《机械制图与CAD》课程教学改革的探索与实践

高利斌，王红斌，刘天成

(云南民族大学 化学与环境学院，昆明 650500)

一、引言

《机械制图与CAD》是目前工程图学教育的基础性核心课程，是顺应工程图学教育需要，在之前《机械制图》和《Auto CAD》(下文简称《CAD》)两门课程基础之上整合而来的一门新兴综合性课程[1，2]。目前，在实际的教学实践中，存在以下普遍的现象，即将《机械制图与CAD》教学内容割裂为“机械制图”和“CAD”两块内容进行教学，其教学模式仍然停留在《机械制图》和《CAD》两门独立课程的框架之下，这使得《机械制图与CAD》的教学没有作为一门系统性课程展开，严重影响了课程的教学效果，不利于提高学生工程图学素质。

因而，对《机械制图与CAD》课程进行教学改革，真正把其作为一门系统性、综合性课程进行教学，改变实际教学过程中被割裂为“机械制图”和“CAD”教学的普遍现状，以改进教学效果，提高学生工程图学素质就变得非常紧迫。本文将根据笔者多年教学经验，对《机械制图与CAD》课程教学改革的相关措施进行探讨。

二、《机械制图与CAD》课程教学改革措施

(一)重构知识体系，开展任务驱动的模块化教学

《机械制图与CAD》课程教学内容既包括《机械制图》中制图的基本知识、点及线面的投影、基本立体的投影、截交线和相贯线、组合体的视图、机件的常用表达方法、标准件和常用件、零件图、装配图等内容，也包括《CAD》中工作空间管理、坐标输入、图层设置和管理、绘图命令和文本注释、图形编辑、图块的创建和使用、尺寸标注、视图控制、三维曲面建造和曲面编辑、三维实体模型构建及实体编辑等内容。因而，其作为一门系统的综合性课程，在教学中不应该只是简单添加式地在“机械制图”教学中划分出部分学时讲授“CAD”内容，而是应该把《机械制图与CAD》的内容作为一个有机整体进行教学[3]。

基于培养学生绘图能力、识图能力和空间想象能力的目标，在具体教学过程中，应该以知识点为模块重构知识体系，以机械制图相关内容为基础，充分融合CAD软件的应用，以任务模块驱动，将CAD相关知识有效地融入机械制图的教学过程中去，做到以机械制图理论为基础，以CAD 为核心绘图工具，实现知识与能力的相融并进。比如，把创建一个包含标题栏的图框作为一个任务模块，图纸幅面、图框内容可以和CAD中直线命令、矩形框命令和坐标输入作为一个子模块，让学生分别运用直线命令、矩形框命令和坐标输入完成图框的绘制。标题栏内容可以和CAD中表格的创建、表格样式和文字样式作为另一个子模块，让学生运用CAD创建一个标题栏。然后再结合CAD中移动命令和块的创建，让学生把图框和标题栏变成一个块以完成任务模块。图线内容可以和CAD中样板文件的创建、图层的创建和管理作为一个任务模块，让学生创建一个样板文件，作为下一步平面图形绘制的子任务模块。圆弧连接、平面图形的尺寸分析和线段分析、平面图形绘制步骤、比例及尺寸标注可以和CAD中绘图命令、修改命令、标注命令和标注样式作为一个大的任务模块，让学生调用样板文件，绘制平面图形，完成标注，调整比例，插入图框，最终完成平面图形绘制。又如，零件图中表面粗糙度、形位公差可以和CAD中块的属性、公差标注、引线标注作为一个任务模块进行教学，让学生创建粗糙度块、基准符号块并赋予属性，然后完成零件图(零件图可以在此之前设定另外的任务模块提前完成)中表面粗糙度和形位公差的标注。

鉴于篇幅原因，其他教学模块课程教授者可以根据知识之间的内在联系自行考虑构建。总之，在《机械制图与CAD》具体教学过程中，要以机械制图内容为应用课题，以CAD内容为技能主线，设计不同的任务模块，将CAD作为绘图工具融入到理论教学的不同环节当中，贯穿整个课程体系，以提升课程教学效果。

(二)创新教学模式，充分运用多媒体辅助，开展一体化教学

《机械制图与CAD》课程教学必须要创新教学模式，若仍按照机械制图和CAD内容的分块教学则达不到课程预期教学目标。创新教学模式就是要运用“一体化教学”以达到提升《机械制图与CAD》课程教学质量的目的。“一体化教学”强调以能力为核心，将理论教学与实践训练融合在一起，以理论指导实践训练，通过实践训练来强化理论，让学生在教学中学习，在学习中实践，在实践中思考[4]。

在《机械制图与CAD》教学中，将课程内容模块化以后，要充分运用多媒体辅助教学手段，将机械制图实例讲解放在CAD环境下进行，利用CAD绘图软件将理论教学内容中复杂的图形制作成分解动画或三维模型，将多媒体课件和CAD软件相结合进行多视角呈现，加深学生对图形的理解和过程的感受，从而有效地培养学生的绘图、读图能力和空间想象能力。比如，切割体和相贯体以及组合体三视图的教学内容，由于缺乏实际的模型，学生往往难以想象出形体的完整结构。通过CAD软件建立三维模型，在绘制切割体、相贯体、组合体视图时，先展示三维模型，再用形体分析法和线面分析法进行分析，使三维模型和视图得到一一对照，这样反复训练和理解，以提高学生的空间想象能力[5～9]。又如，在零件图绘图、读图部分的教学过程中，可以利用CAD构建零件实体以展示零件不同方位和不同方向的形状，并利用剖切功能展示零件内部结构，这样可以大大增加零件的直观性，帮助学生理解零件的形状，提高学生的绘图和读图能力。

(三)翻转课堂，开展项目教学

项目教学强调课程内容的逻辑性、完整性、迁移性和操作性，采用工作小组的学习方式，教学过程中，小组成员在教师的指导下参与甚至主导项目从信息收集、计划制定、方案选择、目标实施、信息反馈到成果评价的每一个环节，学生成为教学活动中的主体。项目教学不仅能提高教学过程的趣味性，增强学生参与学习的积极性和自主学习的主动性，而且还能提高学生分析问题、解决问题的能力[10]。

在《机械制图与CAD》具体教学中，对于部分内容，可以采用项目教学法，以项目为载体，让学生在通过完成项目的自主实践探究过程中建构所需理论知识，从而实现理论与实践的有机结合，以实现对理论知识和实践技能的学习。比如，在学习零件图章节的内容时，将零件图的绘制分为轴套类零件图、盘盖类零件图、叉架类零件图、箱体类零件图和其他类零件图五个项目，然后将学生分成不同的项目小组，要求项目小组从零件的形体分析、安放位置确定、主视图选择、基本视图及表达方案选择、辅助表达方案选择、规定画法和简化画法运用等方面进行充分讨论，并得出零件的表达方案，然后不同小组间对表达方案进行交叉互评，最后在老师的指导下形成完整的零件表达方案，并由每个同学完成零件图的绘制。又例如，在装配图章节的教学中，以完成装配体的装配图为目标任务，设定不同的项目小组，每个小组负责一个装配体的图纸绘制。图纸表达方案由小组成员共同讨论决定，小组内每个同学负责用CAD绘制装配体的一个主要零件图，然后结合其他小组成员的零件图最终完成装配图绘制。

(四)同步作业，综合训练

CAD作为重要的绘图工具在实际生产实践中已经得到普遍运用，这导致在《机械制图与CAD》实际教学实践中，存在一种非常不良的倾向，即弱化甚至忽视教学过程中手工绘图能力的培养，完全依赖于CAD绘图。其实，手工绘图和计算机绘图同等甚至更重要，手工绘图是工程图学教育中的关键环节，其对学生机械制图基本知识的强化，动手能力、设计能力、空间想象能力和工程意识的锻炼及工作作风的培养起着关键作用。

在《机械制图与CAD》教学中，必须手工绘图和CAD绘图并重，既强调手工绘图实践训练也强调CAD作为重要绘图工具的运用。实际教学实践中，可以通过同一个绘图作业既要求用手工绘图又要求用CAD绘图完成，这样既能达到手工绘图的教学目标，培养学生的工程图学素质，也能训练学生CAD工具的运用能力。同时，CAD制图的标准化又可以促进学生手工绘图的规范化。比如，组合体的三视图、零件图、装配图部分的作业，要求学生同一个图样分别用手工和CAD进行绘制。如果有条件教授CAD中三维建模部分的，还可以要求学生在绘制二维图纸的基础上，对同一个表达对象进行三维建模，这样既可以进一步拓展和强化学生CAD工具的运用能力，同时还可以通过三维建模进一步训练学生的空间想象能力。

(五)综合考核，整体评价

《机械制图与CAD》是一门综合性的课程，其教学内容涵盖机械制图理论、手工绘图实践和CAD绘图技能，因而，传统的一张试卷定成绩的考核方式显然不能客观评价学生的学习情况，难以体现学生的识图能力、想象能力、分析能力及绘图技能。因此，针对《机械制图与 CAD》课程的特点，其考核应该把机械制图与CAD绘图有机结合，以实践操作为核心，通过平时手工绘图作业和CAD绘图作业、期末卷面笔试、手工绘图和 CAD绘图综合项目考核等，综合评定学生的成绩。实际考核中可以参照下面的方式进行考核。

1.以平时手工绘图和CAD绘图作业为主包含考勤的平时成绩(10%)

2.期末闭卷考试(40%)

卷面分值结构中，读图能力考核分值建议不低于70%。该考核主要评价学生对《机械制图与 CAD》课程的诸如基本概念、基本知识、基本理论等知识的掌握情况，重点考核学生的读图能力。

3.手工绘图综合实践(20%)

给定学生一个零件(最好是不同学生绘制不同的零件)，要求按照零件图绘制步骤综合分析考虑形成完整表达方案并绘制规范的零件图。该考核主要评价学生在《机械制图与 CAD》基本理论指导下，运用尺规、图纸手工绘制零件图的能力。

4.CAD绘图综合实践(30%)

按照2.3装配图任务项目教学法完成任务。该考核主要评价学生在《机械制图与 CAD》基本理论指导下，运用CAD作为工具绘制机械图样的综合能力。

三、结语和展望

《机械制图与CAD》课程作为理工科学生工程图学素质教育的基础性核心课程，在实际教学实践中，必须要从模块化教学、多媒体辅助一体化教学、项目教学、同步作业和综合考核等方面进行改革，以打破《机械制图与CAD》实际教学过程中被割裂成《机械制图》和《CAD》教学的普遍现状，切实改进教学效果，提高学生工程图学素质。当然，《机械制图与CAD》课程教学的改革远不止如此，还有诸如师资力量的培养、教学大纲和教学计划的调整、课程体系的建设等诸多方面还需课程教授者做更广泛、更深入的探索和实践。