沈陽化工學(xué)院 秦 然 張 平 孟慶堯

機(jī)械制圖課程“雙向一體化教學(xué)模式”的研究

沈陽化工學(xué)院 秦 然 張 平 孟慶堯

改革現(xiàn)有的《機(jī)械制圖》課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式，把《機(jī)械制圖》課程和《計(jì)算機(jī)繪圖》課程所采用傳統(tǒng)的分別授課模式改革成為“雙向一體化教學(xué)模式”，把《機(jī)械制圖》和《計(jì)算機(jī)繪圖》兩門課程有機(jī)結(jié)合在一起，同時講授，并在內(nèi)容上使兩部分相輔相成。使學(xué)生不僅具有繪制和識讀二維機(jī)械圖樣的能力，同時還具有設(shè)計(jì)所需的三維實(shí)體造型能力和將三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)所需的二維機(jī)械圖樣的能力，以此提高制圖課程教學(xué)效果和適應(yīng)現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)、制造一體化的需要。

機(jī)械制圖。雙向一體化。教學(xué)模式。CAD

《機(jī)械制圖》課程是工科院校機(jī)械類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程之一。一直以來，《機(jī)械制圖》課程的教學(xué)模式采用傳統(tǒng)的前蘇聯(lián)模式，寬裕的學(xué)時，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)環(huán)節(jié)，造就了一大批具有較高投影能力和繪圖技能的工程技術(shù)人才[1]。自20世紀(jì)80年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前制圖課程已經(jīng)形成由“畫法幾何”、“機(jī)械制圖”、“計(jì)算機(jī)繪圖”等課程組成的課程體系?，F(xiàn)今，電子技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，特別是數(shù)字信息技術(shù)飛速發(fā)展，使現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)手段都發(fā)生了很大變化，工程圖紙作為工程界交流的語言，已經(jīng)受到“電子化、數(shù)字化”的巨大沖擊，以培養(yǎng)圖紙制圖能力的制圖課程教學(xué)體系急需進(jìn)行深化改革。

一、《機(jī)械制圖》課程教學(xué)的現(xiàn)狀與分析

《機(jī)械制圖》課程教學(xué)的理論是利用投影手段把研究對象在二維與三維之間相互轉(zhuǎn)換，傳統(tǒng)教學(xué)模式以畫法幾何、圖解法等二維方法為基礎(chǔ)解決三維問題，工程圖紙是交流的媒介。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了CAD技術(shù)，于是計(jì)算機(jī)繪圖代替手工繪圖，而且表現(xiàn)出很多優(yōu)點(diǎn)，如交互性、精確性、速度、整潔易讀、統(tǒng)一性等[2]。大多數(shù)院校的教學(xué)思路發(fā)展成為用傳統(tǒng)方法完成制圖課程教學(xué)后，再花費(fèi)一些學(xué)時學(xué)習(xí)類似AutoCAD的繪圖軟件的使用，將兩者簡單疊加，而且一些院校只學(xué)習(xí)二維繪圖部分，將三維部分作為選學(xué)或不學(xué)，使CAD成為計(jì)算機(jī)輔助繪圖（Computer Aided Drawing），這并沒有充分發(fā)揮CAD軟件的應(yīng)有作用。而近些時間里，三維CAD軟件飛速發(fā)展與更新，為工程設(shè)計(jì)帶來革命性的變革，如UG、Pro/E、SolidWorks、CATIA、AutoCAD等，設(shè)計(jì)過程變?yōu)橄冉⑷S虛擬實(shí)體，再投影、編輯成二維工程圖紙，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與繪圖大不一樣，使CAD真正成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design）。目前一些院校已經(jīng)開設(shè)了三維CAD課程，但也只能停留于講解軟件的使用上，即增加一門三維CAD課程。

傳統(tǒng)的機(jī)械制圖與機(jī)械設(shè)計(jì)方式在新形勢下已經(jīng)顯現(xiàn)出不適應(yīng)的一面，低效的手工繪圖方式滿足不了工業(yè)生產(chǎn)高速發(fā)展的需要，手工繪圖已基本被計(jì)算機(jī)繪圖取代；機(jī)械產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化設(shè)計(jì)、分析、管理和生產(chǎn)時代，相應(yīng)的《機(jī)械制圖》課程教學(xué)改革勢在必行。一些院校的方法是放棄投影法的基本部分教學(xué)，如點(diǎn)、線、面部分，直接講解立體，增加CAD繪圖部分教學(xué)時間，這樣的做法缺乏循序漸進(jìn)的整體性，學(xué)生增加的還是計(jì)算機(jī)繪圖的能力?！稒C(jī)械制圖》課程是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的工具課，是以后專業(yè)課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，而很多學(xué)生對《機(jī)械制圖》課程的學(xué)習(xí)僅僅停留在本門課程上，并沒有通過《機(jī)械制圖》課程的學(xué)習(xí)打好機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)高校制圖課程教學(xué)模式改革的大部分觀點(diǎn)是提出從三維到二維與傳統(tǒng)逆向的教學(xué)模式，這種改革的思維方法完全從現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，尤其對具備三維設(shè)計(jì)和數(shù)控加工技術(shù)的高新技術(shù)企業(yè)比較適合，同時也是機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展方向。但是，這種教學(xué)方法完全放棄二維投影基本理論，忽略了二維圖形的作用，而二維圖形比三維實(shí)體更易于表現(xiàn)細(xì)節(jié)和各種標(biāo)注，易于指導(dǎo)生產(chǎn)，有其不可代替的作用，二維圖形用在含尺寸標(biāo)注、表面粗糙度、公差與配合等技術(shù)要求的生產(chǎn)圖形上顯示出明顯優(yōu)勢[3]；另外，我國的絕大部分企業(yè)只在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)與分析環(huán)節(jié)具備采用三維技術(shù)的能力，而最終的產(chǎn)品生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)還是要采用二維圖紙進(jìn)行生產(chǎn)（考慮現(xiàn)有技術(shù)能力以及生產(chǎn)成本）[4]。一定時期內(nèi)，二維圖形不能被完全摒棄，即《機(jī)械制圖》課程不能被完全拋棄。

針對上述《機(jī)械制圖》課程教學(xué)的現(xiàn)狀與分析，改革現(xiàn)有的教學(xué)模式，在教學(xué)中做到制圖基礎(chǔ)與實(shí)體構(gòu)型相結(jié)合，二維投影與三維實(shí)體相結(jié)合，計(jì)算機(jī)繪圖能力培養(yǎng)與三維實(shí)體造型能力培養(yǎng)相結(jié)合，結(jié)合我國工程實(shí)際情況和發(fā)展方向，提出機(jī)械制圖課程“雙向一體化教學(xué)模式”。

二、機(jī)械制圖課程“雙向一體化教學(xué)模式”的涵義和指導(dǎo)思想

利用CAD二維繪圖技術(shù)及CAD軟件的三維建模和編輯功能，比較《機(jī)械制圖》課程的內(nèi)容，把《機(jī)械制圖》和《計(jì)算機(jī)繪圖》課程有機(jī)結(jié)合在一起，同時講授。《機(jī)械制圖》課程按照從二維到三維的方向講授，而《計(jì)算機(jī)繪圖》課程按照從三維到二維的方向輔助學(xué)習(xí)，兩門課程在內(nèi)容上相輔相成，讓學(xué)生掌握二維圖形與三維實(shí)體的對應(yīng)關(guān)系，把這種教學(xué)方法，稱之為機(jī)械制圖課程“雙向一體化教學(xué)模式”。

“雙向一體化模式”的指導(dǎo)思想是從兩個方向入手進(jìn)行教學(xué)，使二維投影與三維實(shí)體之間建立緊密聯(lián)系，使學(xué)生不僅具有繪制和識讀二維機(jī)械圖樣的能力，還應(yīng)使學(xué)生具有現(xiàn)代設(shè)計(jì)所需的三維實(shí)體造型能力和將三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)所需的機(jī)械圖樣的能力，以此為核心完成機(jī)械制圖課程的教學(xué)。這種教學(xué)模式勢必會提高制圖課程教學(xué)效果和適應(yīng)現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)、制造一體化的需要。

三、機(jī)械制圖課程“雙向一體化教學(xué)模式”的基本內(nèi)容、步驟和關(guān)鍵問題

機(jī)械制圖課程“雙向一體化教學(xué)模式”的基本內(nèi)容是一體化整合《機(jī)械制圖》和《計(jì)算機(jī)繪圖》課程的教學(xué)內(nèi)容，但絕不是把兩門課程簡單疊加，而是把兩門課程內(nèi)容調(diào)整并一一對應(yīng)?！队?jì)算機(jī)繪圖》課程可以選擇《Auto CAD》為教學(xué)軟件，因?yàn)樵撥浖司哂休^強(qiáng)的二維繪圖功能外，同時具備一定的三維建模功能。從現(xiàn)實(shí)意義來說《計(jì)算機(jī)繪圖》課程已經(jīng)上升為《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》（Computer Aided Design），是真正意義的CAD。

具體整合的課程內(nèi)容可以分為幾個教學(xué)階段：

（一）基礎(chǔ)知識教學(xué)階段。《機(jī)械制圖》講解投影法基本知識：點(diǎn)、線、面的投影；《Auto CAD》講解CAD軟件的基本操作：平面圖形的繪制、編輯及其技巧。

（二）基本立體和簡單形體教學(xué)階段?！稒C(jī)械制圖》講解基本立體的繪制、截交線和相貫線的畫法及簡單形體的投影；《Auto CAD》學(xué)習(xí)三維建模的基本方法、基本立體的三維建模、編輯基本立體形成簡單形體。

（三）組合體教學(xué)階段。《機(jī)械制圖》講解組合體的畫圖和讀圖；《Auto CAD》學(xué)習(xí)三維形體的編輯（布爾運(yùn)算及三維編輯技巧），復(fù)雜形體的建模。

（四）機(jī)件表達(dá)方法教學(xué)階段。《機(jī)械制圖》講解機(jī)件表達(dá)的各種畫法：視圖、剖視、斷面以及規(guī)定和簡化畫法；《Auto CAD》學(xué)習(xí)復(fù)雜形體的編輯、三維實(shí)體投影成二維圖形的方法及圖形的編輯。

（五）零件圖教學(xué)階段?！稒C(jī)械制圖》講解零件圖的畫圖、標(biāo)注及讀圖；《Auto CAD》學(xué)習(xí)零件建模方法、生成二維工程圖及尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求標(biāo)注。

（六）裝配圖教學(xué)階段?！稒C(jī)械制圖》講解裝配圖的畫圖、標(biāo)注及讀圖；《Auto CAD》學(xué)習(xí)零件裝配形成裝配體及其編輯、生成二維工程圖及對其標(biāo)注。

在每個教學(xué)階段的實(shí)施過程中，關(guān)鍵問題是注意兩門課程的有機(jī)結(jié)合及相互輔助。可以借助三維虛擬模型幫助理解二維平面圖的意義，借助二維平面圖消化三維立體的投影特性。例如，在學(xué)習(xí)截交線、相貫線時，學(xué)生往往不易建立起空間幾何形體的概念，這時可以借助在《CAD》中學(xué)習(xí)到的三維虛擬實(shí)體及其編輯過程進(jìn)行對比，再去理解二維投影的畫法和空間形狀。再如，講解到零件圖部分時，可以把零件結(jié)構(gòu)的畫法與三維模型的編輯結(jié)合一起，使二維和三維達(dá)成一體化，使學(xué)生深刻理解二維零件圖的同時，也掌握了三維零件立體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和建模方法，可謂一舉兩得。從某種意義上說，可以淡化兩門課程，而理解為“機(jī)械設(shè)計(jì)及制圖”一門課程，這才是“一體化”的意義所在。

四、機(jī)械制圖課程“雙向一體化教學(xué)模式”的具體實(shí)施計(jì)劃和方案

（一）實(shí)施計(jì)劃。制定機(jī)械制圖課程“雙向一體化教學(xué)模式”的教學(xué)大綱，教學(xué)計(jì)劃，選擇參考教材，完成教案；計(jì)劃一學(xué)年內(nèi)分兩學(xué)期完成各階段教學(xué)內(nèi)容。

（二）實(shí)施方案。針對機(jī)械類專業(yè)學(xué)生采用試點(diǎn)班級，制定好新的教學(xué)計(jì)劃，調(diào)整和安排好各部分教學(xué)內(nèi)容，建立三維模型庫和二維圖形庫，制作教學(xué)用CAI課件；配備學(xué)生用微機(jī)實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)用多媒體教室；進(jìn)行課堂教學(xué)和學(xué)生人機(jī)互動實(shí)驗(yàn)，合理的使用多媒體設(shè)備和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，把教師課上教學(xué)演示與學(xué)生自己動手建模和繪圖時間合理分配；讓學(xué)生通過局域網(wǎng)查看模型庫和二維圖形庫，進(jìn)行自學(xué)和對作業(yè)進(jìn)行自我檢查；對照試點(diǎn)班級與傳統(tǒng)教學(xué)班級教學(xué)效果，成功后進(jìn)行全面實(shí)施推廣。

五、結(jié)束語

機(jī)械制圖課程“雙向一體化教學(xué)模式”不但適應(yīng)現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)、制造一體化的時代需要，而且符合我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展?fàn)顩r，必能開辟一種新的教學(xué)模式。三維設(shè)計(jì)是制造業(yè)信息化技術(shù)逐步發(fā)展的必然方向，如何適應(yīng)發(fā)展的需求是高校教育所思考的問題，本文提出的教學(xué)模式是新形勢下對《機(jī)械制圖》課程教學(xué)改革的一種嘗試，須在今后的實(shí)踐中不斷完善，使教學(xué)更生動靈活，讓學(xué)生更容易接受所學(xué)，為其他課程教學(xué)改革提供一定的理論參考。

[1]王宗彥，等.從三維設(shè)計(jì)出發(fā)改革傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)[J].華北工學(xué)院學(xué)報(bào)（社科版），2004，20（2）：70-72

[2]左遠(yuǎn)志，等.基于三維CAD的機(jī)械制圖“3D實(shí)體教學(xué)法”的研究[J].教學(xué)研究，2003，26（2）：145-148

[3]曹恩國.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中機(jī)械制圖的革命[J].甘肅科技，2005，21（12）：54-55

[4]李躍兵.基于三維實(shí)體造型技術(shù)的機(jī)械制圖教學(xué)體系的思考[J].株洲工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，119（6）：110-112

沈陽化工學(xué)院教育教學(xué)研究基金項(xiàng)目（編號：2007B062）

G642

秦然（1970-），男，吉林懷德人，副教授，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方面的研究。