CAD軟件在高職《機械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用

姜明　羅逸葦　孟鑫沛

摘 要：《機械制圖》是很多工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，重點培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和零、部件工程圖讀圖與繪圖能力。由于高職學(xué)生三維空間想象能力相對較差，傳統(tǒng)教學(xué)中一直存在“看圖難”和“繪圖難”兩大問題。通過在教學(xué)中引入二維、三維軟件，用二、三維軟件的轉(zhuǎn)換講解繪圖規(guī)則，可以極大的幫助高職學(xué)生對繪圖規(guī)則的理解，提高他們的讀圖與繪圖能力。

關(guān)鍵詞：機械制圖 二維軟件 三維軟件

1 引言

在高職教育中，《機械制圖》是機械工程相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，以及識讀和繪制機械零、部件工程圖的能力，為后續(xù)《機械制造技術(shù)》、《機械設(shè)計》、《數(shù)控加工》、《模具設(shè)計》等多門課程的教學(xué)奠定基礎(chǔ)，嫻熟的識圖制圖能力是學(xué)生成功走上“繪圖員”、“數(shù)控加工”、“模具設(shè)計”、“質(zhì)檢”等工作崗位的有力保障。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，從點線面的投影開始，由于部分學(xué)生空間想象能力欠缺，很難掌握空間與平面間的轉(zhuǎn)換技巧，難以完成用平面表示空間的學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)而覺得這門課程難學(xué)甚至放棄。尋求一種簡單可行的方法來演示空間向平面投影的關(guān)系一直是該課程任課老師孜孜以求的目標(biāo)。

近年來，CAD軟件功能日趨強大，數(shù)字化加工手段被廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)，很多企業(yè)的工作崗位已不再需要手工繪圖，傳統(tǒng)的“看圖紙加工”的方式正在向“三維模型直接生成加工代碼或加工工藝”轉(zhuǎn)變。為實現(xiàn)高職教育與工作崗位的無縫對接，《機械制圖》的教學(xué)改革迫在眉睫，摒棄傳統(tǒng)教學(xué)過程中的過時的內(nèi)容和方法，引入先進(jìn)的CAD軟件演示繪圖原理與規(guī)則，改進(jìn)和優(yōu)化教學(xué)方法，提高高職學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣，夯實他們的專業(yè)基礎(chǔ)能力。

2 引入CAD軟件后，《機械制圖》在以下幾個方面進(jìn)行改革

2.1 修改“點”、“線”、“面”的投影教學(xué)順序

在《機械制圖》傳統(tǒng)教學(xué)中，“點”、“線”、“面”的投影知識是本課程的基石，如果沒有熟練掌握，就不可能正確完成手工繪圖。傳統(tǒng)教學(xué)中，先講點的投影，兩點構(gòu)成線，三點構(gòu)成面，這部分內(nèi)容占用了較長的學(xué)時，對于空間想象能力欠缺的學(xué)生來說，這部分內(nèi)容枯燥乏味，讓他們在初步接觸《機械制圖》時，便失去了對課程的學(xué)習(xí)興趣。改革后，跳過點與線的投影知識，直接進(jìn)入組合體三視圖的學(xué)習(xí)。通過三維軟件對典型組合體建模，利用軟件的視圖與顯示設(shè)置，可以從找到面的投影，到面的投影中找特殊線，從特殊線上找特殊點，完成“面”、“線”、“點”的投影教學(xué)，增強空間轉(zhuǎn)換能力。

2.2 二維CAD軟件在《機械制圖》課程中的應(yīng)用

2.2.1 精準(zhǔn)貫徹“國家標(biāo)準(zhǔn)”

傳統(tǒng)教學(xué)中，《機械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)圖幅尺寸、線型、字體、標(biāo)注等內(nèi)容既需要記憶，又需要在制圖中貫徹，而手工繪圖中對線寬、非連續(xù)線疏密程度、字體大小等只能憑直觀感受，不能嚴(yán)格準(zhǔn)確度量，而在二維繪圖軟件（如AutoCAD）中，這些內(nèi)容均可設(shè)置，圖框、標(biāo)題欄等可直接調(diào)用，精準(zhǔn)、便捷，大大提高了繪圖質(zhì)量。

2.2.2 解決手工作圖難點

手工作圖中的正多邊形、橢圓、等分線段、圓弧過渡、公切線等內(nèi)容，需要學(xué)生有良好的幾何功底才能掌握，且繪制步驟繁瑣，效率低。引入二維CAD技術(shù)后，這些內(nèi)容均可以通過簡單的命令實現(xiàn)，大大提高了繪圖效率，對于“天生對電腦感興趣的00后們”來說，學(xué)習(xí)制圖會變得其樂無窮。

2.3 三維CAD軟件《機械制圖》課程中的應(yīng)用

2.3.1 解決“截交線”、“相貫線”繪制難點

傳統(tǒng)教學(xué)中，“截交線”、“相貫線”的內(nèi)容抽象難懂，在生產(chǎn)中幾乎無實際意義，但在二維繪圖中又不得不進(jìn)行繪制，面對二維繪圖無法回避的問題，在三維繪圖軟件中卻可以輕松化解，用三維CAD軟件建模后，“截交線”、“相貫線”可以在建模過程中“自然”形成，無需花費大量課時就可以讓學(xué)生在建模中獲得深刻體會，之后再補充少量“截交線”、“相貫線”的二維繪圖技巧，如平面斜切圓柱體，截交線為橢圓，找到橢圓的象限點，直接用橢圓命令即可將其繪出;再如不等徑的兩個圓柱相貫，其相貫線為圓弧，找到圓弧的三個特殊點，或根據(jù)圓弧的半徑即可用圓弧命令完成其相貫線。舍棄了“一般位置點”的作圖，對學(xué)生空間想象力的要求大大降低，“截交線”、“相貫線”這樣的傳統(tǒng)教學(xué)難點不攻自破。

2.3.2 解決“讀圖難”問題

《機械制圖》重點培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，受學(xué)時和學(xué)生基礎(chǔ)限制，這項內(nèi)容一直是傳統(tǒng)教學(xué)的難點，教師們采用了各種各樣的方法幫助學(xué)生建立空間想象力，如購置教學(xué)模型、用橡皮泥塑形，切蘿卜等等，通過實物呈現(xiàn)的方式讓學(xué)生先直觀感受，再逐步建立空間想象。這些方法中的教具都是有限的，且不易更改形狀，而引入三維軟件后，學(xué)生在學(xué)習(xí)了常用的建模命令后，可以通過三維軟件，把自己從圖紙上“看到”的物體進(jìn)行分塊建模，再疊加、切割，建模同時可以實時翻轉(zhuǎn)審查模型是否與二維圖形相符;教師對二維圖形稍作調(diào)整，所表達(dá)的立體就有了不同的變化，通過建模的過程可以讓學(xué)生體會這些變化與不同，加深對空間立體的理解;分塊建模的思路便于培養(yǎng)學(xué)生“由簡單到復(fù)雜”的分析方法的養(yǎng)成，學(xué)生建模過程中反映出的錯讀、漏讀信息也可以被教師及時掌握和糾正。三維軟件的引入既提高了課堂效率，也為學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)提供了有效手段，空間想象力不足的同學(xué)不至于被“卡”在“想象”一環(huán)節(jié)。在“剖視圖”、“斷面圖”等模塊中，學(xué)生需要完全靠想象“剖切”實體，對學(xué)生的想象力提出了更高的要求，而在三維軟件里，學(xué)生可以對三模模型進(jìn)行任意“剖切”，這是實物教具無法實現(xiàn)的，將知識點由抽象轉(zhuǎn)化為具體，教學(xué)難點迎刃而解。

2.3.3 解決“畫圖難”問題

“畫圖難”指的是學(xué)生不懂得如何表達(dá)零、部件。傳統(tǒng)教學(xué)中受手工繪圖和二維軟件繪圖速度的制約，教師在“零件圖”的教學(xué)中，通常是以講述為主，而沒有充足的時間讓學(xué)生在課堂上完成各種典型零部件的工程圖，其實踐訓(xùn)練的缺乏導(dǎo)致學(xué)生在選擇零件表達(dá)方法時常常無所適從，除了三視圖外，不知道還可以用什么方法表達(dá)零件。引入三維CAD技術(shù)，學(xué)生可以從虛擬零件庫中調(diào)取零件，通過簡單的“投影視圖”、“剖切視圖”等命令快速生成工程圖， 手工繪圖90分鐘難以畫完的工程圖，往往10分鐘就可以生成，大大提高了課堂效率。課堂教學(xué)可以分組進(jìn)行，將各組對統(tǒng)一模型生成的工程圖進(jìn)行對比、討論，評選出最符合“看圖容易、畫圖簡單”的工程圖，總結(jié)該類型零件的表達(dá)方法，并對大量結(jié)構(gòu)稍有不同的同類型零件進(jìn)行強化訓(xùn)練，加強學(xué)生對“機件的表達(dá)方法”、“零件圖”等知識點的理解，達(dá)到靈活表達(dá)零部件的目的，解決“畫圖難”問題。

2.3.4 利用三維軟件的“裝配”、“運動仿真”、“拆裝動畫”功能，解決部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作原理、拆裝工藝問題

傳統(tǒng)教學(xué)中，從“裝配圖”中識讀部件的工作原理和裝配工藝， 雖然可輔以適當(dāng)動畫演示，但課堂教學(xué)仍以教師講授為主，難以安排實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練學(xué)生自主思考。引入三維CAD技術(shù)后，學(xué)生可以調(diào)取三維零件模型，進(jìn)行虛擬裝配和渲染，并根據(jù)小組討論，將部件的工作原理、拆裝順序生成運動仿真和拆裝動畫，再進(jìn)行分組演示和比較。如遇運動干涉等問題，學(xué)生還可以通過修改零件的結(jié)構(gòu)或尺寸來解決，不僅讓學(xué)生掌握了零件的結(jié)構(gòu)工藝，還培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計和創(chuàng)新能力。從實踐結(jié)果看，傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生“看不懂”的典型部件，在引入虛擬裝配環(huán)節(jié)后，幾乎各組都能生成正確的“傳動原理”和“拆裝順序”動畫。

3 結(jié)語

綜上所述，在高職《機械制圖》課程教學(xué)中，應(yīng)參考用人單位對相關(guān)工作崗位的知識能力與知識結(jié)構(gòu)要求，刪減手工繪圖知識與能力培養(yǎng)的相關(guān)知識，借助CAD軟件輔助相關(guān)知識點的講解，不僅可以幫助學(xué)生輕松理解知識點，突破傳統(tǒng)教學(xué)中的“繪圖難”、“讀圖難”兩大難關(guān)，還可以建立虛擬資源庫，從根本上解決實訓(xùn)設(shè)備、實訓(xùn)場地不足的問題，在相同的時間內(nèi)實現(xiàn)實踐最大化，通過大量的實操練習(xí)提高學(xué)生的繪圖技能。另外，隨著職業(yè)教育本科化的發(fā)展趨勢，對職業(yè)教育培養(yǎng)對象的要求也會從“操作人員”向“設(shè)計人員”過渡，在《機械制圖》教學(xué)中引入三維建模技術(shù)，還能實現(xiàn)“從上向下”的設(shè)計過程，讓學(xué)生真正理解機械產(chǎn)品的設(shè)計理念與設(shè)計方法，為創(chuàng)新設(shè)計提供可能，只有將這種理念內(nèi)化于心，學(xué)生才能在職業(yè)崗位上走得更遠(yuǎn)、走得更穩(wěn)。

二維、三維軟件的學(xué)習(xí)看似占用了一定的課堂環(huán)節(jié)，但“磨刀不誤砍柴工”，其成就的學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、自主思考模式卻能使學(xué)生受益終身。在校學(xué)習(xí)的知識再多，學(xué)生走上社會也會深感不夠用，有了自主學(xué)習(xí)的能力，才能擁有長足發(fā)展的潛力，軟件的學(xué)習(xí)和思維模式的改變，必將激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)自覺性，提高《機械制圖》教學(xué)效果，助力學(xué)生在技能大賽中獲得更優(yōu)異的成績，并能更好的勝任將來的專業(yè)工作。

基金項目：2019年廣東省高職教育機械制造類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會教學(xué)改革項目普通項目——基于三維CAD 技術(shù)的《機械制圖》教學(xué)改革，JZ201905。

2019年廣東省高職教育機械制造類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會教學(xué)改革項目普通項目——產(chǎn)教融合背景下高職智能制造專業(yè)群人才培養(yǎng)改革與實踐，JZ201908。

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院2020年教學(xué)改革重點項目——《機械制圖》混合式教學(xué)模式探索。

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