高恒星

（江蘇省淮安技師學(xué)院，淮安 223001）

基于數(shù)字化制造的《機(jī)械制圖》教改策略

高恒星

（江蘇省淮安技師學(xué)院，淮安 223001）

在數(shù)字化制造技術(shù)條件下，工程圖樣繪制和識(shí)讀方法發(fā)生了深刻變化，《機(jī)械制圖》課程作為培養(yǎng)學(xué)生繪圖和讀圖能力的核心課程，其教學(xué)方式和培養(yǎng)目標(biāo)也隨之改變。CAD軟件是數(shù)字化制造技術(shù)的核心載體之一，在《機(jī)械制圖》教學(xué)中，以CAD軟件為輔助手段，應(yīng)對(duì)教學(xué)中存在的問題，提高教學(xué)效果。

數(shù)字化制造 職業(yè)教育 機(jī)械制圖 教學(xué)改革

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了《中國(guó)制造2025》，規(guī)劃了未來(lái)10年中國(guó)制造業(yè)從“大國(guó)”走向“強(qiáng)國(guó)”的道路，數(shù)字化制造成為推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。職業(yè)教育擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)技能型人才的重任，其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式必須適應(yīng)制造業(yè)未來(lái)的發(fā)展需要。隨著教育部《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》的出臺(tái)，教育信息化發(fā)展越來(lái)越受到關(guān)注，為教師的教學(xué)方式提供了更多手段。當(dāng)前，隨著職業(yè)學(xué)校教學(xué)條件的不斷改善，教學(xué)場(chǎng)所基本具備多媒體教學(xué)條件，為《機(jī)械制圖》課程利用信息化技術(shù)，采用數(shù)字化制造技術(shù)核心載體之一的CAD軟件輔助教學(xué)提供了保障。

1 CAD軟件輔助《機(jī)械制圖》課程教學(xué)的意義

在職業(yè)教育中，《機(jī)械制圖》作為訓(xùn)練學(xué)生識(shí)讀、繪制工程圖樣能力的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型、技能型人才具有關(guān)鍵性作用，對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和未來(lái)從事工程技術(shù)工作影響深遠(yuǎn)。在職業(yè)教育教學(xué)改革不斷深化，以實(shí)踐操作為主線的理實(shí)一體化課程逐步成為職教課程體系主體的背景下，及數(shù)字化制造技術(shù)推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中，新知識(shí)、新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，《機(jī)械制圖》教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法要滿足教改和數(shù)字化制造技術(shù)的新要求。

《機(jī)械制圖》具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，以掛圖、教模、多媒體課件為教學(xué)輔助手段，采用講練結(jié)合的傳統(tǒng)教學(xué)方法，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力要求較高，在職教《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中，要進(jìn)一步全面提高教學(xué)質(zhì)量，需要在傳統(tǒng)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，探討教法創(chuàng)新。針對(duì)職業(yè)學(xué)校學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，以數(shù)字化制造技術(shù)核心載體之一的CAD軟件輔助《機(jī)械制圖》教學(xué)，是《機(jī)械制圖》教法創(chuàng)新的重要方向。

2 CAD軟件輔助《機(jī)械制圖》課程教學(xué)策略

2.1 用3DSmax軟件輔助三視圖的形成教學(xué)

三視圖的形成是講解正投影原理的核心內(nèi)容，也是組合體、圖樣表達(dá)方法等后續(xù)知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，正確建立起三視圖的形成空間概念十分重要，是學(xué)生對(duì)《機(jī)械制圖》課程學(xué)習(xí)盡快入門的關(guān)鍵。3DSmax軟件具有多視窗顯示功能，可以在不同視窗中方便地設(shè)置六個(gè)方位正投影圖或軸測(cè)圖，通過(guò)分別改變實(shí)體長(zhǎng)、寬、高的參數(shù)，動(dòng)態(tài)顯示三視圖的“三等”對(duì)應(yīng)關(guān)系；通過(guò)改變實(shí)體中不同結(jié)構(gòu)要素的空間位置，動(dòng)態(tài)顯示三視圖的方位關(guān)系，直觀反應(yīng)三視圖的形成教學(xué)內(nèi)容中“三等”關(guān)系和方位關(guān)系，可協(xié)助學(xué)生盡快理解應(yīng)用正投影原理形成三視圖的過(guò)程。如圖1所示。

圖1 三視圖形成過(guò)程圖

2.2 用CAD軟件輔助軸側(cè)圖畫法教學(xué)

軸測(cè)圖畫法是機(jī)械制圖教學(xué)中的難點(diǎn)，學(xué)生采用常規(guī)繪圖工具畫軸測(cè)圖時(shí)，如果不進(jìn)行大量的作圖訓(xùn)練，將不易掌握軸側(cè)圖的繪圖技巧，雖然手工繪制簡(jiǎn)單零部件軸測(cè)圖難度相對(duì)較小，但對(duì)復(fù)雜零部件軸測(cè)圖的手工繪制，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，學(xué)習(xí)難度也很大。在傳統(tǒng)工程圖樣中很少應(yīng)用軸測(cè)圖，但隨著CAXA、中望、UG、SolidWorks、Inventor等三維CAD軟件的普及，在實(shí)際工程中，信息化制造軟件被廣泛應(yīng)用，無(wú)論是在設(shè)計(jì)還是在制造階段，更多的是直接采用三維設(shè)計(jì)模型，再自動(dòng)生成二維工程圖。在復(fù)雜零件制造過(guò)程中，加工程序的編制也有賴于三維實(shí)體數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)編程，通過(guò)三維實(shí)體數(shù)據(jù)可以很方便地形成不同視角軸測(cè)圖，在工程圖樣中的軸測(cè)圖可以很好地輔助工程技術(shù)人員提高讀圖效率。應(yīng)用三維CAD軟件，通過(guò)繪制草圖，采用拉伸、切割等簡(jiǎn)單造型方法演示和實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生掌握手繪軸測(cè)圖的基本思路，引導(dǎo)學(xué)生采用三維CAD軟件新技術(shù)畫軸測(cè)圖，來(lái)突破軸測(cè)圖繪制的教學(xué)難點(diǎn)，達(dá)到化難為易，激發(fā)學(xué)生興趣的目的。

2.3 用CAD軟件輔助組合體、機(jī)械圖樣的表示法教學(xué)

組合體、機(jī)械圖樣的表示法教學(xué)在《機(jī)械制圖》課程中有重要作用，學(xué)生必須進(jìn)行足夠的習(xí)題訓(xùn)練，才能掌握有關(guān)知識(shí)和讀圖、繪圖技能。如何輔助學(xué)生做好具有一定數(shù)量，又有一定難度的習(xí)題，并不斷激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是教師在教學(xué)過(guò)程中需要考慮的問題。根據(jù)傳統(tǒng)教學(xué)方法，教師可以借助教具，學(xué)生可以通過(guò)繪制軸測(cè)圖等方式來(lái)輔助學(xué)生讀圖和繪圖，但由于使用教具存在數(shù)量、類型等方面的局限，繪制軸測(cè)圖不僅耗時(shí)，而且存在一定難度，容易消磨學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。由于當(dāng)前CAD軟件都具有十分強(qiáng)大、便捷的三維造型功能，在教學(xué)過(guò)程中以CAD軟件設(shè)計(jì)組合體或機(jī)件的三維造型來(lái)代替繪制軸測(cè)圖，不僅可以全方位展示三維造型的結(jié)構(gòu)特征，化難為易、化抽象為具體，有效降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，輔助學(xué)生完成組合體或機(jī)件讀圖、繪圖訓(xùn)練，而且常用三維CAD軟件的造型過(guò)程與組合體的形成過(guò)程具有一定的相似性，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生讀圖、繪圖思維習(xí)慣及對(duì)零件制造工序的理解有一定幫助。

2.4 用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件輔助零件圖、裝配圖教學(xué)

在機(jī)械圖樣教學(xué)中，零件圖、裝配圖尺寸、技術(shù)要求的標(biāo)注和識(shí)讀是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。由于學(xué)生缺少足夠的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的掌握及對(duì)制造工藝的理解都還處于初級(jí)階段，要達(dá)到“正確、完整、清晰、合理”的標(biāo)注尺寸，理解圖樣中技術(shù)要求含義，存在比較大的困難。CAXA軟件使北京數(shù)碼大方科技股份有限公司開發(fā)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字化制造系列軟件，其中，CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)內(nèi)嵌的電子圖板二維繪圖軟件，依據(jù)中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和使用習(xí)慣，具有專業(yè)繪圖工具盒輔助設(shè)計(jì)工具，操作簡(jiǎn)單，提供符合國(guó)標(biāo)的尺寸標(biāo)注、坐標(biāo)標(biāo)注及工程標(biāo)注；支持尺寸、公差、文字和符號(hào)位置等的智能關(guān)聯(lián)；支持GB、ISO、JIS、ANSI等多種繪圖標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)機(jī)械專業(yè)設(shè)計(jì)的要求，提供了符合最新國(guó)標(biāo)的參量化圖庫(kù)和構(gòu)件庫(kù)。由于CAXA電子圖板軟件幾乎不需要進(jìn)行過(guò)多設(shè)置，就可以繪制出符合制圖國(guó)標(biāo)要求的工程圖樣，因此，在進(jìn)行零件圖、裝配圖尺寸、技術(shù)要求的標(biāo)注和識(shí)讀內(nèi)容教學(xué)時(shí)，一方面，可以靈活應(yīng)用軟件符合國(guó)標(biāo)的特點(diǎn)，在下拉菜單、工具欄、列表中鞏固和強(qiáng)化有關(guān)尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求的制圖標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，可以依據(jù)其操作簡(jiǎn)便、快捷的特點(diǎn)，提高繪圖效率，為學(xué)生進(jìn)行更多數(shù)量的零件圖、裝配圖繪制和識(shí)讀相關(guān)訓(xùn)練。

2.5 用CAD軟件構(gòu)建模型庫(kù)輔助教學(xué)

在傳統(tǒng)《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中，為幫助學(xué)生解決抽象思維面臨的困難，教師通常會(huì)利用教學(xué)模型進(jìn)行直觀教學(xué)，模型直觀、觸手可及，能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)興趣，但也存在一定的弊端，如攜帶不便、類型不豐富、缺少變化等問題。當(dāng)前，常用CAD軟件三維建模功能豐富、強(qiáng)大，特別是對(duì)沒有不規(guī)則空間曲面元素的三維模型建模十分便捷，通過(guò)CAD軟件構(gòu)建《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中常用模型庫(kù)，完全可以替代課堂教學(xué)中教學(xué)模型的應(yīng)用，而且可以通過(guò)軟件旋轉(zhuǎn)、縮放、剖切等功能，動(dòng)態(tài)展示三維模型的內(nèi)外結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)需要還可以對(duì)模型進(jìn)行修改，起到舉一反三的效果，比傳統(tǒng)教模使用起來(lái)更生動(dòng)，更清晰，更靈活。

2.6 用CAD軟件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能輔助教學(xué)

當(dāng)前，主流三維CAD軟件都具有三維實(shí)體與二維工程圖的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，可以很方便地利用三維模型數(shù)據(jù)生成二維工程圖，這一功能不僅改變了工程設(shè)計(jì)方式，也降低了工程技術(shù)人員二維繪圖能力要求，可幫助職業(yè)學(xué)校學(xué)生樹立學(xué)好《機(jī)械制圖》課程的信心，激發(fā)其對(duì)學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)的興趣。用CAD軟件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能輔助教學(xué)具體內(nèi)容可包括：輔助繪圖作用，即檢查組合體三視圖、機(jī)件表達(dá)方法手工繪圖正確性；降低零件圖、裝配圖手工繪圖教學(xué)難度，提高繪圖效率和正確性。輔助讀圖作用，即利用軟件造型功能，根據(jù)讀圖思路，進(jìn)行機(jī)件三維特征造型，經(jīng)過(guò)不斷對(duì)比和修正造型來(lái)輔助讀圖，達(dá)到迅速、準(zhǔn)確識(shí)讀機(jī)件內(nèi)外結(jié)構(gòu)形狀的目的；根據(jù)三維造型結(jié)果，應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能再生成二維工程圖，用來(lái)驗(yàn)證讀圖的正確性。

2.7 用CAD軟件輔助教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化制造理念

數(shù)字化改變了制造技術(shù)，改變了制造企業(yè)，深刻影響著社會(huì)的方方面面。從手工作業(yè)使用圖板進(jìn)行設(shè)計(jì)到計(jì)算機(jī)二維繪圖和NC加工，從三維設(shè)計(jì)到數(shù)字樣機(jī)，由數(shù)字化工藝過(guò)程設(shè)計(jì)到數(shù)字化制造、虛擬制造，從CAD應(yīng)用到數(shù)字化企業(yè)的發(fā)展，使傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)生了質(zhì)的變革。數(shù)字化制造技術(shù)是縮短產(chǎn)品研制周期，降低研制成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑，是建立現(xiàn)代產(chǎn)品快速研制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。作為新世紀(jì)的機(jī)械制造業(yè)人才，在世界科技蓬勃發(fā)展的今天，了解和掌握新技術(shù)、新科技已成為時(shí)代的要求。《機(jī)械制圖》課程教學(xué)過(guò)程中，引入CAD軟件輔助教學(xué)，學(xué)生在專業(yè)技術(shù)學(xué)習(xí)之初，了解CAD軟件技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代設(shè)計(jì)和制造理念，為后續(xù)課程中，學(xué)生能更快速地適應(yīng)、深入學(xué)習(xí)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

3 用CAD軟件輔助教學(xué)的利弊分析

3.1 用CAD軟件輔助教學(xué)的益處

3.1.1 與制造業(yè)技術(shù)發(fā)展要求同步

從國(guó)家和企業(yè)推動(dòng)“甩圖板”工程到“甩圖紙”工程，及在“工業(yè)4.0”時(shí)代，國(guó)家出臺(tái)《中國(guó)制造2025》規(guī)劃背景下，職業(yè)學(xué)校課堂教學(xué)需要緊跟信息化制造技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用步伐，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注新技術(shù)，學(xué)習(xí)新技術(shù)。

3.1.2 與《機(jī)械制圖》課程教學(xué)特點(diǎn)相適應(yīng)

在CAD軟件繪圖中強(qiáng)化制圖標(biāo)準(zhǔn)概念；化抽象為直觀，提高課堂教學(xué)直觀性，化解教學(xué)難點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；解決教師課堂黑板作圖效率低的問題，方便教師“舉一反三”，提高課堂教學(xué)容量；制圖課程作業(yè)量大，部分學(xué)生完成作業(yè)存在困難，學(xué)生可以用手機(jī)拍攝或下載組合體，或機(jī)件的三維模型，輔助完成課后作業(yè)；通過(guò)二維視圖設(shè)計(jì)三維模型的反復(fù)訓(xùn)練，可迅速提高學(xué)生讀圖能力，借助三維模型生成二維視圖的功能，可突出機(jī)件表達(dá)方法選擇、尺寸和技術(shù)要求標(biāo)注等重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，提高繪圖能力訓(xùn)練效率。

3.1.3 有利于培養(yǎng)正確的識(shí)讀、繪制思維習(xí)慣

根據(jù)二維圖樣采用CAD軟件進(jìn)行三維造型的過(guò)程，即反映了圖樣的讀圖過(guò)程，與采用形體分析法識(shí)讀、繪制組合體或機(jī)件視圖過(guò)程一致，引導(dǎo)學(xué)生按照形體分析法識(shí)讀、繪制組合體或機(jī)件圖樣。

表1 各班級(jí)期末考試成績(jī)及技能競(jìng)賽班集訓(xùn)選拔結(jié)果表

3.2 用CAD軟件輔助教學(xué)的弊端

由于增加CAD軟件應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容，《機(jī)械制圖》課程教學(xué)時(shí)間更顯不足，導(dǎo)致學(xué)生手工繪圖能力和空間思維能力培養(yǎng)有所削弱，學(xué)生聽課和課后作業(yè)難度降低，思維受到抑制，且存在依賴心理。

4 用CAD軟件輔助教學(xué)效果檢驗(yàn)

通過(guò)分別在13級(jí)、14級(jí)數(shù)控加工和模具制造專業(yè)三個(gè)高級(jí)技工班中進(jìn)行對(duì)比教學(xué)實(shí)驗(yàn)，采用CAD軟件輔助教學(xué)的S13503數(shù)控加工和S14503數(shù)控加工班級(jí)，學(xué)生課后作業(yè)完成率和正確率明顯高于其它班級(jí)。對(duì)各班級(jí)期末考試成績(jī)及技能競(jìng)賽班集訓(xùn)選拔結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

《機(jī)械制圖》課程期末考試平均成績(jī)差異明顯：S13503數(shù)控加工班第一學(xué)期均分高出對(duì)照班8.39分，第二學(xué)期均分高出對(duì)照班7.74分，S14503數(shù)控加工班第一學(xué)期均分高出對(duì)照班6.19分，第二學(xué)期均分高出對(duì)照班7.03分。由于數(shù)控銑工競(jìng)賽訓(xùn)練工件結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，對(duì)零件圖的讀圖能力和繪圖能力要求較高，在數(shù)控銑工競(jìng)賽選手培養(yǎng)和選拔中，13級(jí)和14級(jí)參訓(xùn)學(xué)生分別經(jīng)過(guò)半年的集訓(xùn)后，最終選拔出12名競(jìng)賽選手，其中有9人來(lái)自教學(xué)實(shí)驗(yàn)班。

應(yīng)用CAD軟件輔助《機(jī)械制圖》課程教學(xué)，能有效化解課程教學(xué)難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)的應(yīng)用意識(shí)，解決學(xué)生學(xué)習(xí)困難，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，也為教師開展《機(jī)械制圖》與《計(jì)算機(jī)繪圖》課程進(jìn)一步融合教學(xué)探討可行之路。

[1]何麗，孫文磊，朱穎.Web三維模型共享平臺(tái)在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015，（4）.

[2]于莉，蔣奎.淺析多媒體輔助教學(xué)在機(jī)械制圖課程中的運(yùn)用[J].職業(yè)，2013，（36）.

[3]羅鵬程.信息化教學(xué)手段在機(jī)械識(shí)圖中的應(yīng)用分析[J].科技展望，2015，（19）.

[4]盧淑群，鄧景泉.計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與機(jī)械制圖融合的教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2013，（33）.

[5]王霄琳.機(jī)械制圖與機(jī)械CAD的結(jié)合[J].中國(guó)科技信息，2014，（17）.

Teaching Reform Strategy of "Mechanical Drawing" Based on Digital Manufacturing

GAO Hengxing
(Huaian Technician College of Jiangsu Province, Huaian 223001)

Under the condition of the digital manufacturing technology, engineering drawing and reading methods occurred profound changes, "mechanical drawing" course as a core curriculum to cultivate s tudents' abilities of reading and drawing, the teaching mode and training objectives is also changed. CAD software is one of the core carriers of the digital manufacturing technology. In t he teaching of mechanical drawing, the CAD software is a supplementary tool to deal with the problems in teaching and improve the teaching effect.

digital manufacturing, vocational education, mechanical drawing, teaching reform