徐進友　柴富俊　陳 玲

（天津理工大學，天津 300384）

CAD在不同學時工程制圖教學中的應用模式研究

徐進友柴富俊陳 玲

（天津理工大學，天津 300384）

根據(jù)工程制圖課程的發(fā)展趨勢以及CAD技術(shù)的特點，提出了在工程制圖教學過程中CAD軟件所具有的兩類功能。針對不同專業(yè)的培養(yǎng)目標需求以及工程制圖課程的教學學時安排，闡述了CAD技術(shù)在教學內(nèi)容、課程安排上的異同，并分別討論了CAD軟件在教學實踐過程中兩類功能的實現(xiàn)方式和具體要求。最后以天津理工大學為例，介紹了不同學時工程制圖和CAD教學內(nèi)容相融合的體系結(jié)構(gòu)。

工程制圖；CAD；應用模式

近年來隨著CAD技術(shù)的發(fā)展以及企業(yè)對CAD技術(shù)需求的日益增長，掌握CAD技術(shù)已成為工程技術(shù)人員的一項基本技能。在高校課程教學體系中，將CAD軟件引入工程制圖課程的教學之中是必然趨勢，同時對工程制圖的教學內(nèi)容、教學手段和方法提出了更高的要求。如何將CAD軟件尤其是三維幾何建模技術(shù)融入工程制圖的教學中，一直是近幾年討論的熱點問題，不同學校采用了不同的教學模式。童秉樞［1］將其歸納為融合式和分段式兩種引入方式，并指出所形成的三種課程體系類型。林清夫［2］對比分析了上述三種教學模式的特點和實施效果，并提出了引入的基本原則。張京英［3］介紹了三維CAD不同的教學模式對比實踐經(jīng)驗，張淑艷［4］用實踐教學內(nèi)容闡述了三維CAD造型技術(shù)輔助工程制圖教學的方法。

從現(xiàn)有文獻來看，討論的對象主要面向多學時的機械制圖教學中三維CAD的應用模式和實踐效果，文獻［5］結(jié)合專業(yè)需求探討了少學時工程制圖和三維CAD融合的教學模式。本文結(jié)合我校教學實踐，根據(jù)不同專業(yè)、不同學時的教學要求，綜合討論CAD軟件在工程制圖教學中的應用模式和課程體系的安排。

一、CAD軟件在工程制圖教學中的作用

工程制圖是工科專業(yè)非常重要的一門技術(shù)基礎課，其核心任務之一是空間要素和平面要素之間的相互轉(zhuǎn)化［6］。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，利用計算機輔助技術(shù)完成產(chǎn)品（工程）的設計和分析是當代大學生必須掌握的一項基本技能，也是工程教育的畢業(yè)要求之一［7］。基于以上兩個方面考慮，從工程制圖的教學實踐角度分析，CAD軟件所起的作用可以分為兩類：一是作為教學輔助工具或教學手段，提高工程制圖課程的教學效果；二是作為產(chǎn)品（工程）的設計方法和使用工具。針對不同的專業(yè)需求以及不同的教學學時，CAD軟件在工程制圖教學過程中所承擔的功能也有所不同，相應的教學內(nèi)容安排也應區(qū)別對待。

1.教學輔助工具

作為教學輔助工具或一種教學手段，CAD軟件有其獨特的優(yōu)勢，該功能應用于所有的工程制圖課程。在工程制圖的教學過程中，空間物體的想象及表達能力是學生學習的主要障礙之一。為更好地提高學生的空間想象能力，提高教學效果，在教學過程中需要向?qū)W生展示三維模型。傳統(tǒng)教學中多以木質(zhì)模型展示，受到教學模具展示空間以及數(shù)量上的限制。目前工程制圖課程教學方式有很多種嘗試以提高課堂的授課效果，比如采用多媒體教學，通過圖片、模型動畫等幫助學生建立三維空間，形象、生動、色彩鮮明的展示效果有效提高了學生的學習興趣和積極性。但這種呈現(xiàn)方式多是固定的，教師無法根據(jù)課堂教學需要實時修改模型，互動性較差，因而近年來更多地利用三維軟件強大的建模功能進行工程制圖的輔助教學。利用CAD軟件將所講知識點通過不同的案例靈活直觀地呈現(xiàn)給學生，課堂上可以根據(jù)需要以不同的角度和表達方式向?qū)W生展示，而且可以實時進行修改，有利于和學生互動。這種展示方式效果更好，且更具一般性，有利于教學，有效提高學生學習效果。由于色彩可調(diào)，形式可調(diào)，可有效吸引學生的注意力，提高學生的興趣，進而提高學生學習的積極性和主動性，同時也可促使學生提前接觸CAD軟件。

2.產(chǎn)品設計工具

對于多學時工程制圖課程，CAD軟件除了作為教師的教學輔助工具外，同時應根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標等要求適當、合理地增加CAD相關(guān)的教學內(nèi)容。學生在掌握工程制圖基本技能的基礎上，應掌握CAD軟件的基本操作和實踐應用，可以利用CAD軟件驗證所學相關(guān)知識點，以提高學習興趣和教學效果，能夠利用CAD軟件完成專業(yè)設計工作。機械類專業(yè)在上述要求之外，增加CAD類軟件的學習深度，除了軟件的基本操作外，應具有利用CAD軟件進行構(gòu)型設計以及產(chǎn)品開發(fā)應用的能力。同時，可以擴展CAD技術(shù)，引入CAE、CAM等計算機輔助技術(shù)教學內(nèi)容，使之能夠充分了解并能使用計算機輔助技術(shù)?？傊瑢τ诙鄬W時工程制圖，應根據(jù)專業(yè)需求，加深、加寬CAD技術(shù)的教學內(nèi)容，使學生掌握CAD技術(shù)，提升學生的就業(yè)能力，培養(yǎng)適應社會發(fā)展需求的工程技術(shù)人才。

二、CAD軟件在課程體系中的引入方式

在工程制圖的教學實踐中，根據(jù)專業(yè)需求不同程度的引入CAD軟件的教學內(nèi)容，不同學時應采用不同的CAD融入方式，國內(nèi)各學校也根據(jù)自身特點制定了不同的課程體系。引入CAD軟件的基本準則是在保證教學體系完整性和規(guī)范性的前提條件下，盡可能發(fā)揮CAD建模軟件的輔助教學功能，提高學生的學習興趣，降低難度，并提高學生的空間思維和創(chuàng)新能力。

對于少學時工程制圖課程，一般多采用融入式教學方法。如前文所述，在少學時工程制圖教學中的CAD軟件主要作為教師的一種教學輔助工具，其主要目的是增加教學效果，因此在教學內(nèi)容設計上僅對軟件的常用基本操作做詳細講解，并與相應的理論內(nèi)容相結(jié)合。比如在講尺寸標注時，可以將理論講解和軟件中的標注方法相結(jié)合，同時利用軟件完成例題的尺寸標注。多學時工程制圖除了增加上機練習時間外，CAD教學內(nèi)容要求基本不變，應都在一學期內(nèi)完成，教學內(nèi)容以工程制圖的基本理論、方法和空間思維能力等傳統(tǒng)內(nèi)容為主、CAD軟件為輔。機械類則采用融入式和分段式相融合的教學方式。在工程制圖基本內(nèi)容的教學過程中融入CAD技術(shù)，在學生掌握基本知識和技能的同時，提高利用計算機技術(shù)輔助完成構(gòu)型設計的能力，拓寬學生的視野，掌握現(xiàn)代設計工具。同時在后續(xù)課程中開設CAM、CAE等相應課程，培養(yǎng)學生的三維設計和分析的能力，形成CADCAMCAE培養(yǎng)課程體系。

三、課程體系安排及實踐

針對不同專業(yè)的教學需求，我校對CAD技術(shù)引入方式進行了整合，并設置了相應的課程體系，如表1所示。在工程制圖的教學內(nèi)容安排中，CAD技術(shù)或多或少地加入到教學環(huán)節(jié)中，并通過上機等實踐課程加強教學效果。非機械類主要以AutoCAD軟件為教學主要內(nèi)容，同時介紹其他常用的三維設計軟件（如Pro/E、UG等）。CAD教學內(nèi)容以工程制圖中的二維圖形繪制為主，教學內(nèi)容穿插在工程制圖理論課程之間，在一學期內(nèi)完成。對于機械類學生，除了學時和上機學時增加外，還增加了手繪訓練課程，在機械設計的課程設計中要求學生同時完成手繪和計算機繪圖，在后續(xù)課程上安排了CAD/CAM/CAE相應理論和軟件實踐的教學環(huán)節(jié)。開設了選修課程“全國計算機輔助技術(shù)認證項目（CAXC）課程”，鼓勵學生參加相應的認證考試，使學生掌握的技能與社會需求接軌，系統(tǒng)化地提高學生利用計算機分析問題、解決問題的能力。

表1　課程體系教學安排

實踐證明：CAD技術(shù)有效提高了工程制圖課程的教學效果。CAD技術(shù)彌補了教學模型和課件在教學中的不足，學生學習制圖技術(shù)的興趣普遍提高，學習的主動性和積極性進一步提升。學生積極參加天津市大學生投影制圖競賽和CAD競賽并獲得良好成績，多次獲得優(yōu)秀組織獎。相對于傳統(tǒng)教學體系，機械類學生更早地接觸了CAD軟件，在專業(yè)課學習和學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動中能更熟練地運用CAD技術(shù)實現(xiàn)科技創(chuàng)新和工程實踐活動。

四、結(jié)束語

在工程制圖的教學體系中不同程度引入CAD技術(shù)有效提高了教學效果。從工程制圖的教學實踐角度來看，為保證教學效果，從事工程制圖教學的教師應熟練掌握至少一種CAD軟件，同時應了解CAD技術(shù)的發(fā)展，將更有利于引導學生學習，拓寬學生視野，這就對講授工程制圖課程的教師提出了更高的要求。值得注意的是，在工程制圖的教學中應根據(jù)培養(yǎng)目標適度引入CAD軟件，在工程制圖課程本身教學環(huán)節(jié)中，應以制圖的基本理論和應用為主要授課內(nèi)容，以CAD軟件為輔助工具和補充內(nèi)容，關(guān)于CAD技術(shù)的詳細內(nèi)容應另設課程，不能舍棄原有工程制圖課程的本質(zhì)要求。

［1］童秉樞，易素君，徐曉慧．工程圖學中引入三維幾何建模的情況綜述與思考［J］．工程圖學學報，2005，26（4）：130-135．

［2］林清夫．引入三維幾何建模的工程圖學教學模式分析與比較［J］．工程圖學學報，2006，27（4）：148-152．

［3］張京英，羅會甫，張彤，等．三維造型設計與工程圖學的有效融合［J］．工程圖學學報，2010，31（6）：151-154．

［4］張淑艷，雷光明，成彬，等．三維CAD輔助工程制圖教學的方法［J］．圖學學報，2014，35（3）：464-468．

［5］鄭雄勝，張玉蓮．少學時“工程制圖”課程融合式教學模式研究［J］．中國電力教育，2013（10）：99-100，110．

［6］董培蓓，柴富俊，穆浩志，等.工程圖學簡明教程［M］．天津：天津大學出版社，2010.

［7］中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會．工程教育認證標準（2015年版）［EB/OL］.http：//hgxy.hqu.edu.cn/s/50/t/687/b8/49/ info112713.htm，2015．

（責任編輯：張華凡）

CAD Application Model in Engineering Drawing with Different Teaching Hours

XU Jinyou，CHAI Fujun，CHEN Ling
（Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China）

According to the development trend of engineering drawing course and the characteristics of CAD technology，two kinds of functions of CAD software in engineering drawing teaching are put forward.Based ondifferentprofessionaltrainingrequirementsandthecourseteachinghours，theapplicationofCAD technology in teaching contents，and course arrangement were discussed，and the way to realize the two kinds of functions of CAD software in teaching practice were described.Finally，the application model of CAD in engineering drawing with different teaching hours in Tianjin University of Technology was introduced.

engineering drawing；CAD；application model

G642.0

徐進友（1977—），男，講師，研究方向：機械CAD、機械動力學。

天津理工大學教學改革研究項目（YB11-29）；天津市教改研究計劃重點項目（B01-0802）。