桂林市技工院校CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙

唐迎春

摘 要：CAD是計算機(jī)輔助設(shè)計軟件（Computer Aided Design）的簡稱，常用的CAD軟件有AutoCAD、CAXA、ProE等。CAD只是一個工具，只會CAD，只能重復(fù)別人的工作，充當(dāng)繪圖員角色。而妙用CAD軟件，則可使數(shù)控技術(shù)、模具制造和3D打印如虎添翼。為此，本文提出打造桂林市技工院校CAD教學(xué)的五把金鑰匙：AutoCAD與機(jī)械基礎(chǔ)課程的結(jié)合，CAD與3D打印技術(shù)的有效融合，技能競賽對CAD教學(xué)的有效滲透，基于任務(wù)驅(qū)動的CAD一體化教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂在CAD一體化教學(xué)中的有效運(yùn)用。要真正掌握CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙，不僅需要優(yōu)化課程設(shè)置，良好的硬件設(shè)施，還需要技藝精湛的師資。

關(guān)鍵詞：技工院校 CAD教學(xué) 一體化 翻轉(zhuǎn)課堂

技工院校機(jī)械類專業(yè)通常開設(shè)有CAD課。CAD是計算機(jī)輔助設(shè)計軟件（Computer Aided Design）的簡稱。國產(chǎn)軟件有：CAXA電子圖板和制造工程師、華中理工大學(xué)開發(fā)的開明CAD、清華大學(xué)和廣東科龍聯(lián)合開發(fā)的高華CAD。國外軟件有：美國Autodesk公司開發(fā)的AutoCAD、美國參數(shù)技術(shù)公司開發(fā)的Pro/Engineer、法國達(dá)索的solidworks、德國西門子公司的UG軟件等。桂林市技工院校依據(jù)機(jī)械行業(yè)特點、桂林市企業(yè)需求以及桂林市中職學(xué)生技能競賽項目要求，開設(shè)的課程有AutoCAD、CAXA、ProE等。

CAD只是一個繪圖軟件，一個輔助工具。只會CAD軟件操作而機(jī)械專業(yè)理論不扎實，只能重復(fù)別人工作，充當(dāng)繪圖員角色。如果有機(jī)械制圖、公差配合等專業(yè)基礎(chǔ)知識支撐，掌握CAD軟件才能更好地為專業(yè)服務(wù)。而妙用CAD軟件，更可使數(shù)控技術(shù)、模具制造和3D打印如虎添翼。為此，筆者將從AutoCAD與機(jī)械基礎(chǔ)課程結(jié)合，CAD與3D打印技術(shù)的有效融合，技能競賽對CAD教學(xué)的有效滲透，基于任務(wù)驅(qū)動的CAD一體化教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂在CAD一體化教學(xué)中的有效運(yùn)用等五個方面，打造出桂林市技工院校機(jī)械類專業(yè)CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙。希望五把金鑰匙的問世，既有益于學(xué)生掌握CAD軟件操作，又可以使學(xué)生利用CAD軟件進(jìn)一步掌握機(jī)械相關(guān)專業(yè)知識。

一、第一把金鑰匙：AutoCAD與機(jī)械基礎(chǔ)課程結(jié)合

在教學(xué)上主要通過AutoCAD與機(jī)械制圖、公差配合等機(jī)械基礎(chǔ)課程結(jié)合，尤為重要的是AutoCAD與機(jī)械制圖的有效融合。在典型任務(wù)的提取上，以勞動版機(jī)械制圖習(xí)題冊為藍(lán)本，內(nèi)容含平面圖、軸測圖和立體圖。

平面圖部分：不僅讓學(xué)生抄畫零件圖，還要將補(bǔ)畫三視圖、補(bǔ)缺線等內(nèi)容用在CAD強(qiáng)化訓(xùn)練中，讓學(xué)生深刻理解機(jī)械制圖中的正投影規(guī)律也同樣適用于CAD繪圖，CAD只是一個工具，跟鉛筆、三角板和圓規(guī)等常規(guī)繪圖工具相比，它只是利用電腦，提高了繪圖速度。如果不遵循機(jī)械制圖的相關(guān)規(guī)定，繪出來的圖紙是沒有工程價值的。在學(xué)生繪圖的同時，灌輸公差配合等相關(guān)知識，為后面數(shù)控編程、3D打印等專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。在模具制造專業(yè)，可以讓學(xué)生繪制一套完整的模具圖紙。先繪制模具的零件圖，然后利用定義塊的知識，將零件圖一一進(jìn)行裝配。在裝配的同時，教師就可以檢驗圖紙設(shè)計是否存在錯誤，配合是否合理。這種強(qiáng)化訓(xùn)練，一方面可以讓學(xué)生了解模具結(jié)構(gòu)，另一方面可以將錯誤的發(fā)現(xiàn)提前到設(shè)計階段。

軸測圖部分：軸測圖實際還是二維圖，它是一種在二維空間表達(dá)三維形體最簡單的方法。但是用三角板等手工工具繪制比較復(fù)雜，效率也不高。如果改用AutoCAD軟件，就可以大大提高繪圖效率。只要用鼠標(biāo)輕輕地點擊菜單中的工具，進(jìn)入軸測圖模式狀態(tài)，通過F5切換等軸測平面，就可以繪制正等軸測圖了。在繪制軸測圖時，可以讓學(xué)生根據(jù)三視圖繪制軸測圖，或是通過軸測圖繪制零件三視圖。這種方法既鍛煉學(xué)生看圖能力，又提升他們空間想象力，為后面立體圖繪制打下堅實基礎(chǔ)。

立體圖部分：手工繪圖只能繪制三視圖和軸測圖等平面圖形，而巧用AutoCAD就可以繪制真正的立體圖了。繪制立體圖時，先讓學(xué)生繪制基本體，然后講解怎樣將基本體通過布爾運(yùn)算等方式組合成組合體。在強(qiáng)化訓(xùn)練中，還可以讓學(xué)生根據(jù)三視圖繪制立體圖。而在機(jī)械制圖課程教學(xué)中，可以用CAD繪制機(jī)械模型，讓學(xué)生根據(jù)模型繪制三視圖或補(bǔ)畫三視圖。這種強(qiáng)化訓(xùn)練使學(xué)生能夠看得懂機(jī)械圖紙，同時能想得出物體實形來。

二、第二把金鑰匙： CAD與3D打印技術(shù)的有效融合

CAD設(shè)計的作品可以打印出實體來，是一件多么迷人的事情。于是人們紛紛嘗試3D打印技術(shù)。傳統(tǒng)的打印只能將作品打印在紙上，而3D打印卻可以打印出實形來。那到底什么是3D打印技術(shù)呢？3D打印技術(shù)即快速成型技術(shù)的一種，它是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)在將人們的夢想變成現(xiàn)實的同時，也必將使得人們產(chǎn)生更多奇思構(gòu)想。無疑，3D打印必將CAD（計算機(jī)輔助設(shè)計）帶入一個新的天地。但3D打印最終又會把CAD帶向何方呢？如何妙用CAD軟件，才能使3D打印更加如虎添翼呢？

3D打印雖然聽起來很高大上，但還是要將它歸于CAM（計算機(jī)輔助制造技術(shù)）。從CAD與CAM的關(guān)系中不難發(fā)現(xiàn)，CAD是CAM的基礎(chǔ)。如果CAD沒有學(xué)好，單純從網(wǎng)上模型庫下載相關(guān)模型進(jìn)行打印，開設(shè)3D打印課程就失去了意義。亦如只會操作傳統(tǒng)打印機(jī)，而不會office系列辦公軟件。3D打印必須以CAD設(shè)計模型文件為基礎(chǔ)，通過3D打印軟控系統(tǒng)，將3D模型降為2D格式，然后運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏結(jié)材料，通過逐層堆積疊加成型，制造出實體產(chǎn)品來。CAD設(shè)計出來的3D模型是3D打印的根本，如果沒有好的CAD模型，再高端的3D打印機(jī)也是“巧婦難為無米之炊”。那如何將CAD課程與3D打印進(jìn)行為效的融合呢？這需要一步步逐漸積累。

桂林市技工院校機(jī)械專業(yè)一年級都開設(shè)了機(jī)械制圖和AutoCAD課程。學(xué)生具備了基本的識圖能力，并能用AutoCAD繪制三視圖、軸測圖、零件圖、裝配圖等平面圖形，但立體圖繪制和空間想象能力還有待提高。

在二年級中級工班，可以強(qiáng)化AutoCAD立體圖繪制。內(nèi)容選取主要分為：基本體、拉伸類零件、旋轉(zhuǎn)類零件、組合體。這些簡單零件用AutoCAD軟件繪制比較容易，但要讓學(xué)生明白復(fù)雜組合體是如何由簡單零件組合而成的，從而為以后學(xué)習(xí)更專業(yè)的CAD軟件打下堅實基礎(chǔ)。繪制好實體后，將DWG文件輸出STL格式，就可以進(jìn)行3D打印了。

到三年級高級工班，AutoCAD雖然繪制簡單立體圖比較容易，但復(fù)雜實體繪制卻非常困難，甚至無法實現(xiàn)。為了進(jìn)一步提高學(xué)生三維實體的繪制能力，高級工班最好開設(shè)ProE或UG等課程。內(nèi)容上與機(jī)械制圖的課程相對應(yīng)，包括軸類、盤類、撥叉類、箱體類等零件。條件允許的話，還可以將裝配圖的零件一一打印，然后進(jìn)行組裝。這樣的話，一方面可以進(jìn)一步提高學(xué)生的空間想象能力，另一方面，通過零件組裝，讓學(xué)生明白各種機(jī)器的裝配原理。

三、第三把金鑰匙： 技能競賽對CAD教學(xué)的有效滲透

桂林市中職學(xué)生技能競賽中用到的CAD軟件主要是AutoCAD和CAXA。AutoCAD主要是用在機(jī)械制圖和AutoCAD應(yīng)有項目。CAXA主要是用在數(shù)控車工與數(shù)控銑工項目。

AutoCAD教學(xué)方面。常規(guī)的教學(xué)只是教會學(xué)生使用該軟件，但桂林市中職學(xué)生技能競賽的AutoCAD項目，卻對學(xué)生機(jī)械制圖能力提出更高要求，比賽的理論部分就是機(jī)械制圖手工繪圖，而實操部分，包括用AutoCAD繪制零件圖、補(bǔ)畫三視圖、根據(jù)三視圖繪制立體圖等。那么，筆者平時在強(qiáng)化訓(xùn)練時，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，就不光只是抄畫零件圖，應(yīng)包括補(bǔ)畫三視圖，根據(jù)三視圖繪制立體圖，根據(jù)軸測圖繪制三視圖等。這種強(qiáng)化訓(xùn)練能讓學(xué)生明白，CAD只是一個工具，只有掌握機(jī)械制圖知識，才能真正看懂圖紙，加工出合格產(chǎn)品來。

CAXA教學(xué)方面。數(shù)控車工和數(shù)控銑工除了要求學(xué)生手工編程外，還對計算機(jī)輔助編程提出更高要求。而計算機(jī)輔助編程步驟是：零件的幾何建模，加工方案和加工參數(shù)的合理選擇，刀具軌跡的生成，數(shù)控加工仿真，后置處理。桂林市技工院校機(jī)械專業(yè)開設(shè)的計算機(jī)輔助編程軟件主要是CAD中的CAXA軟件。CAXA軟件的教學(xué)應(yīng)該在AutoCAD教學(xué)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化CAXA實體造型和編程，有條件的還可以開設(shè)數(shù)控仿真，將加工制造的缺陷發(fā)現(xiàn)在模擬階段。

四、第四把金鑰匙：基于任務(wù)驅(qū)動的 CAD一體化教學(xué)

在傳統(tǒng)的CAD教學(xué)中，老師只是簡單教會學(xué)生CAD工具和命令的使用。老師教一個圖，學(xué)生就會一個，學(xué)生自主學(xué)習(xí)不夠。而基于任務(wù)驅(qū)動的CAD一體化教學(xué)，可以讓學(xué)生變被動為主動，在做中學(xué)，在學(xué)中做。在學(xué)材的編寫上，可以將CAD教材中的章節(jié)融入到一個個具體的學(xué)習(xí)任務(wù)中。學(xué)生通過對任務(wù)的實施掌握CAD繪圖技巧，理解各命令含義。在學(xué)材編寫方面，平面圖和軸測圖重點以AutoCAD軟件為主，三維造型則以ProE或UG為主，任務(wù)涵蓋基本體、拉伸體、旋轉(zhuǎn)體、組合體、曲面造型等，其中包含軸類、盤類、撥叉類、箱體類等零件。學(xué)生在掌握軟件同時，熟悉各零件結(jié)構(gòu)特點，可以為后面專業(yè)操作打下基礎(chǔ)。

五、第五把金鑰匙： 翻轉(zhuǎn)課堂在CAD一體化教學(xué)中的有效運(yùn)用

一體化教學(xué)，可以讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。但是CAD教學(xué)都是運(yùn)用計算機(jī)來完成的。如果能將翻轉(zhuǎn)課堂與一體化教學(xué)有效地運(yùn)用在CAD教學(xué)中，那么CAD教學(xué)將如虎添翼。什么是翻轉(zhuǎn)課堂呢？所謂的翻轉(zhuǎn)課堂，就是教師創(chuàng)建教學(xué)視頻，學(xué)生在家中或課外觀看視頻中的教師講解，回到課堂上師生面對面交流和完成作業(yè)的一種教學(xué)形態(tài)。而在CAD教學(xué)中，如何將翻轉(zhuǎn)課堂與一體化教學(xué)進(jìn)行有效融合呢？首先是課前學(xué)習(xí)：課前將CAD教學(xué)微課或視頻以及CAD任務(wù)書通過微信或QQ傳給學(xué)生，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并草擬任務(wù)計劃書。接著是課中內(nèi)化：課中學(xué)生通過小組討論，協(xié)作分工，共同探討完成任務(wù)書，教師則采用個性化指導(dǎo)，形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。然后是評價反饋：學(xué)生通過小組評價，指出學(xué)習(xí)中存在的困難，教師則采用集體化指導(dǎo)與個性化指導(dǎo)相結(jié)合的方式進(jìn)行答疑解惑。然后是研討總結(jié)，進(jìn)行教學(xué)反思，優(yōu)化并開發(fā)微課程。最后是課后鞏固：課后再通過反復(fù)觀看微課等視頻，鞏固課堂所學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂在CAD一體化教學(xué)中的有效運(yùn)用，是桂林市技工院校將學(xué)校的信息化與一體化教學(xué)進(jìn)行有效融合的有益嘗試。

六、如何才能使五把金鑰匙發(fā)揮其神奇的魔力

首先，在教學(xué)計劃安排方面，AutoCAD課程最好安排在一年級的下學(xué)期。因為這個時候，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了機(jī)械制圖課程一個學(xué)期，基本掌握了機(jī)械制圖的基本知識，對三視圖的原理也有了初步的了解。AutoCAD課程的及時開設(shè)，既便于AutoCAD課程和機(jī)械制圖的有效融合，又便于為桂林中職學(xué)生技能競賽機(jī)械制圖和AutoCAD兩個項目培養(yǎng)好苗子。到二年級上學(xué)期，則可以開設(shè)CAXA制造工程師。CAXA電子圖板和AutoCAD課程極為相似，要求老師只對CAXA電子圖板與AutoCAD不同的地方進(jìn)行介紹，教學(xué)的重點放在CAXA制造上。為什么這樣安排呢？因為學(xué)生一年級已經(jīng)學(xué)習(xí)了AutoCAD，已經(jīng)基本掌握了簡單立體圖的繪制，對立體圖形的成形原理，有了初步的了解。這個時候開設(shè)CAXA制造課程，既可以強(qiáng)化學(xué)生繪制復(fù)雜三維圖形的能力，又可以教會學(xué)生CAXA輔助編程技術(shù)和數(shù)控仿真。二年級的學(xué)生是技能競賽的主力軍。CAXA制造的開設(shè)將極大地提高他們的數(shù)控編程能力。到了三年級高級工班，隨著3D打印課程的開設(shè)，可以增設(shè)ProE或UG課程。雖然AutoCAD也可以繪制簡單的立體圖，輸出3D打印所需的stl文件，但對于復(fù)雜曲面造型卻束手無策。CAXA制造雖然在造型方面功能也不錯，卻不能直接輸出stl文件進(jìn)行打印，而ProE或UG課程的開設(shè)則可以彌補(bǔ)這些不足。

其次，桂林市各技工院校近年來進(jìn)行的國家級或自治區(qū)級高技能人才基地項目建設(shè)，在學(xué)校一體化實訓(xùn)室建設(shè)和學(xué)校信息化建設(shè)中投入了大量的資金，機(jī)械制圖和CAD一體化實訓(xùn)室的創(chuàng)建卓有成效。同時，每個學(xué)校都建有數(shù)控仿真實訓(xùn)室，每個常規(guī)教室也配備有先進(jìn)的云博士多媒體教學(xué)智能終端。云博士將傳統(tǒng)的計算機(jī)、實物展臺、無線MIC、讀卡器等功能集于一體，特別是實物教學(xué)攝像功能，為CAD一體化和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)提供了有力的硬件支撐。3D打印一體化實訓(xùn)室的建立，為CAD與3D打印的有效融合提供了便利的條件。

第三，開設(shè)了合理的課程，有了完整的配套硬件設(shè)施，不僅要求桂林市技工院校教師機(jī)械專業(yè)技能過硬，還要求教師計算機(jī)操作技能嫻熟，對于3D打印等新興技術(shù)也要與時俱進(jìn)地進(jìn)行學(xué)習(xí)。目前，高素質(zhì)CAD教師的欠缺，是掌握CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙最大的瓶頸。而要破解這個困局可以從以下方面努力。第一，要優(yōu)化教師引入的渠道。將相關(guān)專業(yè)和桂林市相關(guān)企業(yè)具有豐富CAD操作經(jīng)驗的人才引入學(xué)校任教，對學(xué)校機(jī)械專業(yè)教師進(jìn)行傳、幫、帶。第二，教師定期輪崗實習(xí)?？梢宰審V東國光電器等企業(yè)派工程師到學(xué)校進(jìn)行3D打印培訓(xùn)，也可以讓桂林福達(dá)有限公司等桂林本地企業(yè)派技術(shù)人員到學(xué)校進(jìn)行CAXA數(shù)控編程培訓(xùn)，同時可以派教師定期到相關(guān)企業(yè)學(xué)習(xí)，使學(xué)校和企業(yè)建立長期穩(wěn)定的合作關(guān)系。第三，加大培訓(xùn)力度，開設(shè)專題講座。第四，完善評價體系，優(yōu)化績效激勵機(jī)制。

最后，要真正掌握CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙，除了好的教學(xué)計劃，完善的硬件設(shè)施，精良的師資，還需要編寫適合桂林市技工院校CAD一體化教學(xué)的學(xué)材。比如教材在典型任務(wù)的提取上，零件應(yīng)該涵蓋軸類、盤類、撥叉類、箱體類等機(jī)械零件。在學(xué)材內(nèi)容上應(yīng)該包含平面圖、軸測圖、立體圖、裝配圖等。條件允許的話，如軸類零件CAXA學(xué)材的選取，可以結(jié)合桂林本土企業(yè)桂林福達(dá)曲軸有限公司的曲軸編程進(jìn)行編寫。學(xué)生在課堂上進(jìn)行一體化學(xué)習(xí)，將來參加工作也可以拿來參考，可以極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

總而言之，只要桂林市技工院校全體同行勤于探索，行政主管部門大力支持，優(yōu)化教學(xué)計劃，完善硬件，配備精良的師資，編寫合適的一體化學(xué)材，掌握CAD一體化教學(xué)的五把金鑰匙便指日可待。

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[2]袁芳.技工學(xué)校機(jī)械制圖和CAD課程整合[J].軟件：教育現(xiàn)代化，2014（6）.

（作者單位：桂林市第二技工學(xué)校）