工程制圖與CAD及制圖測繪的一體化教學(xué)實踐*

金 鑫

(江蘇大學(xué)京江學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

0 現(xiàn)狀與問題

工程制圖是一門研究繪制和閱讀工程圖樣的理論與方法的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它既有系統(tǒng)的理論知識，又有較強的實踐性。工程制圖傳統(tǒng)的課程模式是理論學(xué)科型，教學(xué)內(nèi)容編排按照理論知識劃分章節(jié)，教學(xué)方法基本以教師主導(dǎo)的課題灌輸式為主，現(xiàn)今的工程制圖授課方式已經(jīng)由傳統(tǒng)的課堂板書的教學(xué)模式改為多媒體教學(xué)模式，這在一定程度上增加了授課的生動性，也提高了學(xué)生的學(xué)習積極性。但經(jīng)過一段時間的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)多媒體教學(xué)仍然沒有改變以教師主導(dǎo)的教學(xué)模式，學(xué)生仍是被動式的學(xué)習，過程中往往感到內(nèi)容枯燥難懂，也不能更有效地培養(yǎng)其空間想象能力，難以調(diào)動其積極性和主動性，靈活應(yīng)用知識的能力更顯不足，教學(xué)效果沒有得到明顯改善。

在工程制圖理論教學(xué)結(jié)束后，高校機械類專業(yè)一般會接續(xù)安排兩個教學(xué)實踐環(huán)節(jié):計算機繪圖CAD(Computer Aided Design)與制圖測繪。其中，計算機繪圖主要使用軟件Auto CAD作為教學(xué)平臺，目前大多院校已經(jīng)普及了計算機繪圖CAD教學(xué)，筆者所在的學(xué)院也開設(shè)了這門實踐課程，但開課時間是在工程制圖理論教學(xué)結(jié)束之后，且課時較少，只是作為該教學(xué)環(huán)節(jié)的補充，這就致使CAD與工程制圖兩個教學(xué)單元彼此割裂，而不是互為促進。另外，由于相隔時間較長，在學(xué)習CAD時學(xué)生往往已經(jīng)忘記了工程制圖課程中的一些基本知識和作圖方法，也導(dǎo)致學(xué)習CAD存在不少障礙。

制圖測繪也是整個工程制圖教學(xué)體系中重要的基礎(chǔ)性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的不僅是要鞏固所學(xué)的制圖理論知識，進一步提高學(xué)生繪制和閱讀機械圖的能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)制圖知識解決實際問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習打下良好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)制圖測繪的模式主要是采用手工繪圖，工作量大，占用時間，學(xué)生為完成繪圖作業(yè)量不經(jīng)過細致分析就匆忙下手畫圖，又不知如何系統(tǒng)考慮，因此只能機械地模仿甚至抄襲，忽視了對零件設(shè)計、表達方法、工藝結(jié)構(gòu)、標注的合理性等關(guān)鍵知識的理解和綜合運用。另一方面，制圖測繪往往被安排在工程制圖教學(xué)結(jié)束之后，兩者相隔時間較長，也造成學(xué)生對制圖基本知識與方法的遺忘，這在教學(xué)實踐中也體現(xiàn)的較為明顯，反映在圖紙上則是有較多明顯的錯誤，較大影響作圖質(zhì)量［1-2］。

綜合工程制圖、CAD、制圖測繪三個教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)的相互關(guān)聯(lián)性與現(xiàn)存問題，結(jié)合已有的一體化教學(xué)研究成果［3-4］，本文提出工程制圖與CAD及制圖測繪的一體化教學(xué)方案，并在實踐過程中相當程度上解決了因以上存在的問題，提高了制圖類課程教學(xué)與實踐的質(zhì)量。

1 基本條件

所謂工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學(xué)，包括下列五個“一體化”:工程制圖、計算機繪圖與制圖測繪課堂教學(xué)過程的一體化;教材、習題集、教學(xué)大綱及教學(xué)計劃所貫穿的思想和內(nèi)容的一體化;多媒體教學(xué)和實踐方式的一體化;教學(xué)場地(教室、繪圖室、制圖機房)的一體化;教學(xué)效果評價體系的一體化。

首先是工程制圖、計算機繪圖與制圖測繪課堂教學(xué)過程的一體化，將三個教學(xué)單元整合為一個整體，不再相互獨立，由一位教師統(tǒng)一授課并指導(dǎo)實踐與測繪，這樣各環(huán)節(jié)沒有時間間隔，互相促進，計算機繪圖與制圖測繪促使學(xué)生對制圖知識的掌握與應(yīng)用。

若想實現(xiàn)工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學(xué)，教材、習題集、教學(xué)大綱及教學(xué)計劃所貫穿思想和內(nèi)容的一體化是十分必要的，現(xiàn)行教材中這三個單元多是彼此分開，即便是工程制圖和CAD結(jié)合在一本教材中，也多是將CAD附于制圖內(nèi)容之后作為其補充，不能真正實現(xiàn)內(nèi)容的互動與一體化。因此需要編寫統(tǒng)一的教材與習題集，在其中將三個教學(xué)環(huán)節(jié)按其內(nèi)容的相關(guān)性有機的融為一個整體，也要編寫新的教學(xué)大綱及教學(xué)計劃［5］。

接下來是多媒體教學(xué)和實踐方式的一體化，以及教學(xué)場地(教室、繪圖室、制圖機房)的一體化。這主要表現(xiàn)在授課過程中，需要有先進的軟硬件設(shè)施，硬件設(shè)施包括適宜的教學(xué)場地和配套教學(xué)設(shè)施，教學(xué)場地應(yīng)建立具備多媒體設(shè)備、黑板、教學(xué)模型展示柜等綜合性教室，制圖教室與繪圖室、計算機機房相鄰配套;軟件設(shè)施方面，要有優(yōu)良的多媒體教學(xué)課件和較高版本的Auto CAD軟件，尤其重要的是要有一支高水準的師資隊伍，可以將一體化教學(xué)思想具體實施在教學(xué)過程中。軟硬件二者兼?zhèn)洳拍艽_保一體化教學(xué)的順利進行［6］。

最后是教學(xué)效果評價體系的一體化，要建立綜合的教學(xué)效果評價體系，學(xué)生最終的成績評定分為平時成績、考試成績、上機成績、測繪成績等幾個方面，平時成績包括作業(yè)與手工繪圖作業(yè)兩部分;考試試卷主要考察學(xué)生對于制圖理論知識的掌握情況;上機成績包括CAD各環(huán)節(jié)的成績;測繪成績則是對測繪過程與圖紙質(zhì)量綜合的成績評定。四部分在總成績中各占不同的比例，建議平時成績15%;考試成績50%;上機成績15%;測繪成績20%。

2 方案設(shè)計［7］

筆者所在高校的機械類工程制圖課程按照教學(xué)計劃被分成兩個學(xué)期進行，共84課時，其中第一個學(xué)期56課時，第二個學(xué)期28課時;CAD課程緊隨其后，按照教學(xué)計劃有28課時;制圖測繪集中在測繪周進行，一般放在第二學(xué)期結(jié)束時或者第二學(xué)年中。按照專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)計劃，將工程制圖、CAD及制圖測繪三個教學(xué)單元進行一體化設(shè)計，主要思路是:將CAD與測繪納入工程制圖整體教學(xué)計劃之中，成為一體的教學(xué)單元;將CAD嵌入到工程制圖理論教學(xué)與測繪各個環(huán)節(jié)之中，緊隨其后將制圖理論知識與繪圖方法在CAD中實現(xiàn)。按照以上思路具體設(shè)計的工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學(xué)計劃如表1所示。

表1 工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學(xué)計劃

3 一體化教學(xué)實踐的效果

筆者在工程制圖、CAD及制圖測繪的一體化教學(xué)的思路指導(dǎo)下，在所在的高校機械類專業(yè)制圖教學(xué)過程中對此進行了初步嘗試，取得了一系列比較明顯的教學(xué)效果。

(1)制圖理論知識教學(xué)、計算機繪圖與制圖測繪內(nèi)容有機結(jié)合，成為一個整體，去除了三個教學(xué)單元之間的時間間隔，使學(xué)生有效地掌握各部分知識，提高了學(xué)生的繪圖與讀圖能力，這在學(xué)生的平時作業(yè)各項成績中明顯反映出來;尤其加強了計算機繪圖的能力，在之前的教學(xué)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生在CAD上機實踐中因為已經(jīng)忘記制圖的基本知識而導(dǎo)致的低級錯誤，在測繪環(huán)節(jié)中更是如此，時間間隔往往導(dǎo)致測繪作業(yè)質(zhì)量不佳，使用一體化教學(xué)有效地解決了該問題。

(2)工程制圖多媒體課件與CAD輔助演示及CAD上機實踐的有機結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習的積極性，便于學(xué)生對知識的理解與吸收。以往的多媒體課件往往都是平面效果演示，雖然有一定的形象性，但仍不足以建立學(xué)生對形體的整體理解，在課堂教學(xué)中插入CAD輔助演示，使得教學(xué)內(nèi)容更加生動形象，能提高學(xué)生的興趣，加深對學(xué)習內(nèi)容的掌握理解，這在較難的教學(xué)環(huán)節(jié)(如組合體、機件的表達方法、零件圖等章)上表現(xiàn)的尤為明顯;而在某一教學(xué)環(huán)節(jié)完成之后隨即安排與其相聯(lián)系的CAD教學(xué)環(huán)節(jié)以及上級實踐，更加有效地鞏固了所學(xué)的制圖理論知識，也同時加強了計算機繪圖的能力。

(3)培養(yǎng)建立學(xué)生面向工程圖樣與形體的空間想象與分析能力，為其它專業(yè)課程的學(xué)習打下堅實基礎(chǔ)。面向工程圖樣與形體的空間想象與分析能力其實就是從由二維平面圖樣想象還原三維形體，以及由三維形體投射對應(yīng)到二維平面圖樣兩個互逆的思維過程，這兩個過程可以利用Auto CAD軟件進行形象演示，如在Auto CAD中的“繪圖”工具欄有各角度的平面視圖和軸測圖的顯示效果，方便進行二維視圖與三維形體之間的相互轉(zhuǎn)換，在講授組合體、表達方法等內(nèi)容時可以將形體的立體模型構(gòu)建出來，再讓學(xué)生反復(fù)觀看各角度的平面視圖和軸測圖的顯示效果，這樣就能有效培養(yǎng)出學(xué)生的空間想象與分析能力。

(4)在各實踐環(huán)節(jié)，尤其是制圖測繪中提高了學(xué)生的繪圖效率與質(zhì)量，為以后工作中的實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的制圖測繪要求學(xué)生手工作圖，工作量很大，造成學(xué)生在測繪周的大多數(shù)時間都在機械地模仿甚至抄襲，缺乏對測繪設(shè)計各環(huán)節(jié)的深入理解思考與綜合運用，而在一體化教學(xué)中學(xué)生之前已經(jīng)掌握了Auto CAD的功能命令，并在練習中有了一定的熟練性，因此可以將測繪作業(yè)在Auto CAD中實現(xiàn)，過程中就減少了程式化繪圖的時間，增加了學(xué)生理解思考各環(huán)節(jié)的時間，這使得在實際教學(xué)過程中學(xué)生測繪作業(yè)的圖紙質(zhì)量有了明顯的提高。

4 一體化教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)的問題與解決思路

工程制圖、CAD及制圖測繪一體化教學(xué)取得明顯效果的同時，在教學(xué)過程中也發(fā)現(xiàn)若干問題，如下:

(1)教材編寫的問題。由于現(xiàn)行條件不充分，筆者在教學(xué)過程中使用的是以原本教學(xué)模式編訂的教材，其中工程制圖與CAD分別是兩本獨立的教材，制圖測繪在兩本教材中都沒有被列入，而只是由教師根據(jù)測繪任務(wù)指導(dǎo)書進行實施，因此在教學(xué)過程中出現(xiàn)多本教材同時交錯使用的問題，給教學(xué)效果帶來不利的影響，因此編寫將工程制圖、CAD及制圖測繪三部分內(nèi)容有機結(jié)合為一體的新教材就成為迫切需要解決的問題，筆者已經(jīng)著手申請教材編寫，希望盡早完成并出版。

(2)學(xué)生在計算機繪圖中的抄襲拷貝現(xiàn)象。電子文檔的復(fù)制拷貝極其方便，這也導(dǎo)致一部分學(xué)生不去自主認真的完成作業(yè)，只是簡單拷貝抄襲他人作業(yè)，這種現(xiàn)象在制圖測繪中表現(xiàn)尤為明顯，而這一問題若不能解決，將嚴重影響教學(xué)效果。其解決思路是:在制圖測繪中設(shè)置多個不同的專題，將學(xué)生劃分多個小組進行專題測繪，在小組內(nèi)部再將各部件繪圖任務(wù)分配給各人，而某個學(xué)生最終成績的評定將由他所擔負的這部分測繪作業(yè)作為重要依據(jù)。

(3)任課教師評價打分的嚴格性。學(xué)生的成績評定分為平時成績、考試成績、上機成績、測繪成績四個方面，由于考試卷面成績只占總成績的50%，其它三項都是教師根據(jù)學(xué)生的平時表現(xiàn)與作業(yè)質(zhì)量打分，有一定的主觀性，在實際教學(xué)過程中有的教師在平時成績、上機成績、測繪成績?nèi)椀拇蚍稚嫌休^大的隨意性，或者為使某學(xué)生及格而在這三項上不合實際的提分，就造成最終的綜合成績無法表明學(xué)生對制圖的掌握程度。這就要求教師以認真負責的態(tài)度對待每個學(xué)生和每個教學(xué)環(huán)節(jié)，盡量將學(xué)生對每個教學(xué)環(huán)節(jié)的掌握程度通過成績反映出來。

5 結(jié)論

將工程制圖、CAD及制圖測繪三個教學(xué)單元合為一體，通過這樣的一體化教學(xué)設(shè)計就使工程制圖、CAD及制圖測繪三個教學(xué)單元相互促進，極大地豐富了工程制圖課程的教學(xué)內(nèi)容，改善了工程制圖的教學(xué)方法，增加了學(xué)生對該課程的學(xué)習興趣，并且有效地培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象能力、繪制和閱讀工程圖樣以及工程類專業(yè)設(shè)計思維的能力，確保了課程教學(xué)目

表1 離合器結(jié)構(gòu)尺寸 /mm

表2 行星變速箱各構(gòu)件轉(zhuǎn)動慣量 /kg·mm2

4 結(jié)論

(1)實例模擬計算結(jié)果看出，主，被動軸轉(zhuǎn)速變化趨勢與實際情況相一致，被動軸轉(zhuǎn)速變化要比主動軸變化慢得多，其原因是被動軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量包含車體重量要比主動軸大的多而造成的。

(2)圖2被動軸轉(zhuǎn)速變化趨勢明顯示出，其變化很緩，說明在換檔過程中，車體的速度變化平穩(wěn)，(加速度約為1 m/s以下)換檔帶來的沖擊很小。

以上模擬計算驗證了所建立的模型的正確性，該方法應(yīng)用于實際車輛換檔過程的設(shè)計和研究中，可以模擬行星變速箱各構(gòu)件的運動參數(shù)，找出其運動參數(shù)變化規(guī)律，為ZL50裝載機換檔過程各部件的動態(tài)參數(shù)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

［1］ 尹 明，張高平．ZL50裝載機換檔離合器優(yōu)化設(shè)計［J］．煤礦機械，2013(4):25－30．

［2］ 段欽華．行星式動力換擋變速箱的分析與研究［J］．成都大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006(1):71－74 ．

［3］ 張 勇．行星齒輪變速箱換擋過程的建模與仿真［J］．吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2002(1):54－59．