基于“课堂教学—虚拟仿真—工程实践”的工程制图及CAD课程的教学改革

杨亮亮

盐城师范学院新能源与电子工程学院 江苏盐城 224007

无论是机器的设计、制造、装配、维修，还是电气、机电、化工、航空航天、土木建筑等工程的设计与施工，都必须依赖工程图样才能进行[1]。工程制图及CAD课程是一门学习如何绘图和阅读工程图样的课程。工程制图及CAD是工科学生最早接触的专业技术基础课程，该课程的内容几乎覆盖与工程相关的各个专业主要课程的内容，也是学生最早接触涉及机械零件的课程。该课程主要是培养学生绘图能力、空间想象能力和计算机绘图能力等，这些能力都是现代设计中不可缺少的，也是其他课程无法替代的。

工程制图及CAD课程包括理论教学和实验教学两部分，存在学时少、知识点多、理论实践结合不好等问题。伴随着高等教育教学改革的不断深入，以及素质化教育和卓越工程师培养的提出，工程制图及CAD课程在课程体系、教学内容、教学手段和方法等方面都发生了一定的变化[2-5]。针对不同专业构建基于“课堂教学—虚拟仿真—工程实践”的工程制图及CAD课程的教学改革，取得了更好的教学效果。

1 工程制图及CAD课程的特点

工程制图及CAD课程有其自身的特点，这些特点既可能是教好、学好这门课程的优势，也可能是劣势。

1.1 课程的特点

工程制图课是一门形象思维很强的课程，是将三维实体转化为二维图形，由二维图形再转化为三维实体的过程。要不断地由物画图、再由图想物才能培养和形成学生的形象思维能力及空间想象能力。工程制图对学生来说是一门全新的课程，学生的制图基础个体差异很大。但由于学生有初高中立体几何的基础知识，教师在课上多采用几何实物进行讲解，让学生对几何画图、基本体等有直观认识，可以让学生更好地掌握投影法、截交线和相贯线等画法，进而熟悉组合体的三视图画法和尺寸标注、机件的多种表达方法等。

1.2 课程的开设特点

目前多数的理工科专业和理工科高校都在大学一年级开设工程制图及CAD课程。一年级的学生不具备工程制图及CAD课程所需的前期知识，如工程实践、工程意识、零部件设计及加工等理论知识和实践能力。这使得学生在学习中无法分辨本课程的特点，对课程不重视，将本课程的学习作为次于高等数学、大学物理等低一级别的课程对待。这会大大影响学生的学习效果。

1.3 课程教学改革的紧迫性

从课程内容上讲，工程制图及CAD课程存在学时少、知识点多的问题。学生在课上基本没有时间画图，所有的习题和作业基本都是在课后完成，无形中增加了学生的学习负担。从教学形式上讲，传统教学往往过于重视基本理论知识的讲解，许多学生甚至于不知道所画零件图的实际用途，对课程的实际应用认识不清，不利于学生工程实践能力的提高。

传统实践教学环节过于单一，虚拟仿真实验主要是利用AutoCAD软件“按部就班”地绘制一些简单的二维零件图和三维立体图形等，缺乏设计性实验，不利于培养学生读图、自主分析以及画图等综合能力。所以，对于工程制图及CAD课程的教学改革，必须结合理论教学、仿真实验和工程实践应用等多方面，才能更加有效地提高学生的实际绘图能力和培养学生严谨细致的工作作风。

2 工程制图及CAD课程的教学改革

工程制图及CAD课程是将理论知识、工程实践、虚拟仿真绘图能力等多方面相结合的综合型基础课程。结合我校的实际情况，构建了基于“课堂教学—虚拟仿真—工程实践”的工程制图及CAD课程的教学改革。

2.1 画图思维模式的养成

为了保证画图的准确性和效率，利用AutoCAD仿真软件进行绘图时要遵循一定的画图步骤。对于给定的零件图或零件，首先读图，解读图形的信息，如结构形式、尺寸基准、比例、尺寸大小等；然后进行设计，选择合适的主视图，兼顾其他视图；或选择合适的轴测图，如正等轴测图与斜二等轴测图；或设计合适的三维立体图的画图顺序；最后，实际绘制平面图形，或轴测图或三维立体图形，要注意各个基本体之前的位置关系。通过这样的“读图→设计→实施” 三步走实现虚拟仿真实验图形的绘制，才能更好地绘图。

2.2 课堂教学的改革

课堂教学方面注重理论知识讲解的同时，更加要注重培养学生的实际绘图能力，树立以“学生为中心，教师做引导”的教学理念。教师不能过多地依靠PPT讲解，如果学生单纯地听课件，就会觉得乏味，课上注意力不集中，不得要领。教师不能所有专业都采用统一的课件，应针对不同专业，在实践应用举例、绘图举例等方面有所变化。针对电子信息工程、电气工程及自动化和新能源科学与工程等不同专业，将工程实践应用的零件图、装配图与新颖的课程设计、毕业设计等课题适当地引入到理论教学和虚拟仿真实验中，让学生带着兴趣积极地学习、探索和解决问题，掌握手工绘图的方法，并理解国标的一些规定，进一步提高学生的绘图能力，培养学生理论与实践相结合的学习方式。

2.3 虚拟仿真的教学改革

以课堂教学为基础，利用上机实验进行虚拟仿真设计，绘制零件图、装配图、三维立体图等，可以进一步促进学生对理论知识的理解和对AutoCAD软件的熟练掌握。对于CAD软件中各种直线型、圆弧形等平面图形的绘制、编辑修改等操作学生可以较容易地掌握，但是综合运用时一些学生往往不知所措，使用不够灵活。所以，在绘图练习时，应该加入一些综合性的零件图，比如工厂中用到的轴承座、支撑板等结构。应加大传统CAD上机实验对于三维绘图部分的学时分配。利用不同三维视图角度的选取和三维旋转等操作，可以把图形由“静”变为“动”。三维立体图形的绘制能够更好地锻炼学生的空间想象能力和自主解决问题的能力，同时，也为日后学生学习其他绘图软件奠定了基础。

利用AutoCAD仿真软件进行绘图时要注意使用案例法。例如针对电子信息工程专业，可以实际的驱动电路设计、机械手设计等设计性实验为案例，让学生自主设计，提高学生的思维能力和实践能力，也很好地锻炼了学生的创新能力与工程应用能力。

3 结语

在工程制图及CAD的理论课堂教学环节中，适当地引入工程实践应用的零件图、装配图与毕业设计课题等，能够培养学生的学习兴趣，明确学习目的。在工程制图及CAD的实验教学环节中，加强三维立体图绘制的练习，培养学生的空间想象和思维能力，锻炼学生的实践动手能力和CAD绘图能力。工程制图及CAD课程应做到课堂教学、虚拟仿真和工程实践三方面的有机结合，三者相互促进以实现更好的教学效果。