《機(jī)械制圖與CAD》課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

高利斌，王紅斌，劉天成

(云南民族大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，昆明 650500)

一、引言

《機(jī)械制圖與CAD》是目前工程圖學(xué)教育的基礎(chǔ)性核心課程，是順應(yīng)工程圖學(xué)教育需要，在之前《機(jī)械制圖》和《Auto CAD》(下文簡(jiǎn)稱《CAD》)兩門課程基礎(chǔ)之上整合而來的一門新興綜合性課程[1，2]。目前，在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中，存在以下普遍的現(xiàn)象，即將《機(jī)械制圖與CAD》教學(xué)內(nèi)容割裂為“機(jī)械制圖”和“CAD”兩塊內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，其教學(xué)模式仍然停留在《機(jī)械制圖》和《CAD》兩門獨(dú)立課程的框架之下，這使得《機(jī)械制圖與CAD》的教學(xué)沒有作為一門系統(tǒng)性課程展開，嚴(yán)重影響了課程的教學(xué)效果，不利于提高學(xué)生工程圖學(xué)素質(zhì)。

因而，對(duì)《機(jī)械制圖與CAD》課程進(jìn)行教學(xué)改革，真正把其作為一門系統(tǒng)性、綜合性課程進(jìn)行教學(xué)，改變實(shí)際教學(xué)過程中被割裂為“機(jī)械制圖”和“CAD”教學(xué)的普遍現(xiàn)狀，以改進(jìn)教學(xué)效果，提高學(xué)生工程圖學(xué)素質(zhì)就變得非常緊迫。本文將根據(jù)筆者多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)《機(jī)械制圖與CAD》課程教學(xué)改革的相關(guān)措施進(jìn)行探討。

二、《機(jī)械制圖與CAD》課程教學(xué)改革措施

(一)重構(gòu)知識(shí)體系，開展任務(wù)驅(qū)動(dòng)的模塊化教學(xué)

《機(jī)械制圖與CAD》課程教學(xué)內(nèi)容既包括《機(jī)械制圖》中制圖的基本知識(shí)、點(diǎn)及線面的投影、基本立體的投影、截交線和相貫線、組合體的視圖、機(jī)件的常用表達(dá)方法、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件、零件圖、裝配圖等內(nèi)容，也包括《CAD》中工作空間管理、坐標(biāo)輸入、圖層設(shè)置和管理、繪圖命令和文本注釋、圖形編輯、圖塊的創(chuàng)建和使用、尺寸標(biāo)注、視圖控制、三維曲面建造和曲面編輯、三維實(shí)體模型構(gòu)建及實(shí)體編輯等內(nèi)容。因而，其作為一門系統(tǒng)的綜合性課程，在教學(xué)中不應(yīng)該只是簡(jiǎn)單添加式地在“機(jī)械制圖”教學(xué)中劃分出部分學(xué)時(shí)講授“CAD”內(nèi)容，而是應(yīng)該把《機(jī)械制圖與CAD》的內(nèi)容作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行教學(xué)[3]。

基于培養(yǎng)學(xué)生繪圖能力、識(shí)圖能力和空間想象能力的目標(biāo)，在具體教學(xué)過程中，應(yīng)該以知識(shí)點(diǎn)為模塊重構(gòu)知識(shí)體系，以機(jī)械制圖相關(guān)內(nèi)容為基礎(chǔ)，充分融合CAD軟件的應(yīng)用，以任務(wù)模塊驅(qū)動(dòng)，將CAD相關(guān)知識(shí)有效地融入機(jī)械制圖的教學(xué)過程中去，做到以機(jī)械制圖理論為基礎(chǔ)，以CAD 為核心繪圖工具，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與能力的相融并進(jìn)。比如，把創(chuàng)建一個(gè)包含標(biāo)題欄的圖框作為一個(gè)任務(wù)模塊，圖紙幅面、圖框內(nèi)容可以和CAD中直線命令、矩形框命令和坐標(biāo)輸入作為一個(gè)子模塊，讓學(xué)生分別運(yùn)用直線命令、矩形框命令和坐標(biāo)輸入完成圖框的繪制。標(biāo)題欄內(nèi)容可以和CAD中表格的創(chuàng)建、表格樣式和文字樣式作為另一個(gè)子模塊，讓學(xué)生運(yùn)用CAD創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)題欄。然后再結(jié)合CAD中移動(dòng)命令和塊的創(chuàng)建，讓學(xué)生把圖框和標(biāo)題欄變成一個(gè)塊以完成任務(wù)模塊。圖線內(nèi)容可以和CAD中樣板文件的創(chuàng)建、圖層的創(chuàng)建和管理作為一個(gè)任務(wù)模塊，讓學(xué)生創(chuàng)建一個(gè)樣板文件，作為下一步平面圖形繪制的子任務(wù)模塊。圓弧連接、平面圖形的尺寸分析和線段分析、平面圖形繪制步驟、比例及尺寸標(biāo)注可以和CAD中繪圖命令、修改命令、標(biāo)注命令和標(biāo)注樣式作為一個(gè)大的任務(wù)模塊，讓學(xué)生調(diào)用樣板文件，繪制平面圖形，完成標(biāo)注，調(diào)整比例，插入圖框，最終完成平面圖形繪制。又如，零件圖中表面粗糙度、形位公差可以和CAD中塊的屬性、公差標(biāo)注、引線標(biāo)注作為一個(gè)任務(wù)模塊進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生創(chuàng)建粗糙度塊、基準(zhǔn)符號(hào)塊并賦予屬性，然后完成零件圖(零件圖可以在此之前設(shè)定另外的任務(wù)模塊提前完成)中表面粗糙度和形位公差的標(biāo)注。

鑒于篇幅原因，其他教學(xué)模塊課程教授者可以根據(jù)知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系自行考慮構(gòu)建?？傊凇稒C(jī)械制圖與CAD》具體教學(xué)過程中，要以機(jī)械制圖內(nèi)容為應(yīng)用課題，以CAD內(nèi)容為技能主線，設(shè)計(jì)不同的任務(wù)模塊，將CAD作為繪圖工具融入到理論教學(xué)的不同環(huán)節(jié)當(dāng)中，貫穿整個(gè)課程體系，以提升課程教學(xué)效果。

(二)創(chuàng)新教學(xué)模式，充分運(yùn)用多媒體輔助，開展一體化教學(xué)

《機(jī)械制圖與CAD》課程教學(xué)必須要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)模式，若仍按照機(jī)械制圖和CAD內(nèi)容的分塊教學(xué)則達(dá)不到課程預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。創(chuàng)新教學(xué)模式就是要運(yùn)用“一體化教學(xué)”以達(dá)到提升《機(jī)械制圖與CAD》課程教學(xué)質(zhì)量的目的?！耙惑w化教學(xué)”強(qiáng)調(diào)以能力為核心，將理論教學(xué)與實(shí)踐訓(xùn)練融合在一起，以理論指導(dǎo)實(shí)踐訓(xùn)練，通過實(shí)踐訓(xùn)練來強(qiáng)化理論，讓學(xué)生在教學(xué)中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐，在實(shí)踐中思考[4]。

在《機(jī)械制圖與CAD》教學(xué)中，將課程內(nèi)容模塊化以后，要充分運(yùn)用多媒體輔助教學(xué)手段，將機(jī)械制圖實(shí)例講解放在CAD環(huán)境下進(jìn)行，利用CAD繪圖軟件將理論教學(xué)內(nèi)容中復(fù)雜的圖形制作成分解動(dòng)畫或三維模型，將多媒體課件和CAD軟件相結(jié)合進(jìn)行多視角呈現(xiàn)，加深學(xué)生對(duì)圖形的理解和過程的感受，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生的繪圖、讀圖能力和空間想象能力。比如，切割體和相貫體以及組合體三視圖的教學(xué)內(nèi)容，由于缺乏實(shí)際的模型，學(xué)生往往難以想象出形體的完整結(jié)構(gòu)。通過CAD軟件建立三維模型，在繪制切割體、相貫體、組合體視圖時(shí)，先展示三維模型，再用形體分析法和線面分析法進(jìn)行分析，使三維模型和視圖得到一一對(duì)照，這樣反復(fù)訓(xùn)練和理解，以提高學(xué)生的空間想象能力[5～9]。又如，在零件圖繪圖、讀圖部分的教學(xué)過程中，可以利用CAD構(gòu)建零件實(shí)體以展示零件不同方位和不同方向的形狀，并利用剖切功能展示零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣可以大大增加零件的直觀性，幫助學(xué)生理解零件的形狀，提高學(xué)生的繪圖和讀圖能力。

(三)翻轉(zhuǎn)課堂，開展項(xiàng)目教學(xué)

項(xiàng)目教學(xué)強(qiáng)調(diào)課程內(nèi)容的邏輯性、完整性、遷移性和操作性，采用工作小組的學(xué)習(xí)方式，教學(xué)過程中，小組成員在教師的指導(dǎo)下參與甚至主導(dǎo)項(xiàng)目從信息收集、計(jì)劃制定、方案選擇、目標(biāo)實(shí)施、信息反饋到成果評(píng)價(jià)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)中的主體。項(xiàng)目教學(xué)不僅能提高教學(xué)過程的趣味性，增強(qiáng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性和自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，而且還能提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力[10]。

在《機(jī)械制圖與CAD》具體教學(xué)中，對(duì)于部分內(nèi)容，可以采用項(xiàng)目教學(xué)法，以項(xiàng)目為載體，讓學(xué)生在通過完成項(xiàng)目的自主實(shí)踐探究過程中建構(gòu)所需理論知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)理論知識(shí)和實(shí)踐技能的學(xué)習(xí)。比如，在學(xué)習(xí)零件圖章節(jié)的內(nèi)容時(shí)，將零件圖的繪制分為軸套類零件圖、盤蓋類零件圖、叉架類零件圖、箱體類零件圖和其他類零件圖五個(gè)項(xiàng)目，然后將學(xué)生分成不同的項(xiàng)目小組，要求項(xiàng)目小組從零件的形體分析、安放位置確定、主視圖選擇、基本視圖及表達(dá)方案選擇、輔助表達(dá)方案選擇、規(guī)定畫法和簡(jiǎn)化畫法運(yùn)用等方面進(jìn)行充分討論，并得出零件的表達(dá)方案，然后不同小組間對(duì)表達(dá)方案進(jìn)行交叉互評(píng)，最后在老師的指導(dǎo)下形成完整的零件表達(dá)方案，并由每個(gè)同學(xué)完成零件圖的繪制。又例如，在裝配圖章節(jié)的教學(xué)中，以完成裝配體的裝配圖為目標(biāo)任務(wù)，設(shè)定不同的項(xiàng)目小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)一個(gè)裝配體的圖紙繪制。圖紙表達(dá)方案由小組成員共同討論決定，小組內(nèi)每個(gè)同學(xué)負(fù)責(zé)用CAD繪制裝配體的一個(gè)主要零件圖，然后結(jié)合其他小組成員的零件圖最終完成裝配圖繪制。

(四)同步作業(yè)，綜合訓(xùn)練

CAD作為重要的繪圖工具在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)得到普遍運(yùn)用，這導(dǎo)致在《機(jī)械制圖與CAD》實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，存在一種非常不良的傾向，即弱化甚至忽視教學(xué)過程中手工繪圖能力的培養(yǎng)，完全依賴于CAD繪圖。其實(shí)，手工繪圖和計(jì)算機(jī)繪圖同等甚至更重要，手工繪圖是工程圖學(xué)教育中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其對(duì)學(xué)生機(jī)械制圖基本知識(shí)的強(qiáng)化，動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力、空間想象能力和工程意識(shí)的鍛煉及工作作風(fēng)的培養(yǎng)起著關(guān)鍵作用。

在《機(jī)械制圖與CAD》教學(xué)中，必須手工繪圖和CAD繪圖并重，既強(qiáng)調(diào)手工繪圖實(shí)踐訓(xùn)練也強(qiáng)調(diào)CAD作為重要繪圖工具的運(yùn)用。實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，可以通過同一個(gè)繪圖作業(yè)既要求用手工繪圖又要求用CAD繪圖完成，這樣既能達(dá)到手工繪圖的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程圖學(xué)素質(zhì)，也能訓(xùn)練學(xué)生CAD工具的運(yùn)用能力。同時(shí)，CAD制圖的標(biāo)準(zhǔn)化又可以促進(jìn)學(xué)生手工繪圖的規(guī)范化。比如，組合體的三視圖、零件圖、裝配圖部分的作業(yè)，要求學(xué)生同一個(gè)圖樣分別用手工和CAD進(jìn)行繪制。如果有條件教授CAD中三維建模部分的，還可以要求學(xué)生在繪制二維圖紙的基礎(chǔ)上，對(duì)同一個(gè)表達(dá)對(duì)象進(jìn)行三維建模，這樣既可以進(jìn)一步拓展和強(qiáng)化學(xué)生CAD工具的運(yùn)用能力，同時(shí)還可以通過三維建模進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生的空間想象能力。

(五)綜合考核，整體評(píng)價(jià)

《機(jī)械制圖與CAD》是一門綜合性的課程，其教學(xué)內(nèi)容涵蓋機(jī)械制圖理論、手工繪圖實(shí)踐和CAD繪圖技能，因而，傳統(tǒng)的一張?jiān)嚲矶ǔ煽?jī)的考核方式顯然不能客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，難以體現(xiàn)學(xué)生的識(shí)圖能力、想象能力、分析能力及繪圖技能。因此，針對(duì)《機(jī)械制圖與 CAD》課程的特點(diǎn)，其考核應(yīng)該把機(jī)械制圖與CAD繪圖有機(jī)結(jié)合，以實(shí)踐操作為核心，通過平時(shí)手工繪圖作業(yè)和CAD繪圖作業(yè)、期末卷面筆試、手工繪圖和 CAD繪圖綜合項(xiàng)目考核等，綜合評(píng)定學(xué)生的成績(jī)。實(shí)際考核中可以參照下面的方式進(jìn)行考核。

1.以平時(shí)手工繪圖和CAD繪圖作業(yè)為主包含考勤的平時(shí)成績(jī)(10%)

2.期末閉卷考試(40%)

卷面分值結(jié)構(gòu)中，讀圖能力考核分值建議不低于70%。該考核主要評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)《機(jī)械制圖與 CAD》課程的諸如基本概念、基本知識(shí)、基本理論等知識(shí)的掌握情況，重點(diǎn)考核學(xué)生的讀圖能力。

3.手工繪圖綜合實(shí)踐(20%)

給定學(xué)生一個(gè)零件(最好是不同學(xué)生繪制不同的零件)，要求按照零件圖繪制步驟綜合分析考慮形成完整表達(dá)方案并繪制規(guī)范的零件圖。該考核主要評(píng)價(jià)學(xué)生在《機(jī)械制圖與 CAD》基本理論指導(dǎo)下，運(yùn)用尺規(guī)、圖紙手工繪制零件圖的能力。

4.CAD繪圖綜合實(shí)踐(30%)

按照2.3裝配圖任務(wù)項(xiàng)目教學(xué)法完成任務(wù)。該考核主要評(píng)價(jià)學(xué)生在《機(jī)械制圖與 CAD》基本理論指導(dǎo)下，運(yùn)用CAD作為工具繪制機(jī)械圖樣的綜合能力。

三、結(jié)語和展望

《機(jī)械制圖與CAD》課程作為理工科學(xué)生工程圖學(xué)素質(zhì)教育的基礎(chǔ)性核心課程，在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，必須要從模塊化教學(xué)、多媒體輔助一體化教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、同步作業(yè)和綜合考核等方面進(jìn)行改革，以打破《機(jī)械制圖與CAD》實(shí)際教學(xué)過程中被割裂成《機(jī)械制圖》和《CAD》教學(xué)的普遍現(xiàn)狀，切實(shí)改進(jìn)教學(xué)效果，提高學(xué)生工程圖學(xué)素質(zhì)。當(dāng)然，《機(jī)械制圖與CAD》課程教學(xué)的改革遠(yuǎn)不止如此，還有諸如師資力量的培養(yǎng)、教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整、課程體系的建設(shè)等諸多方面還需課程教授者做更廣泛、更深入的探索和實(shí)踐。