CAD软件在高职《机械制图》教学中的应用

姜明　罗逸苇　孟鑫沛

摘 要：《机械制图》是很多工科专业的专业基础课，重点培养学生的空间想象力和零、部件工程图读图与绘图能力。由于高职学生三维空间想象能力相对较差，传统教学中一直存在“看图难”和“绘图难”两大问题。通过在教学中引入二维、三维软件，用二、三维软件的转换讲解绘图规则，可以极大的帮助高职学生对绘图规则的理解，提高他们的读图与绘图能力。

关键词：机械制图 二维软件 三维软件

1 引言

在高职教育中，《机械制图》是机械工程相关专业学生必修的专业基础课，主要培养学生的空间想象力，以及识读和绘制机械零、部件工程图的能力，为后续《机械制造技术》、《机械设计》、《数控加工》、《模具设计》等多门课程的教学奠定基础，娴熟的识图制图能力是学生成功走上“绘图员”、“数控加工”、“模具设计”、“质检”等工作岗位的有力保障。在传统的教学模式中，从点线面的投影开始，由于部分学生空间想象能力欠缺，很难掌握空间与平面间的转换技巧，难以完成用平面表示空间的学习任务，进而觉得这门课程难学甚至放弃。寻求一种简单可行的方法来演示空间向平面投影的关系一直是该课程任课老师孜孜以求的目标。

近年来，CAD软件功能日趋强大，数字化加工手段被广泛应用于机械制造业，很多企业的工作岗位已不再需要手工绘图，传统的“看图纸加工”的方式正在向“三维模型直接生成加工代码或加工工艺”转变。为实现高职教育与工作岗位的无缝对接，《机械制图》的教学改革迫在眉睫，摒弃传统教学过程中的过时的内容和方法，引入先进的CAD软件演示绘图原理与规则，改进和优化教学方法，提高高职学生对本课程的学习兴趣，夯实他们的专业基础能力。

2 引入CAD软件后，《机械制图》在以下几个方面进行改革

2.1 修改“点”、“线”、“面”的投影教学顺序

在《机械制图》传统教学中，“点”、“线”、“面”的投影知识是本课程的基石，如果没有熟练掌握，就不可能正确完成手工绘图。传统教学中，先讲点的投影，两点构成线，三点构成面，这部分内容占用了较长的学时，对于空间想象能力欠缺的学生来说，这部分内容枯燥乏味，让他们在初步接触《机械制图》时，便失去了对课程的学习兴趣。改革后，跳过点与线的投影知识，直接进入组合体三视图的学习。通过三维软件对典型组合体建模，利用软件的视图与显示设置，可以从找到面的投影，到面的投影中找特殊线，从特殊线上找特殊点，完成“面”、“线”、“点”的投影教学，增强空间转换能力。

2.2 二维CAD软件在《机械制图》课程中的应用

2.2.1 精准贯彻“国家标准”

传统教学中，《机械制图国家标准》相关图幅尺寸、线型、字体、标注等内容既需要记忆，又需要在制图中贯彻，而手工绘图中对线宽、非连续线疏密程度、字体大小等只能凭直观感受，不能严格准确度量，而在二维绘图软件（如AutoCAD）中，这些内容均可设置，图框、标题栏等可直接调用，精准、便捷，大大提高了绘图质量。

2.2.2 解决手工作图难点

手工作图中的正多边形、椭圆、等分线段、圆弧过渡、公切线等内容，需要学生有良好的几何功底才能掌握，且绘制步骤繁琐，效率低。引入二维CAD技术后，这些内容均可以通过简单的命令实现，大大提高了绘图效率，对于“天生对电脑感兴趣的00后们”来说，学习制图会变得其乐无穷。

2.3 三维CAD软件《机械制图》课程中的应用

2.3.1 解决“截交线”、“相贯线”绘制难点

传统教学中，“截交线”、“相贯线”的内容抽象难懂，在生产中几乎无实际意义，但在二维绘图中又不得不进行绘制，面对二维绘图无法回避的问题，在三维绘图软件中却可以轻松化解，用三维CAD软件建模后，“截交线”、“相贯线”可以在建模过程中“自然”形成，无需花费大量课时就可以让学生在建模中获得深刻体会，之后再补充少量“截交线”、“相贯线”的二维绘图技巧，如平面斜切圆柱体，截交线为椭圆，找到椭圆的象限点，直接用椭圆命令即可将其绘出;再如不等径的两个圆柱相贯，其相贯线为圆弧，找到圆弧的三个特殊点，或根据圆弧的半径即可用圆弧命令完成其相贯线。舍弃了“一般位置点”的作图，对学生空间想象力的要求大大降低，“截交线”、“相贯线”这样的传统教学难点不攻自破。

2.3.2 解决“读图难”问题

《机械制图》重点培养学生的空间想象力，受学时和学生基础限制，这项内容一直是传统教学的难点，教师们采用了各种各样的方法帮助学生建立空间想象力，如购置教学模型、用橡皮泥塑形，切萝卜等等，通过实物呈现的方式让学生先直观感受，再逐步建立空间想象。这些方法中的教具都是有限的，且不易更改形状，而引入三维软件后，学生在学习了常用的建模命令后，可以通过三维软件，把自己从图纸上“看到”的物体进行分块建模，再叠加、切割，建模同时可以实时翻转审查模型是否与二维图形相符;教师对二维图形稍作调整，所表达的立体就有了不同的变化，通过建模的过程可以让学生体会这些变化与不同，加深对空间立体的理解;分块建模的思路便于培养学生“由简单到复杂”的分析方法的养成，学生建模过程中反映出的错读、漏读信息也可以被教师及时掌握和纠正。三维软件的引入既提高了课堂效率，也为学生课后自主学习提供了有效手段，空间想象力不足的同学不至于被“卡”在“想象”一环节。在“剖视图”、“断面图”等模块中，学生需要完全靠想象“剖切”实体，对学生的想象力提出了更高的要求，而在三维软件里，学生可以对三模模型进行任意“剖切”，这是实物教具无法实现的，将知识点由抽象转化为具体，教学难点迎刃而解。

2.3.3 解决“画图难”问题

“画图难”指的是学生不懂得如何表达零、部件。传统教学中受手工绘图和二维软件绘图速度的制约，教师在“零件图”的教学中，通常是以讲述为主，而没有充足的时间让学生在课堂上完成各种典型零部件的工程图，其实践训练的缺乏导致学生在选择零件表达方法时常常无所适从，除了三视图外，不知道还可以用什么方法表达零件。引入三维CAD技术，学生可以从虚拟零件库中调取零件，通过简单的“投影视图”、“剖切视图”等命令快速生成工程图， 手工绘图90分钟难以画完的工程图，往往10分钟就可以生成，大大提高了课堂效率。课堂教学可以分组进行，将各组对统一模型生成的工程图进行对比、讨论，评选出最符合“看图容易、画图简单”的工程图，总结该类型零件的表达方法，并对大量结构稍有不同的同类型零件进行强化训练，加强学生对“机件的表达方法”、“零件图”等知识点的理解，达到灵活表达零部件的目的，解决“畫图难”问题。

2.3.4 利用三维软件的“装配”、“运动仿真”、“拆装动画”功能，解决部件的结构设计、工作原理、拆装工艺问题

传统教学中，从“装配图”中识读部件的工作原理和装配工艺， 虽然可辅以适当动画演示，但课堂教学仍以教师讲授为主，难以安排实践环节训练学生自主思考。引入三维CAD技术后，学生可以调取三维零件模型，进行虚拟装配和渲染，并根据小组讨论，将部件的工作原理、拆装顺序生成运动仿真和拆装动画，再进行分组演示和比较。如遇运动干涉等问题，学生还可以通过修改零件的结构或尺寸来解决，不仅让学生掌握了零件的结构工艺，还培养了学生的设计和创新能力。从实践结果看，传统教学中学生“看不懂”的典型部件，在引入虚拟装配环节后，几乎各组都能生成正确的“传动原理”和“拆装顺序”动画。

3 结语

综上所述，在高职《机械制图》课程教学中，应参考用人单位对相关工作岗位的知识能力与知识结构要求，删减手工绘图知识与能力培养的相关知识，借助CAD软件辅助相关知识点的讲解，不仅可以帮助学生轻松理解知识点，突破传统教学中的“绘图难”、“读图难”两大难关，还可以建立虚拟资源库，从根本上解决实训设备、实训场地不足的问题，在相同的时间内实现实践最大化，通过大量的实操练习提高学生的绘图技能。另外，随着职业教育本科化的发展趋势，对职业教育培养对象的要求也会从“操作人员”向“设计人员”过渡，在《机械制图》教学中引入三维建模技术，还能实现“从上向下”的设计过程，让学生真正理解机械产品的设计理念与设计方法，为创新设计提供可能，只有将这种理念内化于心，学生才能在职业岗位上走得更远、走得更稳。

二维、三维软件的学习看似占用了一定的课堂环节，但“磨刀不误砍柴工”，其成就的学生自主学习能力、自主思考模式却能使学生受益终身。在校学习的知识再多，学生走上社会也会深感不够用，有了自主学习的能力，才能拥有长足发展的潜力，软件的学习和思维模式的改变，必将激发学生自主学习自觉性，提高《机械制图》教学效果，助力学生在技能大赛中获得更优异的成绩，并能更好的胜任将来的专业工作。

基金项目：2019年广东省高职教育机械制造类专业教学指导委员会教学改革项目普通项目——基于三维CAD 技术的《机械制图》教学改革，JZ201905。

2019年广东省高职教育机械制造类专业教学指导委员会教学改革项目普通项目——产教融合背景下高职智能制造专业群人才培养改革与实践，JZ201908。

东莞职业技术学院2020年教学改革重点项目——《机械制图》混合式教学模式探索。

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