《机械制图与CAD》教学实践与教学改革探索

张斌，宇晓明，焦洪宇

摘要：从机械制图与CAD这门课程在理工科许多专业中的重要性和教学中存在的问题入手，探讨了机械制图、CAD两门课程进行有机结合的教学改革。实践证明，把CAD融入机械制图的教学改革中，更有利于调动学生的学习积极性，提高学习效率，可更好地提高学生的空间想象力、绘图和读图能力以及知识的综合运用能力，达到较好的教学效果。机械制图与CAD课程建设和教学改革是一项应该长期坚持并且不断完善的系统工程。重视和重新认识机械制图与CAD课程建设和教学改革工作是许多高等院校期待解决的问题。

关键词：机械制图；CAD；整合；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）47-0097-02

一、引言

机械制图是一门最早形成的自然学科之一，作为大多数工科类专业的必设基础课，是工程界的共同语言[1，2]。机械制图的主要内容包括《机械制图》国家标准的一些规定，基于正投影方法为基础，研究点、线、面的投影，基本体、组合体、机件形状的常用表达方法和零件图画法等。课程学习的目的和任务是：掌握三维立体和平面视图之间的投影规律，培养空间想象和空间分析能力，正确使用尺规绘图工具和仪器绘制机械图样[3]。

CAD是美国Autodesk公司开发的一种计算机辅助设计软件。AutoCAD软件实际上是一种新的绘图工具，广泛应用于各类工程领域的设计绘图软件，是工程技术人员需要掌握的主要设计绘图工具，也是当前我国许多高等院校相关专业的学生必须学习的一门课程[4，5]。CAD课程的主要内容包括图层设置和管理、绘图命令和文本注释、图形编辑、尺寸标注、图块的创建和使用、三维实体模型构建等。通过对CAD绘图软件的学习，能进一步开发学生空间想象的能力，使其掌握计算机绘图方法，具有计算机绘图的能力。课程学习的目的和任务是：使作为初学者的学生尽可能快地理解、掌握CAD的基本绘图方法和技术，掌握二维图形绘制、三维图形模型建立，培养学生较强的实践动手能力和数字化绘图能力。

二、机械制图与AutoCAD的关系

CAD实际上是一种新的绘图工具：显示器看作绘图图板和图纸，鼠标和键盘看作是铅笔、圆规和直尺。CAD的出现，极大地提高了绘图效率和质量。一方面，许多手工不能绘制的机械图样，CAD绘图软件可以准确地绘制出来，如三维图形的绘制。另一方面，CAD在图纸的重复利用，图形文件的编辑、保存和管理等方面，体现出手工绘图无可比拟的优越性。

很多人认为，CAD课程可以完全替代机械制图，这显然是认识上的误区。计算机绘图虽然取代了手工绘图，但它并没有取代机械制图理论、有关国家标准的一些规定和规范。在机械制图教学中引入CAD辅助软件，并不是来代替人的思维，而是利用计算机代替手工图板，大大缩短手工绘图占用的大量时间，提高绘图的质量与效率，教师可以利用二维和三维图形的转换，让学生更好地掌握机械制图理论，提高空间想象和分析能力。如果片面强调CAD相关命令的学习方法，完全脱离机械制图理论，结果是学生熟练掌握平面图形绘制，而机械图样不能较好地表达。总而言之，机械制图是CAD软件绘图的基础。CAD软件绘图不能脱离机械制图的学习而独立进行，必须在全面掌握制图的基本理论、投影规律、表达方法和国家标准规定基础上，才能应用CAD软件画出符合要求的机械图样。

综上所述，机械制图和CAD是相辅相成、缺一不可的，分析和了解它们之间的关系，可以更有效地整合两门课程，提高教学效果。

三、机械制图与AutoCAD课程改革的措施

根据通常的教学进度安排，学生是在学完机械制图课程之后再进行CAD软件绘图，两门课程要分跨两个学期，在讲授CAD课程时往往需要对已经讲授的机械制图基本知识和标准规范等内容进行复述。将机械制图和CAD这两门课程“二合一”整合后，课程内容紧凑，减少了教学学时，明显提高了教学的效果和质量。同时，利用CAD三维构图既提高了学生的学习兴趣和培养了学生的空间想象能力，又增加了机械制图课程的直观教学手段。

1.整合机械制图与CAD课程的教学内容设计及要求。两门课程的整合要求在课程内容上不能混淆，必须做到主线明确、内容统一和相辅相成。课程主要以机械制图为“二合一”内容主线内容，计算机绘图教学要穿插在机械制图课程中，达到相辅相助的效果，帮助学生更好地理解机械制图三维立体和二维图形之间的投影规律。

CAD作为当前最流行的计算机辅助绘图软件之一，包含许多模块，功能强大。考虑到“二合一”整合是以课程机械制图为主线内容，故CAD内容应以机械制造加工的二维绘制为主，适当讲授三维立体图形绘制。通过CAD软件应用的三维图形绘制可有效地幫助学生学习机械制图，提供学生三维视觉表象，帮助学生尽快建立空间图形构建能力。课程内容上可准备大量三维图形素材作为教学的直观手段。为此，“二合一”整合后，计算机辅助软件应选应用广泛、二维制图易学并兼有三维绘图功能的CAD计算机绘图软件。

2.对“二合一”教学实践的探索。在熟悉了机械制图和CAD两门课的相互关系后，我们需要在教学上将两者有机地结合在一起，把CAD融入机械制图的各个教学环节中。通过调整一些不必要或重复的教学内容，使它们教学内容相互围绕、相互渗透、循序渐进、紧密结合。“二合一”教学可以从以下几个关键点入手：（1）利用CAD三维建模辅助教学。“二合一”整合的核心是：培养学生空间想象和分析能力，完成从平面到立体，从二维到三维的思维转化。首先，应该从机械制图基础做起，让学生充分掌握平面体如棱柱、棱锥等和回转体如圆柱、圆锥、圆球等的投影规律，从而让学生对三维的世界有一个初步的认识，为以后的复杂图形学习提供条件。

对于平面体和基本体被平面切割后得到的截切体，组合体三视图的绘制及识读是机械制图课程的一个难点问题。通过CAD软件建立三维模型，在绘制截切体和组合体三视图时，先展示三维模型，在用线面和形体分析法进行分析，使三维模型和截切体及组合体三视图得到一一对照，这样反复训练和理解，学生的空间想象能力得到充分释放和大幅度提高。（2）利用CAD三维建模分析机件常用的表达方法和零件图。当机件的形状和结构比较复杂时，用三视图很难把它们的内外形状准确、完整、清晰地表达出来，机械制图介绍了一些机件的常用表达方法，如视图、剖视图、局部放大图等。以剖视图教学为例，按照剖切面不同程度地剖开机件的情况，剖视图分为全剖视图、半剖视图和局部剖视图。在授课时，教师应提前在CAD中建立三维模型，通过对三维模型进行剖切，绘制剖视图。剖视图将机件剖开，使得内部原本不可见的孔、槽可见了，虚线变成了可见线。由此解决了内部虚线问题。综上所述，CAD三维模型构建让学生更直观地观察模型的内部结构，加深了学生对图形的理解。

在教学过程中，零件图和装配图是机械制图上的难点。传统的教学是由装配图想象装配体，由零件图想象若干零件，这对学生来说难度很大，学习效果很差。面对这样的问题，CAD三维建模成为广大师生的首选。通过CAD建立三维模型，直观展示装配体中各零件之间的装配关系、传动路线和主要零件的结构形状，有助于学生进一步了解装配体的工作原理，降低了学习的难度，激起了学生的学习兴趣。

参考文献：

[1]王艳，刘冬芳.机械制图教学的几点思考[J].科技创新导报，2016，13（6）：143-143.

[2]张洁.关于机械制图课堂练习设计的思考[J].职业，2017，（4）：83.

[3]王可.Auto CAD软件在设计类课程中的教学经验浅析——以包装艺术设计专业为例[J].青年时代，2017，（3）：161-161.

[4]李志香.计算机绘图课程移动学习资源的设计与实践[J].图学学报，2017，38（1）：132-136.

[5]孙路.浅谈机械制图与CAD教学的整合[J].当代教研论丛，2016，（7）：127.