CAD在不同學(xué)時(shí)工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用模式研究

徐進(jìn)友　柴富俊　陳 玲

（天津理工大學(xué)，天津 300384）

CAD在不同學(xué)時(shí)工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用模式研究

徐進(jìn)友柴富俊陳 玲

（天津理工大學(xué)，天津 300384）

根據(jù)工程制圖課程的發(fā)展趨勢(shì)以及CAD技術(shù)的特點(diǎn)，提出了在工程制圖教學(xué)過程中CAD軟件所具有的兩類功能。針對(duì)不同專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)需求以及工程制圖課程的教學(xué)學(xué)時(shí)安排，闡述了CAD技術(shù)在教學(xué)內(nèi)容、課程安排上的異同，并分別討論了CAD軟件在教學(xué)實(shí)踐過程中兩類功能的實(shí)現(xiàn)方式和具體要求。最后以天津理工大學(xué)為例，介紹了不同學(xué)時(shí)工程制圖和CAD教學(xué)內(nèi)容相融合的體系結(jié)構(gòu)。

工程制圖；CAD；應(yīng)用模式

近年來(lái)隨著CAD技術(shù)的發(fā)展以及企業(yè)對(duì)CAD技術(shù)需求的日益增長(zhǎng)，掌握CAD技術(shù)已成為工程技術(shù)人員的一項(xiàng)基本技能。在高校課程教學(xué)體系中，將CAD軟件引入工程制圖課程的教學(xué)之中是必然趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)工程制圖的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法提出了更高的要求。如何將CAD軟件尤其是三維幾何建模技術(shù)融入工程制圖的教學(xué)中，一直是近幾年討論的熱點(diǎn)問題，不同學(xué)校采用了不同的教學(xué)模式。童秉樞［1］將其歸納為融合式和分段式兩種引入方式，并指出所形成的三種課程體系類型。林清夫［2］對(duì)比分析了上述三種教學(xué)模式的特點(diǎn)和實(shí)施效果，并提出了引入的基本原則。張京英［3］介紹了三維CAD不同的教學(xué)模式對(duì)比實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，張淑艷［4］用實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容闡述了三維CAD造型技術(shù)輔助工程制圖教學(xué)的方法。

從現(xiàn)有文獻(xiàn)來(lái)看，討論的對(duì)象主要面向多學(xué)時(shí)的機(jī)械制圖教學(xué)中三維CAD的應(yīng)用模式和實(shí)踐效果，文獻(xiàn)［5］結(jié)合專業(yè)需求探討了少學(xué)時(shí)工程制圖和三維CAD融合的教學(xué)模式。本文結(jié)合我校教學(xué)實(shí)踐，根據(jù)不同專業(yè)、不同學(xué)時(shí)的教學(xué)要求，綜合討論CAD軟件在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用模式和課程體系的安排。

一、CAD軟件在工程制圖教學(xué)中的作用

工程制圖是工科專業(yè)非常重要的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其核心任務(wù)之一是空間要素和平面要素之間的相互轉(zhuǎn)化［6］。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)完成產(chǎn)品（工程）的設(shè)計(jì)和分析是當(dāng)代大學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)基本技能，也是工程教育的畢業(yè)要求之一［7］。基于以上兩個(gè)方面考慮，從工程制圖的教學(xué)實(shí)踐角度分析，CAD軟件所起的作用可以分為兩類：一是作為教學(xué)輔助工具或教學(xué)手段，提高工程制圖課程的教學(xué)效果；二是作為產(chǎn)品（工程）的設(shè)計(jì)方法和使用工具。針對(duì)不同的專業(yè)需求以及不同的教學(xué)學(xué)時(shí)，CAD軟件在工程制圖教學(xué)過程中所承擔(dān)的功能也有所不同，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容安排也應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

1.教學(xué)輔助工具

作為教學(xué)輔助工具或一種教學(xué)手段，CAD軟件有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，該功能應(yīng)用于所有的工程制圖課程。在工程制圖的教學(xué)過程中，空間物體的想象及表達(dá)能力是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要障礙之一。為更好地提高學(xué)生的空間想象能力，提高教學(xué)效果，在教學(xué)過程中需要向?qū)W生展示三維模型。傳統(tǒng)教學(xué)中多以木質(zhì)模型展示，受到教學(xué)模具展示空間以及數(shù)量上的限制。目前工程制圖課程教學(xué)方式有很多種嘗試以提高課堂的授課效果，比如采用多媒體教學(xué)，通過圖片、模型動(dòng)畫等幫助學(xué)生建立三維空間，形象、生動(dòng)、色彩鮮明的展示效果有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。但這種呈現(xiàn)方式多是固定的，教師無(wú)法根據(jù)課堂教學(xué)需要實(shí)時(shí)修改模型，互動(dòng)性較差，因而近年來(lái)更多地利用三維軟件強(qiáng)大的建模功能進(jìn)行工程制圖的輔助教學(xué)。利用CAD軟件將所講知識(shí)點(diǎn)通過不同的案例靈活直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，課堂上可以根據(jù)需要以不同的角度和表達(dá)方式向?qū)W生展示，而且可以實(shí)時(shí)進(jìn)行修改，有利于和學(xué)生互動(dòng)。這種展示方式效果更好，且更具一般性，有利于教學(xué)，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。由于色彩可調(diào)，形式可調(diào)，可有效吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的興趣，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，同時(shí)也可促使學(xué)生提前接觸CAD軟件。

2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)工具

對(duì)于多學(xué)時(shí)工程制圖課程，CAD軟件除了作為教師的教學(xué)輔助工具外，同時(shí)應(yīng)根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)等要求適當(dāng)、合理地增加CAD相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生在掌握工程制圖基本技能的基礎(chǔ)上，應(yīng)掌握CAD軟件的基本操作和實(shí)踐應(yīng)用，可以利用CAD軟件驗(yàn)證所學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，以提高學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果，能夠利用CAD軟件完成專業(yè)設(shè)計(jì)工作。機(jī)械類專業(yè)在上述要求之外，增加CAD類軟件的學(xué)習(xí)深度，除了軟件的基本操作外，應(yīng)具有利用CAD軟件進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用的能力。同時(shí)，可以擴(kuò)展CAD技術(shù)，引入CAE、CAM等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)教學(xué)內(nèi)容，使之能夠充分了解并能使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。總之，對(duì)于多學(xué)時(shí)工程制圖，應(yīng)根據(jù)專業(yè)需求，加深、加寬CAD技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生掌握CAD技術(shù)，提升學(xué)生的就業(yè)能力，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的工程技術(shù)人才。

二、CAD軟件在課程體系中的引入方式

在工程制圖的教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)專業(yè)需求不同程度的引入CAD軟件的教學(xué)內(nèi)容，不同學(xué)時(shí)應(yīng)采用不同的CAD融入方式，國(guó)內(nèi)各學(xué)校也根據(jù)自身特點(diǎn)制定了不同的課程體系。引入CAD軟件的基本準(zhǔn)則是在保證教學(xué)體系完整性和規(guī)范性的前提條件下，盡可能發(fā)揮CAD建模軟件的輔助教學(xué)功能，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低難度，并提高學(xué)生的空間思維和創(chuàng)新能力。

對(duì)于少學(xué)時(shí)工程制圖課程，一般多采用融入式教學(xué)方法。如前文所述，在少學(xué)時(shí)工程制圖教學(xué)中的CAD軟件主要作為教師的一種教學(xué)輔助工具，其主要目的是增加教學(xué)效果，因此在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上僅對(duì)軟件的常用基本操作做詳細(xì)講解，并與相應(yīng)的理論內(nèi)容相結(jié)合。比如在講尺寸標(biāo)注時(shí)，可以將理論講解和軟件中的標(biāo)注方法相結(jié)合，同時(shí)利用軟件完成例題的尺寸標(biāo)注。多學(xué)時(shí)工程制圖除了增加上機(jī)練習(xí)時(shí)間外，CAD教學(xué)內(nèi)容要求基本不變，應(yīng)都在一學(xué)期內(nèi)完成，教學(xué)內(nèi)容以工程制圖的基本理論、方法和空間思維能力等傳統(tǒng)內(nèi)容為主、CAD軟件為輔。機(jī)械類則采用融入式和分段式相融合的教學(xué)方式。在工程制圖基本內(nèi)容的教學(xué)過程中融入CAD技術(shù)，在學(xué)生掌握基本知識(shí)和技能的同時(shí)，提高利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助完成構(gòu)型設(shè)計(jì)的能力，拓寬學(xué)生的視野，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具。同時(shí)在后續(xù)課程中開設(shè)CAM、CAE等相應(yīng)課程，培養(yǎng)學(xué)生的三維設(shè)計(jì)和分析的能力，形成CADCAMCAE培養(yǎng)課程體系。

三、課程體系安排及實(shí)踐

針對(duì)不同專業(yè)的教學(xué)需求，我校對(duì)CAD技術(shù)引入方式進(jìn)行了整合，并設(shè)置了相應(yīng)的課程體系，如表1所示。在工程制圖的教學(xué)內(nèi)容安排中，CAD技術(shù)或多或少地加入到教學(xué)環(huán)節(jié)中，并通過上機(jī)等實(shí)踐課程加強(qiáng)教學(xué)效果。非機(jī)械類主要以AutoCAD軟件為教學(xué)主要內(nèi)容，同時(shí)介紹其他常用的三維設(shè)計(jì)軟件（如Pro/E、UG等）。CAD教學(xué)內(nèi)容以工程制圖中的二維圖形繪制為主，教學(xué)內(nèi)容穿插在工程制圖理論課程之間，在一學(xué)期內(nèi)完成。對(duì)于機(jī)械類學(xué)生，除了學(xué)時(shí)和上機(jī)學(xué)時(shí)增加外，還增加了手繪訓(xùn)練課程，在機(jī)械設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)中要求學(xué)生同時(shí)完成手繪和計(jì)算機(jī)繪圖，在后續(xù)課程上安排了CAD/CAM/CAE相應(yīng)理論和軟件實(shí)踐的教學(xué)環(huán)節(jié)。開設(shè)了選修課程“全國(guó)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)認(rèn)證項(xiàng)目（CAXC）課程”，鼓勵(lì)學(xué)生參加相應(yīng)的認(rèn)證考試，使學(xué)生掌握的技能與社會(huì)需求接軌，系統(tǒng)化地提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)分析問題、解決問題的能力。

表1　課程體系教學(xué)安排

實(shí)踐證明：CAD技術(shù)有效提高了工程制圖課程的教學(xué)效果。CAD技術(shù)彌補(bǔ)了教學(xué)模型和課件在教學(xué)中的不足，學(xué)生學(xué)習(xí)制圖技術(shù)的興趣普遍提高，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性進(jìn)一步提升。學(xué)生積極參加天津市大學(xué)生投影制圖競(jìng)賽和CAD競(jìng)賽并獲得良好成績(jī)，多次獲得優(yōu)秀組織獎(jiǎng)。相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)體系，機(jī)械類學(xué)生更早地接觸了CAD軟件，在專業(yè)課學(xué)習(xí)和學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)中能更熟練地運(yùn)用CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新和工程實(shí)踐活動(dòng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

在工程制圖的教學(xué)體系中不同程度引入CAD技術(shù)有效提高了教學(xué)效果。從工程制圖的教學(xué)實(shí)踐角度來(lái)看，為保證教學(xué)效果，從事工程制圖教學(xué)的教師應(yīng)熟練掌握至少一種CAD軟件，同時(shí)應(yīng)了解CAD技術(shù)的發(fā)展，將更有利于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生視野，這就對(duì)講授工程制圖課程的教師提出了更高的要求。值得注意的是，在工程制圖的教學(xué)中應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)適度引入CAD軟件，在工程制圖課程本身教學(xué)環(huán)節(jié)中，應(yīng)以制圖的基本理論和應(yīng)用為主要授課內(nèi)容，以CAD軟件為輔助工具和補(bǔ)充內(nèi)容，關(guān)于CAD技術(shù)的詳細(xì)內(nèi)容應(yīng)另設(shè)課程，不能舍棄原有工程制圖課程的本質(zhì)要求。

［1］童秉樞，易素君，徐曉慧．工程圖學(xué)中引入三維幾何建模的情況綜述與思考［J］．工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2005，26（4）：130-135．

［2］林清夫．引入三維幾何建模的工程圖學(xué)教學(xué)模式分析與比較［J］．工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2006，27（4）：148-152．

［3］張京英，羅會(huì)甫，張彤，等．三維造型設(shè)計(jì)與工程圖學(xué)的有效融合［J］．工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31（6）：151-154．

［4］張淑艷，雷光明，成彬，等．三維CAD輔助工程制圖教學(xué)的方法［J］．圖學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35（3）：464-468．

［5］鄭雄勝，張玉蓮．少學(xué)時(shí)“工程制圖”課程融合式教學(xué)模式研究［J］．中國(guó)電力教育，2013（10）：99-100，110．

［6］董培蓓，柴富俊，穆浩志，等.工程圖學(xué)簡(jiǎn)明教程［M］．天津：天津大學(xué)出版社，2010.

［7］中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)．工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2015年版）［EB/OL］.http：//hgxy.hqu.edu.cn/s/50/t/687/b8/49/ info112713.htm，2015．

（責(zé)任編輯：張華凡）

CAD Application Model in Engineering Drawing with Different Teaching Hours

XU Jinyou，CHAI Fujun，CHEN Ling
（Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China）

According to the development trend of engineering drawing course and the characteristics of CAD technology，two kinds of functions of CAD software in engineering drawing teaching are put forward.Based ondifferentprofessionaltrainingrequirementsandthecourseteachinghours，theapplicationofCAD technology in teaching contents，and course arrangement were discussed，and the way to realize the two kinds of functions of CAD software in teaching practice were described.Finally，the application model of CAD in engineering drawing with different teaching hours in Tianjin University of Technology was introduced.

engineering drawing；CAD；application model

G642.0

徐進(jìn)友（1977—），男，講師，研究方向：機(jī)械CAD、機(jī)械動(dòng)力學(xué)。

天津理工大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（YB11-29）；天津市教改研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（B01-0802）。