機(jī)械制圖與CAD課程融合式教學(xué)探究

張路平

【摘? 要】 目前，大部分機(jī)械制圖教學(xué)以系統(tǒng)理知識(shí)論為主，講練結(jié)合，方法單一，內(nèi)容抽象且缺乏實(shí)踐性和創(chuàng)新性，教師忽視工程實(shí)踐的訓(xùn)練，難以激發(fā)學(xué)生空間想象力，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣逐漸降低，由主動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)楸粍?dòng)學(xué)習(xí)。針對(duì)現(xiàn)狀，文章提出機(jī)械制圖課程與CAD課程融合式教學(xué)模式，結(jié)合崗位標(biāo)準(zhǔn)，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，以典型的機(jī)械零部件作為教學(xué)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)多元化融合式教學(xué)，兩課程內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)、相輔相成，逐步培養(yǎng)學(xué)生三維空間能力、動(dòng)手能力、圖形表達(dá)能力、構(gòu)型思維以及創(chuàng)新思維的能力。

【關(guān)鍵詞】 CAD；機(jī)械制圖；融合創(chuàng)新；課程改革

一、研究背景

制造業(yè)數(shù)字化、智能化技術(shù)已深度融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)的全流程，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造行業(yè)復(fù)合型技能人才需求不斷增大，而能夠熟練掌握CAD/CAM相關(guān)技術(shù)的人才較為短缺。隨著智能化的發(fā)展，CAD的功能變得越來越強(qiáng)大，對(duì)學(xué)習(xí)者也越來越友好，單純的手工繪圖早已不適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)向數(shù)字化、多樣化轉(zhuǎn)型。雖然各院校開設(shè)了機(jī)械制圖與CAD課程，但只停留在軟件操作的層面上，缺乏綜合應(yīng)用能力，未做到理論與實(shí)踐真正意義上的融合，因此機(jī)械制圖融入CAD技術(shù)是必然的趨勢(shì)。

二、機(jī)械制圖與CAD課程的教學(xué)方式

（一）獨(dú)立式教學(xué)

兩門課程相互獨(dú)立，通常先開設(shè)機(jī)械制圖課程，再開設(shè)CAD課程，因?yàn)榻虒W(xué)不同步，關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，就容易造成教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)，達(dá)不到理想的教學(xué)效果。

（二）添加式教學(xué)

教學(xué)中，教師通常先講授機(jī)械制圖內(nèi)容再添加相關(guān)的CAD內(nèi)容。因?qū)W時(shí)壓縮，教學(xué)內(nèi)容占比不一，導(dǎo)致學(xué)生無法深入教學(xué)，知識(shí)體系難以形成。若教師無法有效整合課程內(nèi)容，學(xué)生則更多停留在學(xué)習(xí)軟件操作層面，很難運(yùn)用制圖知識(shí)理論完成CAD繪圖任務(wù)。

（三）融合式教學(xué)

以項(xiàng)目引領(lǐng)，將機(jī)械制圖課程與CAD課程的內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)融合，以機(jī)械制圖為主，CAD為輔，將國家制圖標(biāo)準(zhǔn)、制圖理論、手工繪圖、CAD實(shí)操融入典型的工作項(xiàng)目。在完成項(xiàng)目任務(wù)的同時(shí)，學(xué)生既學(xué)習(xí)了制圖的理論知識(shí)，同時(shí)也掌握了CAD繪圖，二者可以達(dá)到相輔相成的學(xué)習(xí)效果。

總之，融合式教學(xué)既能增強(qiáng)學(xué)生的三維空間能力，也可提升其對(duì)機(jī)械制圖課程的興趣，逐步培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力；學(xué)生根據(jù)圖紙進(jìn)行繪圖、建模、裝配，讀圖能力會(huì)得到極大的提高；獨(dú)立式教學(xué)雖然保留了課程的系統(tǒng)性和完整性，但學(xué)習(xí)軟件操作占用的課時(shí)較多，且與機(jī)械制圖課程教學(xué)內(nèi)容銜接不緊密，相隔時(shí)間較長；添加式教學(xué)容易造成制圖理論不成體系，CAD停留在操作學(xué)習(xí)的層面，達(dá)不到真正融合的效果。因此，融合式教學(xué)最適合當(dāng)下的教學(xué)現(xiàn)狀。

三、機(jī)械制圖與CAD課程的融合

（一）融合式教學(xué)的原則

融合并不是將兩門課程融合成一門課程，如果融合成一門課，課程系統(tǒng)太大，內(nèi)容占比不易分配，很難達(dá)成兩門課程的系統(tǒng)性與完整的知識(shí)體系。本研究提到的融合是兩門課程同時(shí)開設(shè)，以機(jī)械制圖課程為主，CAD為輔的融合式教學(xué)，CAD繪圖建模是在掌握好機(jī)械制圖的三視圖的投影規(guī)律、國家制圖標(biāo)準(zhǔn)等的前提下，以CAD建模思維與二維圖形基本理論知識(shí)有機(jī)融入機(jī)械制圖課程。在制圖識(shí)圖的過程中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用三維建模的思維對(duì)圖形進(jìn)行分析，起到軟件的輔助作用，而不是代替二維投影思維，以機(jī)械制圖課程的教學(xué)目標(biāo)，CAD作為的輔助識(shí)圖。因此，在教學(xué)過程中，要避免學(xué)生注重軟件操作，而忽略理論知識(shí)學(xué)習(xí)，造成“重操作，輕理論”的本末倒置現(xiàn)象。

（二）融合式教學(xué)的方法

首先，將CAD課程中二維平面圖的繪制、三維建模、零部件的裝配、工程圖等方面的內(nèi)容與機(jī)械制圖課程中平面圖形的畫法、正投影規(guī)律、基本體的三視圖和組合體等方面的內(nèi)容以項(xiàng)目作為教學(xué)載體，同步授課；重點(diǎn)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的使用、對(duì)零部件徒手或尺規(guī)繪圖的訓(xùn)練以及三維空間的建立，同時(shí)對(duì)二維草圖的繪制、尺寸標(biāo)注、CAD建模、零部件裝配、工程圖修改等操作內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)榈湫凸ぷ魅蝿?wù)。

在實(shí)際教學(xué)中，考慮到兩門課的內(nèi)容要相互滲透，還要有更好的連續(xù)性和結(jié)合性，盡量安排一位專業(yè)教師授課機(jī)械制圖和CAD兩門課程，以保證教學(xué)的融合性。建議每周安排機(jī)械制圖和CAD課，同時(shí)CAD的上機(jī)操作要圍繞著機(jī)械制圖的教學(xué)內(nèi)容。以機(jī)械制圖為主，CAD為輔的融合式教學(xué)，能達(dá)到事半功倍的效果，同時(shí)也避免了學(xué)時(shí)的浪費(fèi)和停留在軟件操作學(xué)習(xí)層面的問題。

針對(duì)空間想象力較弱的學(xué)生，融合式教學(xué)可利用軟件讓學(xué)生更加直觀地理解零（部）件的特征、零件的裝配配合關(guān)系以及工作原理等，結(jié)合二維與三維模型的相互轉(zhuǎn)換，降低識(shí)讀裝配圖的難度。因此，融合式教學(xué)不僅提高教學(xué)質(zhì)量，還能激發(fā)學(xué)生對(duì)制圖與建模的學(xué)習(xí)興趣，在理論學(xué)習(xí)與實(shí)操訓(xùn)練中，做到真正的理實(shí)一體，應(yīng)用于實(shí)際工作生活。

四、融合式教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐

以典型機(jī)械產(chǎn)品臺(tái)虎鉗為例，臺(tái)虎鉗包括固定螺釘、螺母、六角螺母、墊圈、活動(dòng)鉗身、固定鉗身、絲杠、鍵、銷等。螺釘、螺母、六角螺母等簡單的零件可以作為機(jī)械制圖課程中正投影作圖基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生在投影法概述、三視圖的形成及其投影規(guī)律等理論知識(shí)，同步進(jìn)行CAD的上機(jī)操作，以螺釘、螺母、六角螺母、墊圈等零件進(jìn)行建模操作，將模型轉(zhuǎn)換成工程圖（三視圖）。在上機(jī)操作中，掌握基本體形成以及三視圖形成的依據(jù)，逐步建立學(xué)生的空間思維，學(xué)生進(jìn)行基本體投影作圖達(dá)到事倍功半的效果。

活動(dòng)鉗身、固定鉗身、絲杠零件可涉及立體表面交線的投影，利用CAD將臺(tái)虎鉗的三維模型轉(zhuǎn)換為工程圖與機(jī)械圖樣的基本表示法、零件圖內(nèi)容同步融合?；顒?dòng)鉗身、固定鉗身、絲杠是帶有多個(gè)特征的零件，特別是孔，螺紋、槽、圓角?；顒?dòng)鉗身、固定鉗身涉及局部剖視圖、半剖視圖、絲杠涉及斷面圖即螺紋的知識(shí)等。

裝配圖的識(shí)讀是機(jī)械制圖課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是表達(dá)機(jī)器（部件）整體結(jié)構(gòu)、形狀和裝配連接關(guān)系的，用以指導(dǎo)機(jī)器的裝配、檢測(cè)、調(diào)試和維修。因此，準(zhǔn)確識(shí)讀裝配圖是機(jī)械制圖的核心。在識(shí)讀裝配圖，要了解裝配關(guān)系和機(jī)械（部件）的工作原理，教師利用CAD三維模型根據(jù)裝配關(guān)系進(jìn)行直觀演示裝配，通過運(yùn)動(dòng)仿真，演示機(jī)械（部件）的工作原理，會(huì)大幅度提升對(duì)裝配圖識(shí)讀的準(zhǔn)確性和學(xué)習(xí)興趣。教師先安排CAD操作內(nèi)容，學(xué)生通過CAD軟件裝配模塊，將三維模型零件逐一裝配，不僅直觀了解裝配關(guān)系，更能夠檢驗(yàn)零件的尺寸設(shè)計(jì)（干涉檢驗(yàn)）；運(yùn)動(dòng)仿真，模擬機(jī)械（部件）運(yùn)動(dòng)，學(xué)生能更加深入理解工作原理，表達(dá)視圖可以對(duì)模型進(jìn)行分解，為后續(xù)畫裝配圖的方法與步驟奠定了基礎(chǔ)。

通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)，學(xué)生一方面掌握機(jī)械制圖基本的理論知識(shí)、常用零件圖、裝配圖、常用標(biāo)準(zhǔn)件等機(jī)件表達(dá)；另一方面，這些零部件包含基本的技能點(diǎn)和3D建模方法，如拉伸、掃掠、放樣、倒角、孔、鏡像、陣列等功能以及裝配體任務(wù)學(xué)習(xí)的標(biāo)準(zhǔn)庫調(diào)用、裝配、干涉檢查、圖片渲染、工程圖制作等CAD技術(shù)。

通過項(xiàng)目教學(xué)，將臺(tái)虎鉗項(xiàng)目按零件類型分解為由簡單到復(fù)雜，由單一到多元的工作任務(wù)；將機(jī)械制圖的理論知識(shí)和CAD的技能訓(xùn)練，按相應(yīng)的邏輯關(guān)系融合到項(xiàng)目中。教師團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次企業(yè)調(diào)研、教研教改，機(jī)械制圖課程與CAD課程以臺(tái)虎鉗、氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器、搖桿機(jī)構(gòu)、球閥作為典型的教學(xué)項(xiàng)目，并切實(shí)提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力。

機(jī)械制圖的重點(diǎn)是基本體的三視圖、繪制組合體、零件圖的識(shí)讀和裝配圖等，因此其內(nèi)容以常見的教學(xué)載體（如球閥、臺(tái)虎鉗）進(jìn)行識(shí)讀與繪制，同時(shí)學(xué)習(xí)CAD軟件進(jìn)行建模、裝配、運(yùn)動(dòng)仿真，特別是零部件的剖切視圖、分解模型、導(dǎo)出二維裝配圖的技能與方法。圖1為建模和裝配得到的臺(tái)虎鉗三維模型和剖視模型、分解模型，圖2為臺(tái)虎鉗的裝配模型直接轉(zhuǎn)換成二維工程圖（裝配圖）。在融合式教學(xué)下，通過對(duì)零件圖（裝配圖）的識(shí)讀、圖形的表達(dá)、零部件測(cè)繪、三維建模、零件裝配及二維工程圖構(gòu)成了完整的工作項(xiàng)目，從而提高學(xué)生的綜合能力。

零件模型轉(zhuǎn)換工程圖過程中要注意軟件規(guī)則與國家制圖標(biāo)準(zhǔn)的融合，軟件中工程圖的創(chuàng)建有些地方與國家制圖標(biāo)準(zhǔn)不一致，如標(biāo)注樣式、字體樣式、明細(xì)欄樣式、公差樣式、倒角樣式等需要在繪制時(shí)需要進(jìn)行樣式設(shè)置，前期學(xué)生必須掌握好國家制圖標(biāo)準(zhǔn)。因此，貫徹國家制圖標(biāo)準(zhǔn)是重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生圖形表達(dá)能力的核心要素。

五、結(jié)語

實(shí)踐證明，通過機(jī)械制圖與CAD課程融合模式的教學(xué)實(shí)施，學(xué)生在識(shí)圖、制圖、建模、裝配、視圖表達(dá)等方面有大幅度的提高。機(jī)械制圖與CAD融合式教學(xué)是當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)，在運(yùn)用與實(shí)施過程中，不僅能有效提高學(xué)生的綜合能力，豐富教學(xué)資源，而且對(duì)教師的綜合技能提出了更高的要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 陳清松. 中職機(jī)械制圖與CAD課程一體化教學(xué)研究［D］. 貴陽：貴州師范大學(xué)，2020.

［2］ 李杞超，馮金龍，姜微. 機(jī)械制圖與CAD繪圖融合一體化教學(xué)探索［J］. 黑龍江教育：高教研究與評(píng)估，2020（01）：8-11.

［3］ 黃忠，陳松，朱定坤. 機(jī)械制圖與Auto CAD課程融合教學(xué)改革探究［J］. 湖北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，34（05）：68-70.

［4］ 石彩華. 融合多維CAD軟件的《機(jī)械制圖》課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐［J］. 職業(yè)技術(shù)，2013（09）：33.

［5］ 王本寰. 中職《機(jī)械制圖》課程的融合式教學(xué)研究［D］. 長沙：湖南師范大學(xué)，2020.

［6］ 何秋梅，陶素連. 高職機(jī)械類專業(yè)三維CAD技術(shù)與制圖課程的融合與延續(xù)［J］. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2020，49（01）：110-113.