机械制图课程“双向一体化教学模式”的研究

沈阳化工学院 秦 然 张 平 孟庆尧

机械制图课程“双向一体化教学模式”的研究

沈阳化工学院 秦 然 张 平 孟庆尧

改革现有的《机械制图》课程传统的教学模式，把《机械制图》课程和《计算机绘图》课程所采用传统的分别授课模式改革成为“双向一体化教学模式”，把《机械制图》和《计算机绘图》两门课程有机结合在一起，同时讲授，并在内容上使两部分相辅相成。使学生不仅具有绘制和识读二维机械图样的能力，同时还具有设计所需的三维实体造型能力和将三维实体模型转换成生产所需的二维机械图样的能力，以此提高制图课程教学效果和适应现代工程设计、制造一体化的需要。

机械制图。双向一体化。教学模式。CAD

《机械制图》课程是工科院校机械类专业重要的基础课程之一。一直以来，《机械制图》课程的教学模式采用传统的前苏联模式，宽裕的学时，严谨的教学环节，造就了一大批具有较高投影能力和绘图技能的工程技术人才[1]。自20世纪80年代以来，随着计算机技术的发展，目前制图课程已经形成由“画法几何”、“机械制图”、“计算机绘图”等课程组成的课程体系。现今，电子技术得到广泛的应用，特别是数字信息技术飞速发展，使现代工程设计思想、设计理论、设计方法及设计手段都发生了很大变化，工程图纸作为工程界交流的语言，已经受到“电子化、数字化”的巨大冲击，以培养图纸制图能力的制图课程教学体系急需进行深化改革。

一、《机械制图》课程教学的现状与分析

《机械制图》课程教学的理论是利用投影手段把研究对象在二维与三维之间相互转换，传统教学模式以画法几何、图解法等二维方法为基础解决三维问题，工程图纸是交流的媒介。随着计算机技术的发展，出现了CAD技术，于是计算机绘图代替手工绘图，而且表现出很多优点，如交互性、精确性、速度、整洁易读、统一性等[2]。大多数院校的教学思路发展成为用传统方法完成制图课程教学后，再花费一些学时学习类似AutoCAD的绘图软件的使用，将两者简单叠加，而且一些院校只学习二维绘图部分，将三维部分作为选学或不学，使CAD成为计算机辅助绘图（Computer Aided Drawing），这并没有充分发挥CAD软件的应有作用。而近些时间里，三维CAD软件飞速发展与更新，为工程设计带来革命性的变革，如UG、Pro/E、SolidWorks、CATIA、AutoCAD等，设计过程变为先建立三维虚拟实体，再投影、编辑成二维工程图纸，与传统的设计与绘图大不一样，使CAD真正成为计算机辅助设计（Computer Aided Design）。目前一些院校已经开设了三维CAD课程，但也只能停留于讲解软件的使用上，即增加一门三维CAD课程。

传统的机械制图与机械设计方式在新形势下已经显现出不适应的一面，低效的手工绘图方式满足不了工业生产高速发展的需要，手工绘图已基本被计算机绘图取代；机械产品已经进入数字化设计、分析、管理和生产时代，相应的《机械制图》课程教学改革势在必行。一些院校的方法是放弃投影法的基本部分教学，如点、线、面部分，直接讲解立体，增加CAD绘图部分教学时间，这样的做法缺乏循序渐进的整体性，学生增加的还是计算机绘图的能力。《机械制图》课程是机械类专业学生的工具课，是以后专业课学习的基础，而很多学生对《机械制图》课程的学习仅仅停留在本门课程上，并没有通过《机械制图》课程的学习打好机械设计的基础。目前，国内高校制图课程教学模式改革的大部分观点是提出从三维到二维与传统逆向的教学模式，这种改革的思维方法完全从现代工程设计的角度出发，尤其对具备三维设计和数控加工技术的高新技术企业比较适合，同时也是机械制造行业的发展方向。但是，这种教学方法完全放弃二维投影基本理论，忽略了二维图形的作用，而二维图形比三维实体更易于表现细节和各种标注，易于指导生产，有其不可代替的作用，二维图形用在含尺寸标注、表面粗糙度、公差与配合等技术要求的生产图形上显示出明显优势[3]；另外，我国的绝大部分企业只在机械产品的设计、研发与分析环节具备采用三维技术的能力，而最终的产品生产制造环节还是要采用二维图纸进行生产（考虑现有技术能力以及生产成本）[4]。一定时期内，二维图形不能被完全摒弃，即《机械制图》课程不能被完全抛弃。

针对上述《机械制图》课程教学的现状与分析，改革现有的教学模式，在教学中做到制图基础与实体构型相结合，二维投影与三维实体相结合，计算机绘图能力培养与三维实体造型能力培养相结合，结合我国工程实际情况和发展方向，提出机械制图课程“双向一体化教学模式”。

二、机械制图课程“双向一体化教学模式”的涵义和指导思想

利用CAD二维绘图技术及CAD软件的三维建模和编辑功能，比较《机械制图》课程的内容，把《机械制图》和《计算机绘图》课程有机结合在一起，同时讲授。《机械制图》课程按照从二维到三维的方向讲授，而《计算机绘图》课程按照从三维到二维的方向辅助学习，两门课程在内容上相辅相成，让学生掌握二维图形与三维实体的对应关系，把这种教学方法，称之为机械制图课程“双向一体化教学模式”。

“双向一体化模式”的指导思想是从两个方向入手进行教学，使二维投影与三维实体之间建立紧密联系，使学生不仅具有绘制和识读二维机械图样的能力，还应使学生具有现代设计所需的三维实体造型能力和将三维实体模型转换成生产所需的机械图样的能力，以此为核心完成机械制图课程的教学。这种教学模式势必会提高制图课程教学效果和适应现代工程设计、制造一体化的需要。

三、机械制图课程“双向一体化教学模式”的基本内容、步骤和关键问题

机械制图课程“双向一体化教学模式”的基本内容是一体化整合《机械制图》和《计算机绘图》课程的教学内容，但绝不是把两门课程简单叠加，而是把两门课程内容调整并一一对应。《计算机绘图》课程可以选择《Auto CAD》为教学软件，因为该软件除了具有较强的二维绘图功能外，同时具备一定的三维建模功能。从现实意义来说《计算机绘图》课程已经上升为《计算机辅助设计》（Computer Aided Design），是真正意义的CAD。

具体整合的课程内容可以分为几个教学阶段：

（一）基础知识教学阶段。《机械制图》讲解投影法基本知识：点、线、面的投影；《Auto CAD》讲解CAD软件的基本操作：平面图形的绘制、编辑及其技巧。

（二）基本立体和简单形体教学阶段。《机械制图》讲解基本立体的绘制、截交线和相贯线的画法及简单形体的投影；《Auto CAD》学习三维建模的基本方法、基本立体的三维建模、编辑基本立体形成简单形体。

（三）组合体教学阶段。《机械制图》讲解组合体的画图和读图；《Auto CAD》学习三维形体的编辑（布尔运算及三维编辑技巧），复杂形体的建模。

（四）机件表达方法教学阶段。《机械制图》讲解机件表达的各种画法：视图、剖视、断面以及规定和简化画法；《Auto CAD》学习复杂形体的编辑、三维实体投影成二维图形的方法及图形的编辑。

（五）零件图教学阶段。《机械制图》讲解零件图的画图、标注及读图；《Auto CAD》学习零件建模方法、生成二维工程图及尺寸标注、技术要求标注。

（六）装配图教学阶段。《机械制图》讲解装配图的画图、标注及读图；《Auto CAD》学习零件装配形成装配体及其编辑、生成二维工程图及对其标注。

在每个教学阶段的实施过程中，关键问题是注意两门课程的有机结合及相互辅助。可以借助三维虚拟模型帮助理解二维平面图的意义，借助二维平面图消化三维立体的投影特性。例如，在学习截交线、相贯线时，学生往往不易建立起空间几何形体的概念，这时可以借助在《CAD》中学习到的三维虚拟实体及其编辑过程进行对比，再去理解二维投影的画法和空间形状。再如，讲解到零件图部分时，可以把零件结构的画法与三维模型的编辑结合一起，使二维和三维达成一体化，使学生深刻理解二维零件图的同时，也掌握了三维零件立体的结构特点和建模方法，可谓一举两得。从某种意义上说，可以淡化两门课程，而理解为“机械设计及制图”一门课程，这才是“一体化”的意义所在。

四、机械制图课程“双向一体化教学模式”的具体实施计划和方案

（一）实施计划。制定机械制图课程“双向一体化教学模式”的教学大纲，教学计划，选择参考教材，完成教案；计划一学年内分两学期完成各阶段教学内容。

（二）实施方案。针对机械类专业学生采用试点班级，制定好新的教学计划，调整和安排好各部分教学内容，建立三维模型库和二维图形库，制作教学用CAI课件；配备学生用微机实验室和教学用多媒体教室；进行课堂教学和学生人机互动实验，合理的使用多媒体设备和计算机实验室，把教师课上教学演示与学生自己动手建模和绘图时间合理分配；让学生通过局域网查看模型库和二维图形库，进行自学和对作业进行自我检查；对照试点班级与传统教学班级教学效果，成功后进行全面实施推广。

五、结束语

机械制图课程“双向一体化教学模式”不但适应现代工程设计、制造一体化的时代需要，而且符合我国工业生产的发展状况，必能开辟一种新的教学模式。三维设计是制造业信息化技术逐步发展的必然方向，如何适应发展的需求是高校教育所思考的问题，本文提出的教学模式是新形势下对《机械制图》课程教学改革的一种尝试，须在今后的实践中不断完善，使教学更生动灵活，让学生更容易接受所学，为其他课程教学改革提供一定的理论参考。

[1]王宗彦，等.从三维设计出发改革传统机械制图教学[J].华北工学院学报（社科版），2004，20（2）：70-72

[2]左远志，等.基于三维CAD的机械制图“3D实体教学法”的研究[J].教学研究，2003，26（2）：145-148

[3]曹恩国.产品设计中机械制图的革命[J].甘肃科技，2005，21（12）：54-55

[4]李跃兵.基于三维实体造型技术的机械制图教学体系的思考[J].株洲工学院学报，2005，119（6）：110-112

沈阳化工学院教育教学研究基金项目（编号：2007B062）

G642

秦然（1970-），男，吉林怀德人，副教授，硕士，主要从事机械设计和制造方面的研究。