智能制造背景下機械制圖三融合教學(xué)探索

張衛(wèi)芬 李永梅 董祥國 嚴(yán)紅霞

摘要：隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機械制圖的課程內(nèi)容、教學(xué)模式等已不能滿足智能制造對人才的需求，機械制圖的教學(xué)改革勢在必行。本文分析了機械制圖教學(xué)改革的必要性，提出了三融合策略，即教學(xué)內(nèi)容實現(xiàn)傳統(tǒng)機械制圖與三維設(shè)計軟件相融合，教學(xué)模式采取線上教學(xué)與線下教學(xué)相融合，實踐教學(xué)采用綜合測繪與數(shù)字化設(shè)計相融合，實踐證明學(xué)生主動意識增強，教學(xué)效果良好，對智能制造背景下機械制圖的教學(xué)提供改革思路。

Abstract： With the development of intelligent manufacturing technology， the traditional course content and teaching mode of mechanical drawing can't meet the demand of intelligent manufacturing for talents， so the teaching reform of mechanical drawing is imperative. The paper analyzes the necessity of teaching reform of mechanical drawing and three-integration strategies are proposed， which include three parts： integration of traditional mechanical drawing and 3D design software， integration of online teaching and offline teaching on teaching mode， integration of comprehensive mapping and digital design on practice teaching. The practice proves that the students' initiative consciousness is enhanced and the teaching effect is good， which provides a reform idea for the teaching of mechanical drawing under the background of intelligent manufacturing.

關(guān)鍵詞：智能制造;機械制圖;教學(xué)改革

Key words： intelligent manufacturing;mechanical drawing;teaching reform

0 ?引言

隨著新一輪科技和產(chǎn)業(yè)的變革，智能制造已成為全球制造業(yè)發(fā)展趨勢和我國制造業(yè)的發(fā)展需求，而“智能生產(chǎn)”是智能制造的主題之一，要實現(xiàn)智能生產(chǎn)，除了要具有系統(tǒng)化結(jié)構(gòu)化的專業(yè)知識之外，現(xiàn)代設(shè)計軟件的應(yīng)用、信息技術(shù)的應(yīng)用等也必不可少，這些因素的有機融合才能實現(xiàn)智能設(shè)計、智能制造技術(shù)的應(yīng)用。因此，學(xué)校和教師在教學(xué)過程中應(yīng)及時補充和調(diào)整課程內(nèi)容、教學(xué)方式，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”和“智能+教育”以滿足智能制造的發(fā)展需求。

機械制圖是機械專業(yè)學(xué)生較早接觸的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，它對學(xué)生的制圖識圖能力、空間想象能力、工程素養(yǎng)、創(chuàng)新精神等方面的培養(yǎng)具有重要的地位和作用，為后續(xù)相關(guān)課程奠定了重要的基礎(chǔ)。為適應(yīng)智能制造的發(fā)展趨勢，本文提出以機械制圖為載體，以三維設(shè)計軟件為工具，以混合式教學(xué)為教學(xué)模式，強化數(shù)字化設(shè)計、師生互動、實踐教學(xué)，努力提高課程的教學(xué)質(zhì)量，將傳統(tǒng)機械制圖改造升級為具有信息時代特質(zhì)的特色課程。

1 ?智能制造背景下機械制圖教學(xué)改革的必要性

①智能制造的發(fā)展下，智能工廠對機械專業(yè)人才的職業(yè)能力和綜合素質(zhì)提出了更高的要求，現(xiàn)代機械工程師不僅需要具備傳統(tǒng)的機械學(xué)科知識與專業(yè)技能，同時利用三維設(shè)計軟件完成產(chǎn)品設(shè)計的知識和能力也必須具備。順應(yīng)社會發(fā)展的趨勢，更新機械制圖的教學(xué)內(nèi)容以滿足機械工程師職業(yè)崗位對設(shè)計制造信息化的知識、技能、能力要求，是高校提高專業(yè)競爭力和畢業(yè)生就業(yè)質(zhì)量的必然選擇[1]。

②學(xué)生的自身特點變化隨著社會的快速發(fā)展和時代的差異，目前“00”后的學(xué)生的思想比較活躍，自信而張揚，自我約束較弱，且容易自我為中心，對電子產(chǎn)品喜愛且操作比較嫻熟[2]。傳統(tǒng)的“滿堂灌”、“填鴨式”的教學(xué)模式過于單一，學(xué)生普遍認(rèn)為課程缺乏吸引力，枯燥乏味，學(xué)生的課堂參與程度較低，有效聽課率較低，學(xué)生對機械制圖的掌握和教師的教學(xué)效果并不理想。因此，如何根據(jù)學(xué)生的特點調(diào)整教學(xué)模式，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這也是亟待解決的問題。

③企業(yè)對人才的需求隨著智能制造的提出，企業(yè)的用人標(biāo)準(zhǔn)和需求也在不斷變化。在眾多企業(yè)中，機械制圖在圖樣表達時也從二維平面圖向三維空間圖形轉(zhuǎn)換，目前學(xué)校與企業(yè)、社會多元協(xié)同教學(xué)仍然比較缺乏，企業(yè)對機械專業(yè)學(xué)生的能力需求得不到滿足，學(xué)校與企業(yè)的無縫對接還需加強，機械制圖的課程內(nèi)容與實踐結(jié)合不是很緊密。因此，有必要對機械制圖要進行一些改革和探索以滿足企業(yè)和社會的發(fā)展需求。

2 ?智能制造背景下機械制圖三融合教學(xué)研究

2.1 整合教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)傳統(tǒng)機械制圖與三維設(shè)計軟件相融合

我國高校在機械制圖與三維設(shè)計軟件相結(jié)合的過程中大都采用“外掛式、分段式、融合式”等方式[3]。隨著三維軟件的迅速發(fā)展，在機械制圖與三維軟件如何相融這一問題上也有各種方式。

為此，我校進行了兄弟院校和企業(yè)走訪，吸取優(yōu)質(zhì)經(jīng)驗，提出的教學(xué)方案是：以機械制圖為載體，三維設(shè)計軟件NX為工具，使機械制圖與三維設(shè)計軟件NX完全融合，建立制圖的知識傳授與三維軟件操作的技能訓(xùn)練并重的教學(xué)形式，將傳統(tǒng)機械制圖中由“二維向三維”這一“讀圖”過程利用三維軟件進行實現(xiàn)，再利用軟件中的制圖功能實現(xiàn)“三維到二維”的表達。

上課在機房進行，每位同學(xué)一臺電腦，利用教師機和局域網(wǎng)對學(xué)生機進行控屏和反饋，在授課時能統(tǒng)一安排。在講授制圖中的理論知識遇到需要進行三維表達時，利用三維軟件進行構(gòu)形，學(xué)生在學(xué)習(xí)軟件操作的同時也思考了機件的構(gòu)形，做到所想即所見，所見即所得。比如，在講投影法這一基礎(chǔ)理論時，利用軟件的制圖功能，使學(xué)生掌握“長對正、高平齊、寬相等”的投影規(guī)律。在講組合體這一章時，學(xué)生在建模和標(biāo)注尺寸的同時也更為深刻地理解“形體分析法”的意義和作用。在講機件的表達方法時，比對二維和三維，對剖切位置、剖切方向、剖切方法等有了更為深入的理解。在講標(biāo)準(zhǔn)件和常用件這一章時，利用NX的標(biāo)準(zhǔn)件庫和GC工具箱完成調(diào)用，強化學(xué)生對標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的二維表達、規(guī)格標(biāo)注、結(jié)構(gòu)用途等方面的認(rèn)知。在零件圖這章，利用制圖模塊對零件的表達方案、尺寸標(biāo)注、形位公差標(biāo)注、表面粗糙度標(biāo)注等進行強化，使學(xué)生掌握各種常見零件的三維構(gòu)形和二維工程圖。在裝配圖這章，通過對裝配體的裝配和拆卸過程，學(xué)生能更快掌握裝配關(guān)系，再加以裝配表達，使學(xué)生能更好地理解裝配圖的繪制。通過機械制圖與三維設(shè)計軟件的有效融合，學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊操作軟件，再從軟件操作過程中反思機械制圖的投影理論，學(xué)生獲得很大的成就感，對機械制圖的畏難不再有，有的學(xué)生還會嘗試各種方法進行反復(fù)建模以求對機件的構(gòu)形和二維圖作進一步把握。

2.2 更新教學(xué)模式，線上教學(xué)與線下教學(xué)相融合

隨著智能手機、QQ、微信公眾號、雨課堂、慕課堂等線下教學(xué)工具的飛速發(fā)展，我校機械制圖也更新了教學(xué)模式，由于三維軟件操作要點比較多，若課堂教學(xué)占用大量時間講解軟件操作勢必造成機械制圖的課時受到影響，因此有必要將部分三維軟件操作要點和部分機械制圖理論知識延伸到課外才可以完成教學(xué)任務(wù)，微信公眾號和雨課堂為解決這一問題提供了有效的技術(shù)手段。

課前主要進行預(yù)習(xí)，由教師發(fā)布相關(guān)課程資源，包括軟件操作微視頻（每個微視頻在五分鐘左右）、課件、作業(yè)等，學(xué)生先進行學(xué)習(xí)部分知識點和軟件實操，完成相關(guān)作業(yè)，作業(yè)的客觀題一般為選擇題，考察學(xué)生對機械制圖理論知識的掌握情況，可線上答題。主觀題一般為軟件操作題，學(xué)生畫完后統(tǒng)一提交電子作業(yè)，以此來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)盲點。課中主要重點講解課程的理論難點和操作難點，加大與學(xué)生的互動，在解題、上機實操中鞏固所學(xué)的知識，針對學(xué)生在軟件操作中遇到的具體問題進行個性化輔導(dǎo)。課后再次布置相關(guān)作業(yè)，利用QQ群、微信群進行在線答疑，增強教師與學(xué)生的互動，就某個共性問題也可發(fā)起討論，組建討論小組，鼓勵學(xué)生充分利用各類網(wǎng)絡(luò)資源進行探索，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，教學(xué)模式更加靈活多樣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3 改進實踐教學(xué)，綜合測繪與數(shù)字化設(shè)計相融合

機械制圖課程結(jié)束后隨之會安排綜合測繪，測繪是學(xué)生們接觸的第一個比較綜合的實訓(xùn)，涉及機械制圖、互換性與測量技術(shù)、工程材料及熱處理等課程的知識，對后續(xù)的課程設(shè)計如“機械設(shè)計綜合實訓(xùn)”、“復(fù)雜零件綜合實訓(xùn)”、“機械制造綜合實訓(xùn)”等都有很大影響。因此，為了讓學(xué)生夯實基礎(chǔ)且能靈活應(yīng)用各相關(guān)課程的知識，選擇一些典型的部件（如齒輪油泵、一級圓柱齒輪減速器、機用虎鉗、球閥等）進行訓(xùn)練，安排三周的學(xué)時，四位同學(xué)為一組，每組需完成兩套部件的測繪與建模，學(xué)有余力的同學(xué)可選擇三套。首先給學(xué)生講解各種裝拆方法和測量方法，隨后學(xué)生進行拆卸部件，拆完后每個零件進行測繪尺寸并記錄數(shù)據(jù)，然后根據(jù)測繪尺寸進行零件的三維實體建模和裝配建模，在此過程中學(xué)生可自由發(fā)揮對部件進行創(chuàng)新設(shè)計，最后按照要求由三維軟件出標(biāo)準(zhǔn)的零件圖和裝配圖并進行打印。通過上述訓(xùn)練，學(xué)生不僅掌握了測繪的方法，而且對“自底向上”的設(shè)計流程也有所了解，學(xué)生能親手操作，興趣較濃，加強了學(xué)生的綜合素質(zhì)教育和工程意識的培養(yǎng)。

3 ?教學(xué)效果

3.1 機械制圖更具吸引力，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高

傳統(tǒng)的機械制圖學(xué)生苦于手工畫圖和空間想象，部分學(xué)生覺得晦澀難懂，出現(xiàn)厭學(xué)情緒，也會影響其后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)興趣。通過課程改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣有了很大的提升。首次課會強調(diào)機械制圖課程的重要地位和作用，介紹三維操作軟件在各企業(yè)的應(yīng)用情況，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在線下課程中，學(xué)生會經(jīng)常討論如何進行操作軟件以及為什么要這樣表達等問題，相互學(xué)習(xí)，效果較好，三維作圖的速度和準(zhǔn)確度都有很大提升。

3.2 學(xué)生課外參賽活躍，成績顯著

積極組織學(xué)生參加各級各類機械制圖類學(xué)科競賽，從比賽中檢驗教學(xué)成果，吸取經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)教學(xué)不足，補充教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在比賽中得到成長，教師從比賽中總結(jié)得失促進教學(xué)并進行改進。例如，自本課程教學(xué)改革后，本專業(yè)學(xué)生連續(xù)多年參加華東區(qū)CAD應(yīng)用技能大賽，獲得一、二、三等獎若干名和團體獎若干次，學(xué)生以老帶新，每屆傳承，學(xué)習(xí)氛圍濃厚，掀起學(xué)習(xí)制圖的熱潮，起到了很好的帶動作用。

3.3 多課程聯(lián)動改革，學(xué)生的三維數(shù)字化設(shè)計能力得到提高

由于機械制圖的教學(xué)改革，其它相關(guān)課程也進行了部分改革，多課程進行聯(lián)動提高學(xué)生的三維數(shù)字化設(shè)計能力。如機械設(shè)計綜合實訓(xùn)，充分利用NX軟件中的功能，從傳統(tǒng)的“自底向上”設(shè)計方法改革為“自頂向下”的正向設(shè)計方法，在三維設(shè)計環(huán)境中構(gòu)建起結(jié)構(gòu)化的“從無到有、從虛到實、從粗到細(xì)”的產(chǎn)品正向設(shè)計一般流程和操作方法，更符合企業(yè)對機械類畢業(yè)生產(chǎn)品設(shè)計流程和綜合設(shè)計能力的需求，也符合智能制造對機械類學(xué)生在數(shù)字化設(shè)計技術(shù)方面的培養(yǎng)要求。

4 ?結(jié)束語

通過機械制圖的三融合教學(xué)研究，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣增強，學(xué)習(xí)積極性提高，機械制圖理論部分的有效掌握程度逐步上升，三維軟件操作水平大幅度提高，為適應(yīng)智能制造所提出的對人才的要求，探索培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)模式打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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基金項目：2019年度江蘇高校哲學(xué)社會科學(xué)研究一般項目《智能制造背景下機械專業(yè)信息化改造的研究與探索》（項目編號：2019SJA2041）。

作者簡介：張衛(wèi)芬（1981-），女，江蘇泰州人，碩士，東南大學(xué)成賢學(xué)院講師，研究方向為機械設(shè)計、機械教學(xué)。