机械专业工程图学类课程体系的改进探索

韩素兰　赵俊龙　程方

摘要：随着计算机技术的进步，计算机辅助设计、辅助制造等应用技术得以迅速发展，其专业基础课程——机械专业工程图学类课程，作为一个课程体系，也应随之予以改革完善。本文从实际出发，探讨了机械专业工程图学类课程体系各部分内容及其与学习顺序先后时段的对应关系，明确了各部分内容之间的学习递进关系和相互作用关系，加强了教学方法的适用研究，完善了课程体系内容，使其更具有系统性、实用性和科学性，学生可以更好地学以致用、学用结合，对培养新一代工程技术人员有着积极的作用。

关键词：画法几何；机械制图；计算机二维绘图；三维实体设计；零件测绘

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）12-0099-02

进入21世纪后，随着计算机应用技术的发展，计算机辅助设计（CAD）、辅助制造（CAM）等技术的应用，工程图学类课程作为一项服务于工程设计与制造的技术课程，其教学内容及教学目标均发生了极大的转变。它不再单是培养绘制、识读工程图样的专业基础课，它逐渐成为研究图学理论与图形表达的综合基础课程，是研究工程与产品信息的表达、交流与传递，培养学生工程素质、形象思维及创造性思维能力的主要技术课程。因此，随着新形势的发展，完善工程图学类课程体系，培养CAD应用技能复合型专业人才，已变成了当今社会的必须。

机械专业工程图学类课程是一个课程体系，不仅包括传统的工程制图内容，如画法几何、机械制图，也包括计算机二维绘图和三维实体设计等内容。作为专业基础课程，它有着很强的实践性，还需要配合有机械零部件测绘的工程实训内容。从内容上，它不但研究图学理论与表达，还培养图形绘制能力、三维实体设计等。目前计算机三维实体设计正变得越来越重要。大学阶段，按不同的时间阶段与各部分学习、应用的内容相结合统一考虑，他们之间的具体关系见图1。

工程图学类课程不仅是学习一门理论知识，更是培养学生的一项专业技能，是培养学生创新思维与能力的课程。完善课程体系内容，加强教学方法的研究，使其更具有系统性、实用性和科学性，使学生学以致用、学用结合，在应用中不断完善和提高，对培养新一代工程技术人员有着积极的作用。

一、学习画法几何内容，掌握绘图理论

画法几何是研究投影法、投影规律等基本理论的，它是培养学生识图和绘图能力、空间想象和构思能力的起点，该部分内容在学生创新思维和创新能力培养中起着举足轻重的作用，它是掌握后续相关专业基础课和专业课的重要基础。

学习该部分内容，点、线、面投影是学习基本体的投影基础，从线、面出发，由浅入深、循序渐进，让学生抓住物体的特征，注意物与图的相互转化，形成空间思维能力。学生在掌握正投影理论的基础上，使研究问题的对象由二维平面发展到三维空间，培养了学生的空间思维、形象思维能力。组合体部分的内容，起着承上启下的作用，它由研究点、线、面和基本体的投影过渡到组合体，并为后面的表达方法和零件图做前期铺垫。讲解组合体时，借助三维建模软件生成实体模型，以获得感性认识，可以对解题产生启示作用。读图时，引导他们从体的认识再逆向思维到点、线、面，将抽象的二维转换成形象的三维，实现物体与图形的转换，提高空间想象能力，培养学生的绘图和识图能力，为后续课程打下坚实的基础。同时，讲解时可引入三维软件进行三维建模，引起学生对三维设计软件的好奇心，激发学习欲望。

二、将专业制图与计算机二维绘图合并为机械制图及计算机绘图

专业制图进一步培养学生绘制、识读零件图、装配图的能力，要求学生掌握国家标准的规定，掌握零件图、装配图的绘制内容和要求，要求学生能利用绘图仪器、计算机软件正确绘制符合国家标准的机械图样。通过零件图绘制、识读，了解零件的结构、设计与零件工艺、加工方法、加工顺序等知识有关；通过零件图表面粗糙度、极限配合以及形位公差等，对将来的专业课程，如机械制造、金属材料及热处理等有所了解；通过装配图，使学生了解到新产品的开发设计顺序，了解设计时要考虑的内容。通过以上一系列内容的讲授与应用，提高学生的综合能力和解决实际问题的能力，培养学生的实践能力。

二维绘图以常见的AutoCAD软件为例，学习时，首先讲解AutoCAD的简单绘图、编辑功能，使学生可以绘制简单的图形。教学中可以从实际的案例出发，把学习的重点放在绘制具体实例上。通过绘制具体图形，把要学习的具体命令融入到具体实例中，在使用中不断练习总结。然后，根据需要介绍的专业制图的内容，增加零件图和装配图，逐步介绍AutoCAD的其他功能，用以绘制复杂的符合专业要求的零件图、装配图。

绘制图形时，可以将尺规绘图和计算机绘图结合起来绘制。通过教学实践比较发现，尺规绘图环节不仅加强了绘图技能，对培养学生严谨、认真负责的学习、工作态度有重要意义，同时在尺规绘图过程中学生对知识的理解和运用有实质性的进展。在计算机绘图普及的今天，尺规绘图不但不能削弱反而更需要适当加强。绘制过程要求学生绘制的图形要符合国家标准，绘制时逐步利用AutoCAD的辅助功能，实现快速、准确的绘图。通过这种教学方法，整个教学过程能够学以致用，学用结合。

三、进行三维实体设计，为实际工程设计奠定基础

实际生产中，二维设计在其表达方法上有其自身的局限性，所以随着计算机的发展，三维建模技术应运而生。三维建模使得设计和制造的理论技术发生了巨大变化。通过三维实体设计软件可以对零件进行三维建模，进行虚拟装配，能够直接在计算机上对设计出的零件进行虚拟加工和装配试验，检查零件的加工工艺性和装配质量（是否有干涉、松动等），并以有限元分析软件为平台对模型结构进行强度和刚度分析，从中及时发现设计缺陷并进行结构优化。这一技术缩短了时间、提高了设计效率，从而减少昂贵的试验费用。同时利用三维实体设计软件，可以将三维模型直接生成二维的零件图，这种方法准确、直观，减少了绘图工作量，提高了零件设计的效率。尤其对于复杂的几何造型、不规则复杂曲面等的投影，视图中的交线（截交线、相贯线）能够自然生成，避免了二维图形的绘图。

三维实体设计在学习时，可以采用循序渐进的方法，由易到难，结合实际练习。初学者可按照由下至上的设计方法，先对各个零件进行三维建模，然后按照相应的配合、约束关系进行装配，装配后对装配体进行模拟动画，进行工作原理模拟。熟练后可采用由上至下的设计方法，根据自己的想象构思，进行设计和修改，一边装配、一边建模，方便、快捷。

现代企业的设计、生产、制造模式正朝着信息化方向快速转变，三维实体造型已经成为从设计构思到数据采集、数控加工等的主要模式，三维实体设计技术逐步成为工程技术人员必备的一种现代技能，是现代制造工程人员必须掌握的重要技术。目前，国内大、中型企业许多采用Pro-E、CATIA、SolidWorks等三维软件进行设计。

四、进行零部件测绘，培养学生工程实践

机械零件测绘是机械类专业重要的基础性实践教学环节。机械零件测绘是以真实零件为测绘对象，要求学生利用测量工具对零部件进行测量，然后绘制草图、计算机绘图以及进行三维建模和装配。通过对零件的测绘，要求学生对零件的测量结果和加工工艺进行尺寸分析，从而得到有效的数据，根据测量分析结果绘制零件草图，依据草图绘制出正规的零件图和装配图，或者直接创建三维模型，通过三维模型、装配体直接生成二维工程图、装配图。

零件测绘涉及多门课程，如机械制图、公差与配合、材料、工艺等，不仅用到相关专业的理论知识，而且需要有机械加工生产实习的经验，特别是在技术要求的制定方面最为艰难复杂，需要多方面考虑才能完成。零部件测绘全过程的训练，有利于提高学生的工程图学综合能力，有利于培养学生的工程素质，增强学生的综合实践能力，为后续课程的学习以及将来的工作奠定基础。模型测绘过程可鼓励学生通过三维模型和装配图进行小的改进，生成爆炸图、模拟工作原理，进行静态分析等，使学生具有创新意识，进一步提高三维实体设计能力。

五、总结

根据我校实际情况，通过近几年的教学实践，我们按时间阶段分别开设了画法几何、机械制图及计算机绘图、SolidWorks三维实体设计、机械零件测绘等课程。后期，带领学生参加先进成图技术大赛、参加认证考试，对前面学习内容，在后续课程的学习、设计中不断应用、深化和强化。经过系统的工程图学类课程学习后，学生的空间想象能力有了极大的提高，能快速、准确绘制正确的工程图样，可以创建三维模型、虚拟装配，并进行动画仿真。部分感兴趣的同学还可进行简力学性能分析，且掌握了科学的思维方法，增强了工程意识和工程能力，提高了综合素质，为毕业设计做好了充分准备，为以后走向工作岗位打下坚实的基础。

参考文献：

[1]余桂英，李小兵，等.工程制图课程的教学改革与实践[C].中国图学新进展2007.济南：黄河出版社，2007：424-425.

[2]韩素兰，李文娟，程方.工程制图课程与大学生创新能力培养研究[J].大家，2011，（01）：107-108.