機械測繪與先進成圖技術(shù)的教學(xué)實踐

康寶來

（南陽理工學(xué)院 機械與汽車工程學(xué)院，河南 南陽473004）

0 引言

工程圖學(xué)課程與工程實踐聯(lián)系密切，可以培養(yǎng)學(xué)生工程圖樣繪制、閱讀及形象思維能力，提高工程素質(zhì)，增強創(chuàng)新意識，是普通高等學(xué)校本科工科專業(yè)的重要工程基礎(chǔ)課程。對“機制”專業(yè)學(xué)生而言，機械制圖能力（特指“機制”專業(yè)，下同）主要包括：徒手繪圖和尺規(guī)繪圖的能力，計算機繪圖和三維形體建模的能力，繪制和閱讀機械圖樣的基本能力，零部件測繪的基本能力。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

伴隨著科技的發(fā)展，機械制圖經(jīng)歷了手工繪圖和計算機繪圖兩個階段，現(xiàn)在正全面邁進三維設(shè)計時代。在這一進程中，機械制圖課程的教學(xué)也做了相應(yīng)的改革，不斷地在傳統(tǒng)的以手工繪圖為主線的課程體系中添加相應(yīng)的模塊，較多地做法是插入專門的章節(jié)來講解計算機繪圖和三維形體建模，再設(shè)置制圖測繪實訓(xùn)和三維CAD軟件實訓(xùn)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。這種基于二維圖形為主線的疊加式的能力培養(yǎng)模式將機械制圖能力分割為幾個相對獨立的模塊，造成了相關(guān)知識技能鏈接間斷，教學(xué)內(nèi)容重復(fù)與脫節(jié)并存，并且能力培養(yǎng)周期長，不能很好地適應(yīng)全面進入三維設(shè)計制造時代的發(fā)展需要。

針對上述問題，我院近幾年來在機械制圖能力的培養(yǎng)方面進行了較深入的教學(xué)改革，已將手工繪圖、計算機繪圖和三維形體建模等教學(xué)內(nèi)容進行了有機的整合，實現(xiàn)了機械制圖課程三維二維一體化教學(xué)。對制圖測繪實訓(xùn)和三維CAD軟件實訓(xùn)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進行整合已是當(dāng)務(wù)之急。

2 整體改革思路

通過大一兩個學(xué)期機械制圖課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生具備的機械制圖能力主要包括：初步的徒手繪圖能力，一定的尺規(guī)繪圖和計算機繪圖能力，初步的繪制和閱讀機械圖樣的基本能力，初步的三維形體建模能力。后續(xù)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的任務(wù)是：提升徒手繪圖和尺規(guī)繪圖能力，提升繪制和閱讀機械圖樣的基本能力，培養(yǎng)三維形體建模的能力，培養(yǎng)零部件測繪的基本能力。

為了盡快達成學(xué)生機械制圖能力的培養(yǎng)目標(biāo)，將傳統(tǒng)的圖測繪實訓(xùn)和三維CAD軟件實訓(xùn)這兩個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)整合為一個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，命名為《機械測繪與先進成圖技術(shù)》，作為本科“機制”專業(yè)核心課程在大二第一個學(xué)期集中三個星期開設(shè)。這樣做，既可以較好地使日常教學(xué)與學(xué)科競賽（“高教杯”全國大學(xué)生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽）對接，又可以較好地服務(wù)后續(xù)課程教學(xué)。機械測繪與先進成圖技術(shù)課程主要包括下面的四個模塊：

（1）機械測繪。對裝配體（如齒輪油泵、臺虎鉗等）進行測繪，徒手繪圖繪制其裝配示意圖和每個零件的零件草圖，尺規(guī)繪圖繪制其裝配圖。

（2）零件三維形體建模。主要包括：①學(xué)習(xí)使用三維CAD軟件創(chuàng)建二維草圖；②學(xué)習(xí)軸套類、盤蓋類、叉架類和箱體類四類典型零件的三維形體建模；③完成裝配體所有零件的三維形體建模。

（3）部件裝配設(shè)計。完成裝配體的裝配建模，并創(chuàng)建裝配體的爆炸視圖。

（4）零件工程圖設(shè)計。使用三維CAD軟件由裝配體零件（由老師指定）的三維模型創(chuàng)建二維工程圖。

3 教學(xué)改革案例

由于機械測繪與先進成圖技術(shù)這門課程既包括手工繪圖又包括計算機繪圖，既包括三維形體建模又包括二維工程圖，這就要求我們把握好各環(huán)節(jié)之間的相互聯(lián)系和邏輯關(guān)系，處理好局部與整體的關(guān)系，注重學(xué)生實際制圖能力的培養(yǎng)，把教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革與過程考核結(jié)合起來，用生動的課堂教學(xué)來調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。零件三維形體建模是三維CAD軟件部分的核心內(nèi)容，在這一部分的教學(xué)實踐過程中，主要采取了下面的措施：

（1）案例教學(xué)與作業(yè)相結(jié)合。在創(chuàng)建二維草圖和典型零件三維形體建模的教學(xué)過程中，不是像傳統(tǒng)教學(xué)一樣逐個地講解每個命令的操作方法，而是每一部分均只通過講解2～3個典型案例來介紹常用命令的操作方法，再通過完成一定量的作業(yè)，讓學(xué)生較全面的掌握軟件的使用方法。這種做法的優(yōu)點是：

①使學(xué)生獨立思考。傳統(tǒng)的教學(xué)方法貌似全面，但其內(nèi)容在實踐中不實用，且非常乏味無趣，在一定程度上損害了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)效果。案例講解沒有告訴學(xué)生作業(yè)該怎么做，需要學(xué)生自己去思考、去學(xué)習(xí)，使得枯燥乏味變得生動活潑。

②使學(xué)生注重實際工程能力。案例教學(xué)貌似不全面，但能引導(dǎo)學(xué)生從研究每個命令的操作方法中跳出來，轉(zhuǎn)到學(xué)習(xí)解決實際問題的能力。

③使學(xué)生和老師的雙向交流更加流暢。學(xué)生做作業(yè)之前，要先消化老師所講解的案例，還要經(jīng)過縝密的思考來找到完成作業(yè)的方案，這也需要老師給予引導(dǎo)，也促使老師加深思考，根據(jù)不同學(xué)生的不同理解補充新的教學(xué)內(nèi)容。

典型二維草圖案例如圖1所示，典型零件案例如圖2所示。

圖1 典型二維草圖

圖2 典型零件

（2）作業(yè)與工程項目相結(jié)合。創(chuàng)建二維草圖是零件三維形體建模的基礎(chǔ)，典型零件三維形體建模又是完成實際工程項目的基礎(chǔ)，學(xué)生必須要完成足夠量的作業(yè)才能達到對軟件的全面掌握。在此基礎(chǔ)上，再布置學(xué)生對已進行測繪的裝配體的所有零件進行三維形體建模這一工程項目。這種做法的優(yōu)點是：

①基本技能與實踐相結(jié)合。學(xué)生要完成工程項目，就要從掌握三維CAD軟件的基本操作技能入手，分析工程項目的實踐情況、制定方案。在完成每個任務(wù)的過程中，都可能遇到在前面的學(xué)習(xí)中沒有掌握的問題，學(xué)生都會自覺地查漏補缺、解決問題，這樣學(xué)生就有了自覺、主動的第二輪學(xué)習(xí)，從而完成對知識的掌握和能力的培養(yǎng)。

②可控制性強。老師全程指導(dǎo)學(xué)生完成工程項目，有利于學(xué)生集中精力學(xué)習(xí)技能。

③改進了教學(xué)模式。圍繞工程項目這一主線，老師為引導(dǎo)，學(xué)生為主體，形成了學(xué)生主動參與、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。

4 考核方式改革

（1）注重過程考核。教學(xué)過程的每個環(huán)節(jié)都有具體的目標(biāo)任務(wù)，將課程考核落實到每一個具體的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生每完成一項就及時進行評定，督促學(xué)生高質(zhì)量地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。課程考核體系見表1.

表1 課程考核體系

（2）作業(yè)與限時上機完成指定作業(yè)相結(jié)合。由于電子文檔的復(fù)制拷貝極其方便，容易發(fā)生學(xué)生在三維形體建模環(huán)節(jié)復(fù)制拷貝他人作業(yè)的現(xiàn)象，在創(chuàng)建二維草圖和典型零件三維形體建模這兩個環(huán)節(jié)均安排了限時上機完成指定作業(yè)的考核方式，起到了引導(dǎo)學(xué)生積極學(xué)習(xí)的作用，極大地減少了學(xué)生作業(yè)的抄襲拷貝現(xiàn)象。

5 課程目標(biāo)達成度評價

課程目標(biāo)1：掌握機械測繪的方法，具備徒手繪制裝配示意圖和零件草圖的能力，提升手工繪制裝配圖的能力。

課程目標(biāo)2：掌握零件三維建模的方法，具備創(chuàng)建二維草圖的能力，具備軸套類、盤蓋類、叉架類和箱體類四類典型零件的三維實體建模能力；掌握裝配體裝配設(shè)計的方法，具備裝配體裝配建模能力，具備創(chuàng)建裝配體爆炸視圖能力；掌握零件工程圖設(shè)計方法，具備由零件三維實體模型創(chuàng)建工程圖的能力。

課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系見表2.

表2 課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

我院2016級“機制”專業(yè)共6個班級進行了教學(xué)實踐，裝配體主要選用了齒輪油泵和機用臺虎鉗，結(jié)課后進行了課程目標(biāo)達成度評價，達成度均大于0.65，評價結(jié)果均為“達成”。機制1班38位學(xué)生的有關(guān)數(shù)據(jù)是：

機械測繪平均得分為C=84.0（裝配示意圖平均得分為85.0，零件草圖平均得分為85.0，裝配圖平均得分為75.0），零件三維形體建模平均得分為L=83.1（二維草圖平均得分為75.0，典型零件建模平均得分為90.0，裝配體零件平均得分為85.0），裝配設(shè)計平均得分為Z=85.6（裝配建模平均得分為85.0，爆炸視圖平均得分為75.0），零件工程圖平均得分為G=75.9（圖形平均得分為80.0，標(biāo)注平均得分為65.0），班級總平均成績?yōu)閆CJ=82.9.

課程目標(biāo)1達成度：D1=C/100=84.0/100=0.84

課程目標(biāo)2達成度：D2=（0.45L+0.10Z+0.10G）/100（0.45+0.10+0.10）=53.55/65=0.82

課程總目標(biāo)達成度：D=ZCJ/100=82.9/100=0.83

6 結(jié)束語

機械測繪與先進成圖技術(shù)課程成功地將制圖測繪實訓(xùn)與三維CAD軟件實訓(xùn)這兩個原本相互獨立的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)整合為了一個有機的設(shè)計過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實際工程能力和創(chuàng)新能力，教學(xué)模式和考核方式的改革，提高了課堂教學(xué)效率，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，符合應(yīng)用型高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)，達到了教學(xué)改革的目的。由于課程只經(jīng)歷了一個輪次的教學(xué)實踐，肯定還存在很多不足之處，還需要做堅持不懈的能力，使課程更加完善、成熟。