基于二维和三维CAD平台的机械制图课程改革探索

刘晓衡，徐 萍

(长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124)

高职教育是以社会需求为目标，以服务为宗旨，以就业为导向，培养实践技能强、具有良好职业道德的高技能、应用型人才。［1］机械制图教学一直是高职教育的重要课程，如何在计算机技术大量应用于机械制造领域的今天切实地贯彻教改思想，形成新的机械制图教学体系，是当前机械制图教学中的一个重要课题。

一、改革教学体系

机械制图是一门与工程设计和制造密切相关的技术基础课，这门课从八十年代就引入了计算机绘图，形成了图学课程的两大版块，即《机械制图》和《计算机二维绘图》。然而，随着科学技术的飞速发展和计算机技术的日益普及，特别是三维CAD/CAM技术在现代工程设计与制造中的逐步应用，对多年来贯穿于机械制图课中以二维图形为主的传统教学模式，带来了强烈的冲击与严峻的挑战。一方面是企业在生产中逐步采用三维为主的设计制造方法，另一方面我们的教学却仍以二维图形为主，可见我们的教学已完全滞后于外部先进技术的发展。因此，只有让学生在学习机械制图和AutoCAD课程的同时，逐步掌握三维CAD软件的实体建模，才能为后续课程以及课程设计、毕业设计奠定基础，才能适应现代设计制造技术的要求。因此机械制图课程的改革是在机械制图、计算机二维绘图课程的基础上再增加计算机三维绘图，形成新的机械制图教学体系。

在现代工业企业中，三维CAD软件应用广泛，种类繁多。常见的三维CAD软件有Pro/Engineer、UG、Solidworks等，都具有强大的三维建模功能，在这里我以Pro/Engineer软件为例进行论述。

二、新教学体系实施的教学思路

长期以来，高职机械制图课程教学效果并不很理想，原因之一便是中学阶段对学生空间思维能力和空间想象力的训练较少，进入大学后，一般在一年级第一学期就开设制图课，学生难以快速建立起空间概念，导致解题作图时难以适应。教师可以应用计算机三维建模软件在课堂上现场造型，实时显示，将二维到三维的空间思维视觉化，这样就可以帮助学生尽快地树立空间概念，提高学生的制图能力。

在教学内容的设置上，应坚持以能力为重点，以职业岗位目标需求为原则，围绕画图、看图这一总的目标，将机械制图和AutoCAD二维绘图、Pro/Engineer三维绘图融合编排，使它们互相渗透、互相促进。编排时应以机械制图为主线，将Auto-CAD、Pro/Engineer分别作为二维、三维图形绘制的工具，三者整合在一起，穿插地进行教学，这样可以大大提高学生学习《机械制图》的兴趣。

以下是我们将《机械制图》与AutoCAD、Pro/Engineer整合教学的具体实施情况，在此提出与大家一起探讨。

(一)AutoCAD在画法几何教学中的应用

在学完“平面图形的画法”后，采用项目教学法，先让学生针对具体的平面图形进行手工绘图训练，然后再让学生上机进行计算机绘图训练，指导学生使用AutoCAD常用绘图命令和编辑命令绘制已经手工绘图训练的平面图形，这样学生能更快地接受和掌握AutoCAD的内容，也能促进学生理解和掌握圆弧连接的方法，并且也让学生体会到了计算机绘图的高效、准确，从而激发了学生的学习热情。［2］

(二)Pro/Engineer在基本体、截交线、相贯线教学中的应用

在学习基本体时，教师可以运用Pro/Engineer软件，用拉伸或旋转命令，生成平面立体或回转体，学生可以很直观地看到这些基本体的形成过程，教师不需要课件，就可以很轻松地达到良好的教学效果。

截交线和相贯线是机械制图教学中学生较难掌握的一个章节。［3］在传统机械制图教学中，求截交线、相贯线等内容，都是用立体表面取点、辅助面等方法来解决此类问题，这样讲解起来学生很难理解立体之间的相互关系。如果利用Pro/Engineer的实体造型和编辑功能，对基本体进行截切，让学生观察截交线的形状，总结截交线的投影规律，增强了学生的感性认识;而在相贯线的教学中，利用Pro/Engineer的造型方法，就可以把圆柱与圆柱相贯，孔与孔相贯，圆柱面挖孔相贯等情况直观形象地展现给学生。同时，还可以通过改变实体的大小，动态地观察到相贯线所发生的相应改变，使学生可以很轻松的接受知识，提高了教学质量和效率，突破了教学的难点。

在学完截交线和相贯线后，安排学生上机操作，教会学生Pro/Engineer软件的常用命令，让他们进行截交线和相贯线的造型，并从不同角度观察形体，这样可以提高学生对形体的认识能力，同时也架起了投影与实体之间的桥梁，增强了学生对所学知识的理解和掌握，培养了学生思维、想象、创造构形的能力。

(三)AutoCAD、Pro/Engineer在组合体教学中的应用

组合体是实现《机械制图》课程教学基础目标的关键，是培养学生空间想象力的重要保证。对于刚接触制图的初学者，空间想象能力较差，学习起来比较吃力。如果教师借助Pro/Engineer三维实体造型软件进行教学，可以把原来用大量语言阐述的内容，如组合体的形体特点、各个基本体之间的相互位置关系、复杂组合体的内部结构等，做成实体模型进行演示，引导学生从不同的方位进行观察，不用过多的语言描述。这样，既提高了教学效率，同时又使学生在轻松愉快中完成学习，而且能更好地帮助学生建立空间概念，提高学生的制图能力。

学完组合体基本知识后，安排学生上机操作，首先教师用Pro/Engineer制作一些实体模型，让学生根据模型，先手工绘制组合体三视图草图，然后用AutoCAD软件绘制三视图的工作图，整个教学过程先简单后复杂，实体模型画三视图采用形体分析法和线面分析法，一边分析一边对照实体模型进行绘制。经过几次上机训练，等学生这个环节比较熟练后，教师再要求学生用Pro/Engineer软件的拉伸、旋转命令绘制组合体立体图。通过这样先三维、后二维、再三维的模式进行教学，既可以培养学生的思维能力，提高他们的空间想象力，也激发了学生的学习兴趣。

(四)Pro/Engineer在剖视图教学中的应用

剖视图是表达机件内部结构的一种方法，用剖视图表达的形体有孔、槽等结构，初学者对于这种机件内部情况的表达，感觉上总是比较混乱，即使辅助实物模型也由于视觉上和感觉上的原因难以理解清晰。因此教师可以采用Pro/Engineer三维建模，用剖切平面把三维模型剖开，让学生从各个角度观察模型内部的结构形状，从而比较和选用不同的剖视方法，画出不同的剖视图。

(五)AutoCAD、Pro/Engineer在零件图教学中的应用

零件图的识读和绘制是实现课程教学核心目标的关键内容，是学生必须掌握的重点知识。［4］以往零件图的学习，都是教师在讲台上滔滔不绝的讲，学生看书跟着听，很枯燥、也很乏味，教学效果较差。现在，我们先在《机械制图》课程里，介绍识读和绘制零件图的方法和步骤，让学生进行传统的手工绘图，然后再安排学生进行AutoCAD的绘图训练，教会学生用样板文件调用标题栏，尺寸标注应设置标注样式，技术要求中的表面粗糙度标注应设置带有属性的块，形位公差用快速引线的方法进行标注，极限尺寸按多行文字的方法进行注释等等，这样穿插的进行教学，增加了教学的直观性和趣味性，把枯燥乏味的内容变为有趣的知识，变要我学为我要学了，提高了教学效果，也使学生真正体会到了计算机绘图的高效。

教师还可以利用Pro/Engineer软件画出零件的三维模型，再利用工程图模块，将三维模型自动生成视图、剖视图、断面图、局部放大图等二维图形，并根据需要进行尺寸标注和技术要求的标注，这种操作训练了学生二维和三维之间的思维转换能力，培养了学生读零件图的能力，为适应以后工作岗位打下了较好的基础。

(六)Pro/Engineer在装配图教学中的应用

对装配体的教学，教师普遍感到比较困难，因为高职生在一年级的时候，实习比较单一，缺乏实际经验，［5］对装配体的结构、工作原理、零件间的装配、连接关系及主要零件的结构形状都缺少感性认识，只能是教师怎么讲，他们就怎么记，不能独立分析，而且在教学中仅靠教具、模型和挂图是远远不能满足教学需要的。因此，可以利用Pro/ENGINEER的装配模块，将装配体中的各零件制作成三维实体，再按照一定的约束条件或连接方式，把多个三维实体零件装配在一起形成装配体，然后再进行动画演示或形成装配爆炸图，这样，学生可以非常直观地观察每个零件的真实结构，了解零件之间的装配关系和装配方式，搞清装配体的工作原理和传动路线，提高了学生阅读装配图的能力。这一部分的操作，以老师演示为主，对学生的实际操作可不做要求。

三、采用新教学体系的效果

机械制图和AutoCAD、Pro/Engineer软件有机地结合起来进行教学，适应了新时期培养高技能人才的需要，使课程更加系统和完整，这种教学方法，过程紧凑，生动有趣，能很好地激发学生的学习兴趣，培养学生的空间想象能力、技术应用能力、职业实践能力和创新能力，学生在学习过程中能够不断获得成就感，学习过程更加快乐，思维、情感、态度等因素得到和谐发展，教学效果良好。

四、教学中应注意的问题

(一)手工绘图和计算机绘图并重

在机械制图教学中，虽然应重视计算机绘图，但不提倡完全甩掉图板绘图，还应适当地强调按照实际的机械零部件，训练学生的手工绘图能力。对此，我们一般采用先手工绘图，后计算机绘图的方式，这样既提高了学生动手和构图的能力，又加强了计算机绘制二维和三维图样的能力。

(二)采用项目教学法

无论是机械制图还是计算机绘图都应采用项目教学法进行授课，课程内容以具体化的工作项目或任务为载体，突出工作任务与知识的联系，将掌握知识、培养技能落实到每一个教学环节中，带动学生职业素养的养成，提高学生的就业能力。［6］

(三)考证与专项训练相结合

对于高职教育来说，将职业资格考证与毕业证结合起来，不仅能提高学生的就业能力，而且也使职业教育真正融入学历教育中，保证了培养目标的准确定位。我们在教学实施过程中，把AutoCAD和制图员职业技能鉴定与教学紧密的联系起来，强化学生的职业素养和应用技能，为学生就业上岗创造良好的条件。

(四)创建虚拟实体模型库与图库

传统制图教学中，要用到大量模型、挂图，但总难以满足教学的需要，结合《机械制图》教材和习题册中的习题，利用Pro/Engineer三维实体建模的技术建立模型库，并将其上传到校园网上。建立模型库有两个好处，第一，模型库有利于提高教学效率。模型库不但减轻了教师工作量，克服了实物模型教学的诸多不足，而且大幅度扩大了课堂的知识容量，有助于突破教学上的难点与重点，提高教学效率。第二，模型库有利于培养学生的自学能力。当学生在课后自学过程中遇到困难，可通过校园网进入虚拟模型库，找到习题对应模型，进行三维观察，辅助完成课后练习，从而方便学生课后自学。

五、结束语

采用新的机械制图教学体系，让二维和三维CAD绘图技术成为了机械制图课的一项重要内容，促进了学生计算机绘图能力的提高，这不仅激发了学生的学习兴趣，培养了学生的空间思维能力、自学能力及创新能力，而且使传统的机械制图课程显示出极大的活力。这样的改革有利于学生对相关课程的理解和掌握，有利于提高学生就业的竞争能力，这对职业院校培养实用型人才具有重要的意义。

［1］姜大源.职业教育学新论［M］.北京:教育科学出版社，2007.

［2］陈龙.浅谈《机械制图》与《AutoCAD》教学的有机结合［J］.中国新手艺新产品，2009，(5).

［3］金大鹰.机械制图［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［4］姜军.机械制图应用与实例教程［M］.北京:人民邮电出版社，2008.

［5］郭纪林.Pro/Engineer Wildfire2.0基础教程［M］.北京:人民邮电出版社，2007.

［6］谭国荣.谈《机械制图》课程采用的教学方法［J］.中国教育发展研究，2008，(7).