“工程制图”课程与“CAD技术”课程融合研究

李杞超，张洪军

（岭南师范学院，广东 湛江 524048）

“工程制图”是高等院校工科类专业必修的一门基础课程，旨在培养学生绘制工程图样和分析工程图样的水平，掌握工程图样读图与绘图技术，提高学生空间形象思维能力、机构搭建创新能力以及外观包装审美能力等，为学生将来的专业课程学习与技能的广泛应用奠定基础[1]。工程制图以现代工程应用为背景，培养学生从基础理论研究走向实际工程应用，是工程应用技术的启蒙，其自身特点具有一定的抽象性和复杂性，制约着学生对其学习理解与应用，导致讲解难度大、学习效率低[2]。因此，根据“工程制图”课程学习重要性和自身特点，结合当前“新工科”与“双一流”学科建设背景，为培养科技前沿的复合型人才，“工程制图”课程教学需要革新。近年来，中国科学技术迅猛发展，机械创新设计已走向世界前位，其中CAD技术起到了至关重要的作用。CAD技术在中国的发展与应用越来越成熟，被广泛运用到机械生产领域中，与“工程制图”课程有着紧密的联系。“工程制图”课程教学的目标与重点已经从先前的读图与绘图逐步转为CAD二维绘制和三维建模设计，机械零件的二维绘制和三维造型也已经成为图学课程教学体系中的重要组成部分。因此，革新“工程制图”课程内容，融合CAD二维图形绘制和三维建模设计，建设具有形象化、三维实体化的制图知识与CAD技术应用相结合的高容量图学课程内容，提高教学效率，促进学生学习兴趣和创新思维活力，培养学生专业技术及相关应用能力，提高专业技术人才培养质量，储备机械工程行业技术型人才，具有重要意义[3-4]。

一、图学课程教学中的问题分析

图学课程主要包括工程制图与计算机绘图，其中工程制图包含画法几何部分与专业制图部分，按专业可分为机械类和非机械类，计算机绘图可分为二维绘图和三维建模设计。目前，众多院校的“工程制图”“计算机二维绘图”及“三维建模设计”属于独立完整的3门课程，多处于分学期独立式教学，缺乏课程间教学时间紧密衔接性和知识体系密切关联性的融合。在“新工科”和“双一流”学科建设背景下，“工程制图”课程学时量不断缩减，而课程包含的画法几何与专业制图两部分基本理论知识却不能随意删减，否则不仅无法构成课程本身完整体系，更会影响相关专业课程系统的学习，由此引发了教师理论内容讲授多、速度快，学生实践练习少、学习难度大、效果差等问题。虽然有些高校对此课程培养计划有所调整，将工程制图与CAD二维绘图化为1门课程，相关研究者也出版了一些教材，但内容的融合多为简单的叠加组合，基本是以工程制图较多学时在前讲授，CAD二维制图少量学时在后讲授，继续沿用原来的教材叠加组合和教学体系，缺少将CAD绘图融入工程制图各章节，导致二者形合意不合，仍处于分离状态，而且随着三维建模设计的快速发展与应用，也已将其设为单独1门专业绘图设计课程。对于这3部分知识，大部分院校是分布在3个学期陆续完成教学，课程总学时量占比不少，但实际教学中，由于它们相对独立，缺少知识点间的紧密融合，存在知识点交叉重复讲解，导致教学课时紧张，效果欠佳。

二、“工程制图”课程与“CAD绘图”课程内容融合意义

为适应“新工科”与“双一流”建设人才培养的“产业需求导向，跨界交叉融合，支撑引领行业”的要求，解决目前教学中存在的问题，提出工程制图与CAD绘图内容融合[5]。“工程制图”课程主要包含绘图基本知识、投影基本理论、图样表达、零件图以及装配图等内容。在教学过程中，教师多侧重于投影基本理论，所用课时较多，接近总课时的一半，但教学的效果并不理想，学生对部分知识的理解需要具备较好的空间想象能力。而在“工程制图”初期教学过程中，学生的空间想象力及逻辑思维能力水平不同，且尚未形成系统的工程制图学习框架，对有些复杂的形体内容缺少感性认知。虽然可以通过现代教学手段PPT，将平面与实体相交部分清晰展示，但仍是处于某一个角度的图片形式，缺乏实体图的动态旋转任意角度观察。随着计算机绘图技术的快速发展，CAD二维绘图和三维建模软件已应用到设计和制造中。通过利用计算机绘图建模软件展示三维形体，不仅柔化了课程教学内容的隐深度，亦能结合实体模型进行教学，逐步培养学生制图、识图的相关能力，进而通过CAD内容知识讲解弱化工程制图的部分内容讲授。由此，知识的与时俱进，内容的融合是必然趋势。结合工程制图、AutoCAD二维工程图以及SolidWorks三维建模设计软件各知识点的相关性和相辅性，归纳和总结知识框架，突出机械制图教学中的重点内容，将3门课程内容融合教学，不仅有助于“工程制图”课程的基本理论知识和机械制图知识的学习，还能熟悉AutoCAD二维绘制工程图和SolidWorks三维建模设计软件操作，提高学生对机械图信息的理解和分析能力，强化对二维转化三维、三维转化二维的理解能力，培养学生创新能力和空间思维想象能力[6-7]。“工程制图”教学内容虽然具有一定的复杂性和抽象性，但通过CAD技术融合在工程制图教学内容中，有效协助教师在理论正推及问题分析过程中实现详尽、形象的实例展现，不但能够激发学生的学习积极性，而且还能节约大量学时，对提高机械制图教学效率和水平具有积极作用。

三、工程制图与CAD技术内容融合与教学方式

工程制图和CAD技术密切关联，完整系统地融合将是一个发展趋势。工程制图和CAD技术融合的根基是内容的融合，可将知识碎片化，将关联的知识融为一体，改变简单的叠加式堆合，形成一门融工程制图与二维及三维绘图于一体化的新课程，同时调整教学方式，配置适宜新课程内容的教学方式，达到充分利用资源，节约时空，有效提高教学效率和质量，提升学生兴趣与积极性。

（一）画法几何与CAD绘图知识的融合

1.画法几何基本知识与CAD二维绘图知识的融合。教师在讲解工程制图基本知识时，可将AutoCAD软件中的图层管理部分和平面绘制命令融在一起讲解。首先在AutoCAD软件中讲解各种线形设置方法，设置完成后讲解直线、圆等基本绘图命令，在绘图显示区绘制包含多种线形表达的图形，利用此图形讲解各类线形表达的意义，这样既有助于学生对线形的理解，同时又可使其学会AutoCAD中图层管理与基本绘图命令。图形要涉及尺寸标注，由此引出AutoCAD软件中注释部分。讲解尺寸标准内容以及注释内容相关设置，完成后对图形进行标注，标注过程中讲解尺寸标注的意义和方法，完成工程制图中的尺寸标注基本知识讲授要求。

2.画法几何投影理论知识与CAD二维及三维绘图知识的融合。针对点线面的投影部分，结合AutoCAD软件进行讲授更易理解。首先教师在AutoCAD绘图显示区确定图纸，在图纸内确定三视图的布局定位，再进行点线面的三视投影，以及线面相对投影面和线面之间的位置关系投影，掌握点线面投影基本理论。针对体的投影，可结合AutoCAD二维绘图和三维建模软件来讲授。学生在学懂AutoCAD二维绘图基本绘图操作的基础上，教师可进行SolidWorks的草图绘制讲解，二者均为平面绘图，属异曲同工，容易学习与理解，之后讲解实体建模中拉伸旋转部分，形成基本几何体，继续讲解SolidWorks工程图部分中投影操作，由此讲授工程制图中体的投影知识，这样有助于对体的投影理解，特别是在学习截交线和相贯线部分，利用SolidWorks软件进行实体建模，在生成相交实体时，自然得到截交线和相贯线，通过任意旋转相交体，可多角度观察截交线和相贯线形状，再进行工程制图中的截交线和相贯线部分知识的具体投影方法讲授。通过先观察到认知，再细节到深知的学习过程，让学生对学习图学课程更直观易理解，同时对SolidWorks软件产生浓厚兴趣，促进其自发性学习，提高他们的学习主动性和积极性。

3.画法几何组合体视图与CAD二维及三维绘图知识融合。在组合体视图教学中，已知两视图补画第三视图及形体构思是重要内容，也是教学中的重点与难点，空间思维想象能力稍弱的学生，对组合体视图和形体构思很难进行深入思考，补画第三视图和构思形体比较困难，因此教师在教学过程中可融合CAD技术展开教学，渗透三维建模设计，并让学生绘制基本体的叠加或切割形成的组合体，准确地掌握组合体的特征。根据已知视图，利用SolidWorks三维设计软件将二维图进行相应实体建模操作，轻松构建组合体的三维实体模型，再将三维实体模型转换为二维工程图，结合已知的视图进行核对，确定一致后，完成第三视图。如果核对不一致，需要再次对零件图的三维模型进行修改，直到求出正确的第三视图为准。

（二）机械制图与CAD绘图知识的融合

1.标准件和常用件与CAD二维及三维绘图知识的融合。教师在讲授机械制图课程中标准件和常用件章节时，可与SolidWorks软件的零件库知识融合一起，不仅可使学生学习起来更加直观，还可使其充分认知标准件和常用件的类型，掌握零件的结构和绘制要求，同时，教师可让学生学习SolidWorks软件中将零件库中的相应零件插入绘图区的操作方法，并结合AutoCAD二维绘图知识，讲解简化绘制标准件和常用件的画法，由此完成标准件和常用件的二维绘图方法与三维建模方法。

2.零件图与CAD二维及三维绘图知识的融合。教师在讲授机械制图课程中零件图章节时，对零件的分类与结构进行讲解，可利用SolidWorks软件对各类零件进行三维建模，使学生加深对零件结构的理解，教师在建模过程中继续讲解软件中扫描、放样等实体建模特征和孔、圆角等一系列的编辑修饰特征，使学生对各类零件进行完整的建模，并充分学习零件的结构，完成对零件图的学习和软件中零件实体建模所有特征的学习。与此同时，教师在讲授AutoCAD绘制零件图的方法时，如涉及到尺寸标注和技术要求的注释方法，要使学生理解好它们在零件图中的作用和标注要求，绘制标准的零件工程图，促进三维实体建模所生成的工程图后，能够按工程图要求标准进行相应修正，最终完成零件图的标准绘图与三维设计。

3.装配图与CAD二维及三维绘图知识的融合。教师在讲授机械制图课程中装配图章节时，可渗透Auto-CAD和SolidWorks软件装配图绘制方法。AutoCAD二维装配图的绘制方法与上述零件图二维绘制方法基本相同，可进一步融入到装配图的基本知识和技术要求讲解中，同时通过SolidWorks自下而上的方法将事先建模好的零件进行装配，模拟实际组装，建立完整的装配实体模型，让学生清楚学习装配过程。装配中利用SolidWorks进行体积干涉检查和动态碰撞干涉检查，检验设计与装配的合理性，既可以掌握SolidWorks装配实体部分知识，又可以加深对装配图基本知识和技术要求的理解。装配完成后为能够清楚展示内部零件形体，可通过爆炸图对零件形体进行充分展示。如果需要生成工程图，按照各类机器的工程装配图表达标准，生成相应的视图清晰表达，并对其进行调整与修正，亦可导入AutoCAD完成修正，形成标准的装配图。

（三）课程融合后的教学方式

工程制图与AutoCAD及SolidWorks软件课程内容完全融合一体，构成一门新课程，必然需要与之适宜的教学方式，仅是PPT与黑板授课方式不能适应融合后的新课程。依据课程融合的内容、信息技术的发展以及学习方式多元化、专业化的需求，结合课程内容融合后的二维与三维绘图的实操与形体特征直观形象的展现的特点，以及激发学生学习绘图软件的兴趣，授课教室既可选择在配有投影的计算机实验室进行，也可根据学生配置笔记本情况，选择多媒体教室进行授课，确保每位学生一台计算机。课堂上教师讲授基本知识过程中，学生应认真听讲，讲授后，教师须预留时间，让学生自行实操及知识理解，其间教师可对个别学生的疑惑进行单一的解答辅导，讲解与学习灵活多样、轻松高效。课程不再区分理论课和实验课，理论与实操直接结合，一次课程可包含若干次讲授与实操，直接做到边讲边学边练，带动学生进行思考和想象，学生既能学到制图基本知识，亦能学到软件操作方法，还能提高设计技能。课上也可选择线上教学和线上线下混合教学方式来完成教学内容[8]。课下学生可通过熟悉练习软件过程，继续加深对工程制图基本知识的理解，转变仅靠枯燥无趣的读教材学习方式。教学方式的革新，不仅带来了时间上的节约灵活利用，还带来了空间上的节约充分利用，是课程融合教学发展优选模式。

四、结语

CAD技术的应用越来越广泛，尤其在现代机械生产领域中，已经成为重要组成部分。为了有效提高CAD技术与工程制图教学效率与效果，强化学生对CAD技术熟练程度及工程制图相关知识的理解，本文结合现代科学技术发展形势及市场需求，培养机械生产领域的高端专业人才，提出将AutoCAD二维绘图与Solid-Works三维机械模型设计软件课程内容紧密融入“工程制图”课程内容中，构成完整的一门课程，既丰富了“工程制图”课程内容，又使教学资源得到充分优化利用，有效节约时空，同时还提高了课堂教学效率和教学质量，有利于激发学生的学习兴趣和动力，促进学生空间想象能力和空间分析能力。通过教学内容融合及教学方式的改革，有效地改变了传统的教学方法，有利于学生对知识更加直观与深入地学习，为后续相关专业课程的学习奠定良好基础，为现代机械生产领域储备大量专业人才。