù)要求的標(biāo)注，這種操作訓(xùn)練了學(xué)生二維和三維之間的思維轉(zhuǎn)換能力，培養(yǎng)了學(xué)生讀零件圖的能力，為適應(yīng)以后工作崗位打下了較好的基礎(chǔ)。

(六)Pro/Engineer在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用

對(duì)裝配體的教學(xué)，教師普遍感到比較困難，因?yàn)楦呗毶谝荒昙?jí)的時(shí)候，實(shí)習(xí)比較單一，缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，［5］對(duì)裝配體的結(jié)構(gòu)、工作原理、零件間的裝配、連接關(guān)系及主要零件的結(jié)構(gòu)形狀都缺少感性認(rèn)識(shí)，只能是教師怎么講，他們就怎么記，不能獨(dú)立分析，而且在教學(xué)中僅靠教具、模型和掛圖是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)需要的。因此，可以利用Pro/ENGINEER的裝配模塊，將裝配體中的各零件制作成三維實(shí)體，再按照一定的約束條件或連接方式，把多個(gè)三維實(shí)體零件裝配在一起形成裝配體，然后再進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示或形成裝配爆炸圖，這樣，學(xué)生可以非常直觀地觀察每個(gè)零件的真實(shí)結(jié)構(gòu)，了解零件之間的裝配關(guān)系和裝配方式，搞清裝配體的工作原理和傳動(dòng)路線，提高了學(xué)生閱讀裝配圖的能力。這一部分的操作，以老師演示為主，對(duì)學(xué)生的實(shí)際操作可不做要求。

三、采用新教學(xué)體系的效果

機(jī)械制圖和AutoCAD、Pro/Engineer軟件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行教學(xué)，適應(yīng)了新時(shí)期培養(yǎng)高技能人才的需要，使課程更加系統(tǒng)和完整，這種教學(xué)方法，過(guò)程緊湊，生動(dòng)有趣，能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、技術(shù)應(yīng)用能力、職業(yè)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠不斷獲得成就感，學(xué)習(xí)過(guò)程更加快樂(lè)，思維、情感、態(tài)度等因素得到和諧發(fā)展，教學(xué)效果良好。

四、教學(xué)中應(yīng)注意的問(wèn)題

(一)手工繪圖和計(jì)算機(jī)繪圖并重

在機(jī)械制圖教學(xué)中，雖然應(yīng)重視計(jì)算機(jī)繪圖，但不提倡完全甩掉圖板繪圖，還應(yīng)適當(dāng)?shù)貜?qiáng)調(diào)按照實(shí)際的機(jī)械零部件，訓(xùn)練學(xué)生的手工繪圖能力。對(duì)此，我們一般采用先手工繪圖，后計(jì)算機(jī)繪圖的方式，這樣既提高了學(xué)生動(dòng)手和構(gòu)圖的能力，又加強(qiáng)了計(jì)算機(jī)繪制二維和三維圖樣的能力。

(二)采用項(xiàng)目教學(xué)法

無(wú)論是機(jī)械制圖還是計(jì)算機(jī)繪圖都應(yīng)采用項(xiàng)目教學(xué)法進(jìn)行授課，課程內(nèi)容以具體化的工作項(xiàng)目或任務(wù)為載體，突出工作任務(wù)與知識(shí)的聯(lián)系，將掌握知識(shí)、培養(yǎng)技能落實(shí)到每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，帶動(dòng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成，提高學(xué)生的就業(yè)能力。［6］

(三)考證與專項(xiàng)訓(xùn)練相結(jié)合

對(duì)于高職教育來(lái)說(shuō)，將職業(yè)資格考證與畢業(yè)證結(jié)合起來(lái)，不僅能提高學(xué)生的就業(yè)能力，而且也使職業(yè)教育真正融入學(xué)歷教育中，保證了培養(yǎng)目標(biāo)的準(zhǔn)確定位。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)施過(guò)程中，把AutoCAD和制圖員職業(yè)技能鑒定與教學(xué)緊密的聯(lián)系起來(lái)，強(qiáng)化學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和應(yīng)用技能，為學(xué)生就業(yè)上崗創(chuàng)造良好的條件。

(四)創(chuàng)建虛擬實(shí)體模型庫(kù)與圖庫(kù)

傳統(tǒng)制圖教學(xué)中，要用到大量模型、掛圖，但總難以滿足教學(xué)的需要，結(jié)合《機(jī)械制圖》教材和習(xí)題冊(cè)中的習(xí)題，利用Pro/Engineer三維實(shí)體建模的技術(shù)建立模型庫(kù)，并將其上傳到校園網(wǎng)上。建立模型庫(kù)有兩個(gè)好處，第一，模型庫(kù)有利于提高教學(xué)效率。模型庫(kù)不但減輕了教師工作量，克服了實(shí)物模型教學(xué)的諸多不足，而且大幅度擴(kuò)大了課堂的知識(shí)容量，有助于突破教學(xué)上的難點(diǎn)與重點(diǎn)，提高教學(xué)效率。第二，模型庫(kù)有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。當(dāng)學(xué)生在課后自學(xué)過(guò)程中遇到困難，可通過(guò)校園網(wǎng)進(jìn)入虛擬模型庫(kù)，找到習(xí)題對(duì)應(yīng)模型，進(jìn)行三維觀察，輔助完成課后練習(xí)，從而方便學(xué)生課后自學(xué)。

五、結(jié)束語(yǔ)

采用新的機(jī)械制圖教學(xué)體系，讓二維和三維CAD繪圖技術(shù)成為了機(jī)械制圖課的一項(xiàng)重要內(nèi)容，促進(jìn)了學(xué)生計(jì)算機(jī)繪圖能力的提高，這不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的空間思維能力、自學(xué)能力及創(chuàng)新能力，而且使傳統(tǒng)的機(jī)械制圖課程顯示出極大的活力。這樣的改革有利于學(xué)生對(duì)相關(guān)課程的理解和掌握，有利于提高學(xué)生就業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，這對(duì)職業(yè)院校培養(yǎng)實(shí)用型人才具有重要的意義。

［1］姜大源.職業(yè)教育學(xué)新論［M］.北京:教育科學(xué)出版社，2007.

［2］陳龍.淺談《機(jī)械制圖》與《AutoCAD》教學(xué)的有機(jī)結(jié)合［J］.中國(guó)新手藝新產(chǎn)品，2009，(5).

［3］金大鷹.機(jī)械制圖［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［4］姜軍.機(jī)械制圖應(yīng)用與實(shí)例教程［M］.北京:人民郵電出版社，2008.

［5］郭紀(jì)林.Pro/Engineer Wildfire2.0基礎(chǔ)教程［M］.北京:人民郵電出版社，2007.

［6］譚國(guó)榮.談《機(jī)械制圖》課程采用的教學(xué)方法［J］.中國(guó)教育發(fā)展研究，2008，(7).