以“三创”型培养目标的机械制图数字化改革与实践

蒙建国，任学平，解文霞，王 斌*

(1.内蒙古科技大学 机械工程学院，内蒙古 包头 014010;2.内蒙古科技大学 生命科学与技术学院，内蒙古 包头 014010)

1 引言

随着科技发展，企业技术的需求、制造技术的发展与机械制图的数字化表达的不断融合发展为高校机械制图的教育提供新思路。从未来的科技格局角度，深刻认识到要实现“中国制造2025”的宏伟目标，就要坚持面向市场、服务发展、促进就业的教学方向，培养创新型技术技能人才。

2 教学改革现状分析

随着课程教学改革程度的重视，一系列相关教学资料库等的建立，如以卓越工程师培养为目标的教育方式[1]，以采用慕课与实践教学相结合的机械制图教学方法[2]和以工程教育为导向的教学方式改革[3]，为学生提供了海量的资源，其教学优势显著。不少高校已经开始基于特征造型与参数化的三维设计绘图教学。童秉枢等[4]将三维CAD引入工程图学教学改革，张京英等[5]针对引入三维CAD不同的教学模式进行对比和论述。在工程制图课程学习阶段，因为三维CAD几何造型的原理与方法同工程制图中组合体的构型原理是一致的，所以三维CAD的介入可以帮助学生很好地实现工程制图学习中“平面-空间-平面”这一思维过程 的转换，有效地培养学生的“图学意识”[6]。由于工程制图属于工科类本科院校的基础课程，不少本科院校还采用着传统的教学方法和教学理念，以传统的教材教学为主，缺乏充分利用现代数字化教学模式和教学手段改善工程图学的教学效果；从教学内容和教学方式角度，也没有充分考虑企业、行业的技术需求，致使学生所学的知识和技能落后于企业不断提高的技术需求，与目前应用型本科教育培养的人才培养目标相去甚远[7]。

3 教学过程中存在的问题

《工程制图与CAD基础》学习主要是工程制图和二维数字化构型，主要为画法几何部分，第一学期学习点线面体以及截交线、相贯线的表达方法、以及轴测图，在此基础上学习组合体，而组合体是对前面学习的总结，对后续课程图样画法的学习打基础，图样画法主要包含视图(表达物体的外形：包括基本视图、局部视图、向视图、斜视图，主要掌握画法和标注)、剖视图(表达物体内形：全剖、半剖、局部剖视图)、断面图(仅表达物体断面情况：移除断面图和重合断面图)、局部放大图和简化画法，然后学习零件图(标准件、常用件和一般零件)和装配图(图样画法表达及零件的读图、画图和特殊表达)。第二学期学习CAD基础，主要是掌握AutoCAD功能的使用和基本操作命令。教学不断在改革，教学资源和学生学习资源都不断在增加，但却发现学生水平并没有想象中的提高明显，对不同年级以及取得各等级成绩的同学进行多次了解后，主要发现以下几点问题：

(1)教学过程中，学生对课程的学习兴趣偏低，部分学生还存在空间想象能力弱，很难进入学习机械制图课程的角色。

(2)学生对本门课程的学习目的不明确，在重负担课程的情况之下学生以成绩通过为主，忽略课程的后续应用和技能的培养，存在应付了之思想，并不具备在之后学习和工作中灵活运用的本领。

(3)教与学环节中，实践训练环节较少，学生对所学知识的消化吸收效果不好, 在未来的就业、工作中错误百出，进入工作岗位时“亡羊补牢”，很难快速在专业领域中独当一面。

4 存在问题的具体分析

从教学角度分析，主要存在以下几个现实教学问题：

(1)教学与企业需求存在脱节现象。教学过程中教材的基础教学内容与目前企业的技术需求和应用存在脱离，教学内容建立在以基础知识的培养上，而学习过程中的实例内容以及所涉及到绘制零件图和装配图部分的实例也无实体或者视图模型，主要面向二维工程图样的读图和制图，学生对图的识别能力减弱，绘图能力降低。但是目前很多机械类领域企业逐步采用全三维无纸化生产[1]。因此，在本科教学阶段，仅从二维工程图样角度培养学生的读图能力和绘图能力，已经无法满足企业的技术需求。

(2)教学手段上缺乏采用形象的案例。目前教学过程中，授课教师主要是以课件中案例的图片形式展现教学案例，并通过投影规则进行授课，无法实现空间的全面表达，学生对案例的学习一知半解，部分立体感弱的学生很难按照空间想象力完成投影三视图的绘制，教学内容的缺乏丰富，导致学生对该课程的学习兴趣下降。

(3)教学过程缺乏实践训练。机械制图课程的教学任务是通过课堂教学环节使学生在课后练习的同时巩固所学知识，从而提高基本作图能力、增强作图技能。机械制图属于公共基础课，课后作业量繁重，导致学生和老师的压力增加，但是单纯从期末考试来看，学习效果的体现并不明显；从毕业设计角度看，绘图能力及规范性并不理想；在就业过程中，不少企业要求专业性强，学生的综合素质弱的特点就凸显出来。另外，所学《CAD基础》课程则是以给定二维图形照图样绘制为主，而由于课时原因对于实物测绘的训练较为缺乏，课堂教学内容无法及时结合学生的实践和动手能力，也体验不到课程学习的目的性和实用性，导致学生对该课程的学习兴趣降低。

(4)教学效果考核体系单一化。目前机械制图的期末考试主要是由两部分组成：一部分为机械制图试卷，主要涉及到的知识点为与投影相关的平面与立体的投影等理论基础知识，而目前多数高校依在采用这种模式考核学生对课程基础知识的掌握程度，该传统方式主要考查学生对基础知识的掌握程度；另一部分为二维草绘图样，要求学生在CAD软件里照图样画出给定题目，主要考核学生对CAD软件的基础应用程度。考试和考核的模式单调，尤其是CAD基础课程的考核，缺乏相关应用能力的检验。综合分析，机械制图的综合考核模式建立在传统考查基础上，并没有充分考虑学生学到的知识在行业领域的应用程度，不能很好地反映学生对该领域相关技术的掌握熟练程度。

5 实施方案

以“三创”(即创新、创业、创造)型培养方式为目标[8]，进一步展开对应用型本科院校学生的培养。创新就是利用现有的教材和教具，在完成基础教学环节后，本着对教材知识的巩固与应用，为满足企业设计需求，而改进或创造新的学习和教学方法，使学生具有强的制图功底和良好的创新和服务意识；创业是针对目前企业及社会需求，致力于培养以创业形式为过程的教学改革，运用知识的融合学习方法，解决实际企业相关需求问题，增强学生创业意识、就业意识；创造指的是学生要将所学的知识与技能，结合日常实践案例训练，产生新的发现问题、解决工程实际问题的能力。通过学习和阅读工程图样，读图和画图，将空间三维用二维工程图样表达清楚，将二维工程图样正确读懂；二维与三维不断转换，巩固绘制工程图样的学习，培养学生空间思维能力，使得学生懂得如何用图样确切地表达结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求，培养学生绘制和阅读工程图样的能力，以及用计算机二维及三维绘图软件完成机械结构构型和表达的能力，学会读图和画图，学习过程可以建立工程概念、培养工程意识和工程素质，同时提高学生学习制图课程的兴趣和爱好，更加有信心探索工程领域里奇妙的世界。

“三创”型教学过程是由教学实践内容与实施、教学效果评价、教学实践体会等多个环节组成。

5.1 教学实践内容选择与实施

“三创”型教学法实施过程前，选择以体现学生综合素质案例来确定教学内容，然后就要具体地实施和完成。结合企业调研和实际案例，将课程内容里面涉及到的实际工程图识读和绘制等知识点内容进行整合。本文将以“机用虎钳”为例(简图如图1所示)，对教学任务的实施过程进行分析。

图1 机用虎钳装配示意图

(1)零部件的工程图样绘制:根据测绘要求和制图规则，测量绘制各零部件(标准件除外，标准件采用查表、手册)，使学生明确零件图中所包含的基本内容、技术要求、图样的基本表示法、并进一步理解如何识读零件图，了解零件的名称、材料，对零件的形状、尺寸和在机器中的作用有一定的初步认识，根据各零部件投影规律，选择合理视图及表达方式，绘制零件图，并标注零件的尺寸，注写技术要求等信息，完成各零部件的测量和绘图任务，得到各零部件二维图样如图2所示。

图2 机用虎钳零部件二维工程图

图样绘制完毕后，进行图样的检查评价，从机械制图角度的规范性、尺寸标注的正确性和过程中的态度等方面进行前期过程评价，评价制图是否合理、准确，并进行比较，总结知识点的应用。

(2)零部件三维建模数字化表达:①本教学任务根据掌握三维建模的基本方法、基本命令(包括：基本特征的定义和绘制、拉伸、旋转、切除、阵列、扫描、放样等操作；添加各种辅助平面和轴线，对特征进行再编辑)，绘制机用虎钳各零部件三维模型，如图3所示。

图3 机用虎钳零部件建模图

②根据建立的零件三维模型并按要求依据装配关系完成各零部件的装配工作，查找装配过程中存在的干涉等问题，完成机用虎钳的装配，如图4所示。做好信息收集记录，并将所涉及到的知识点和技能点进行信息汇总，更明确地了解所掌握理论知识和操作技能的程度。

③装配体模型的二维装配关系数字化表达:根据机用虎钳的装配体模型，将组装的机用虎钳绘制成二维装配图，并采用合理的表达方法进行表达，得到如图5所示工程图。从装配图中了解部件中各零部件的装配关系，分析部件的工作原理以及各部件的结构形状等信息。

图4 机用虎钳装配体图

图5 机用虎钳二维装配图

在实施本项目过程中，教师指导学生明确零件图的基本内容、技术要求、识读方法、绘制方法，指导学生如何操作进行图案填充和图块使用，如何利用倒斜角、倒圆角等CAD的二维编辑功能编辑对象，指导学生正确标注粗糙度、尺寸公差、形位公差等技能。

(3)在教学任务实施过程中，组内成员相互交流合作，教师进行一定的指导，进行教学咨询，保证项目质量。

(4)教学实施环节的计划与决策阶段，创设课题讨论情景，进行小组长负责制的全组成员共同交流，探讨教学任务进行过程中的实施计划、制图步骤方法及过程中的相关决策。组织进行自我评价和组内综合评价，从中选出最佳的教学成果进行展示和组间评价，首先找出问题所在，给出评价结果；然后查找造成评价结果差异的原因，并提出解决问题的方法。在此过程中，教师起到指导作用，对项目进行拓展和延伸，使学生能举一反三，掌握更多的实际操作技能。

5.2 教学效果分析

考核是对学生对知识技能掌握情况的最直观有效的检验方式。为全面考察学生的制图基础以及对先进制图技术的掌握程度，将机械制图的考核方式由传统的试卷考试改为模块化、过程考核方式的考试。考核标准：平时表现：重点考察学生学习态度、学习动机、学习目的，学习过程、自学能力、团队合作能力等，严格制定考核标准，每个模块教学结束后及时公布。项目实施教学过程的考核方式改革主要体现在灵活性和实效性，能综合反映学生的综合学习能力，进一步挖掘和提升学生创新工作能力。

机械制图教学的改革，使学生全面掌握课堂所学的基础理论知识，并且得到很好地应用，能够将机械制图所涉及的知识点融会贯通，从基础理论学习到二维实践练习过渡到三维模型建立，最后反馈相关问题到二维工程，并进行理论知识点的回顾，围绕整个学习过程，组织学生开展讨论，从学习目的以及实施过程中遇到的问题、采取的解决方案等角度进行总结，在全面增强学生绘图技能同时，注重学生能力培养，凸显学生工程创新能力和实践能力等综合素质。

6 结论

基于“三创”型的机械制图教学模式的改革，是建立在传统理论教学基础上，将制图内容全面融合，实现理论、实践相融合的教学方式，做到学生参与项目、体验项目全过程的一种教学模式，让学生在学习过程中能够将所学知识融会贯通，学会对每一个知识点的灵活应用，进一步带动学生积极性，以创新思维提升学生创新学习意识，从而增强学生的职业素质与职业技能、提高学生创造能力和综合职业素质。