張斌,宇曉明,焦洪宇
摘要:從機(jī)械制圖與CAD這門(mén)課程在理工科許多專(zhuān)業(yè)中的重要性和教學(xué)中存在的問(wèn)題入手,探討了機(jī)械制圖、CAD兩門(mén)課程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的教學(xué)改革。實(shí)踐證明,把CAD融入機(jī)械制圖的教學(xué)改革中,更有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)習(xí)效率,可更好地提高學(xué)生的空間想象力、繪圖和讀圖能力以及知識(shí)的綜合運(yùn)用能力,達(dá)到較好的教學(xué)效果。機(jī)械制圖與CAD課程建設(shè)和教學(xué)改革是一項(xiàng)應(yīng)該長(zhǎng)期堅(jiān)持并且不斷完善的系統(tǒng)工程。重視和重新認(rèn)識(shí)機(jī)械制圖與CAD課程建設(shè)和教學(xué)改革工作是許多高等院校期待解決的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:機(jī)械制圖;CAD;整合;教學(xué)改革
中圖分類(lèi)號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2017)47-0097-02
一、引言
機(jī)械制圖是一門(mén)最早形成的自然學(xué)科之一,作為大多數(shù)工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必設(shè)基礎(chǔ)課,是工程界的共同語(yǔ)言[1,2]。機(jī)械制圖的主要內(nèi)容包括《機(jī)械制圖》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的一些規(guī)定,基于正投影方法為基礎(chǔ),研究點(diǎn)、線(xiàn)、面的投影,基本體、組合體、機(jī)件形狀的常用表達(dá)方法和零件圖畫(huà)法等。課程學(xué)習(xí)的目的和任務(wù)是:掌握三維立體和平面視圖之間的投影規(guī)律,培養(yǎng)空間想象和空間分析能力,正確使用尺規(guī)繪圖工具和儀器繪制機(jī)械圖樣[3]。
CAD是美國(guó)Autodesk公司開(kāi)發(fā)的一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。AutoCAD軟件實(shí)際上是一種新的繪圖工具,廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)繪圖軟件,是工程技術(shù)人員需要掌握的主要設(shè)計(jì)繪圖工具,也是當(dāng)前我國(guó)許多高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生必須學(xué)習(xí)的一門(mén)課程[4,5]。CAD課程的主要內(nèi)容包括圖層設(shè)置和管理、繪圖命令和文本注釋、圖形編輯、尺寸標(biāo)注、圖塊的創(chuàng)建和使用、三維實(shí)體模型構(gòu)建等。通過(guò)對(duì)CAD繪圖軟件的學(xué)習(xí),能進(jìn)一步開(kāi)發(fā)學(xué)生空間想象的能力,使其掌握計(jì)算機(jī)繪圖方法,具有計(jì)算機(jī)繪圖的能力。課程學(xué)習(xí)的目的和任務(wù)是:使作為初學(xué)者的學(xué)生盡可能快地理解、掌握CAD的基本繪圖方法和技術(shù),掌握二維圖形繪制、三維圖形模型建立,培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力和數(shù)字化繪圖能力。
二、機(jī)械制圖與AutoCAD的關(guān)系
CAD實(shí)際上是一種新的繪圖工具:顯示器看作繪圖圖板和圖紙,鼠標(biāo)和鍵盤(pán)看作是鉛筆、圓規(guī)和直尺。CAD的出現(xiàn),極大地提高了繪圖效率和質(zhì)量。一方面,許多手工不能繪制的機(jī)械圖樣,CAD繪圖軟件可以準(zhǔn)確地繪制出來(lái),如三維圖形的繪制。另一方面,CAD在圖紙的重復(fù)利用,圖形文件的編輯、保存和管理等方面,體現(xiàn)出手工繪圖無(wú)可比擬的優(yōu)越性。
很多人認(rèn)為,CAD課程可以完全替代機(jī)械制圖,這顯然是認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。計(jì)算機(jī)繪圖雖然取代了手工繪圖,但它并沒(méi)有取代機(jī)械制圖理論、有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的一些規(guī)定和規(guī)范。在機(jī)械制圖教學(xué)中引入CAD輔助軟件,并不是來(lái)代替人的思維,而是利用計(jì)算機(jī)代替手工圖板,大大縮短手工繪圖占用的大量時(shí)間,提高繪圖的質(zhì)量與效率,教師可以利用二維和三維圖形的轉(zhuǎn)換,讓學(xué)生更好地掌握機(jī)械制圖理論,提高空間想象和分析能力。如果片面強(qiáng)調(diào)CAD相關(guān)命令的學(xué)習(xí)方法,完全脫離機(jī)械制圖理論,結(jié)果是學(xué)生熟練掌握平面圖形繪制,而機(jī)械圖樣不能較好地表達(dá)??偠灾瑱C(jī)械制圖是CAD軟件繪圖的基礎(chǔ)。CAD軟件繪圖不能脫離機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)而獨(dú)立進(jìn)行,必須在全面掌握制圖的基本理論、投影規(guī)律、表達(dá)方法和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定基礎(chǔ)上,才能應(yīng)用CAD軟件畫(huà)出符合要求的機(jī)械圖樣。
綜上所述,機(jī)械制圖和CAD是相輔相成、缺一不可的,分析和了解它們之間的關(guān)系,可以更有效地整合兩門(mén)課程,提高教學(xué)效果。
三、機(jī)械制圖與AutoCAD課程改革的措施
根據(jù)通常的教學(xué)進(jìn)度安排,學(xué)生是在學(xué)完機(jī)械制圖課程之后再進(jìn)行CAD軟件繪圖,兩門(mén)課程要分跨兩個(gè)學(xué)期,在講授CAD課程時(shí)往往需要對(duì)已經(jīng)講授的機(jī)械制圖基本知識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等內(nèi)容進(jìn)行復(fù)述。將機(jī)械制圖和CAD這兩門(mén)課程“二合一”整合后,課程內(nèi)容緊湊,減少了教學(xué)學(xué)時(shí),明顯提高了教學(xué)的效果和質(zhì)量。同時(shí),利用CAD三維構(gòu)圖既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象能力,又增加了機(jī)械制圖課程的直觀教學(xué)手段。
1.整合機(jī)械制圖與CAD課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)及要求。兩門(mén)課程的整合要求在課程內(nèi)容上不能混淆,必須做到主線(xiàn)明確、內(nèi)容統(tǒng)一和相輔相成。課程主要以機(jī)械制圖為“二合一”內(nèi)容主線(xiàn)內(nèi)容,計(jì)算機(jī)繪圖教學(xué)要穿插在機(jī)械制圖課程中,達(dá)到相輔相助的效果,幫助學(xué)生更好地理解機(jī)械制圖三維立體和二維圖形之間的投影規(guī)律。
CAD作為當(dāng)前最流行的計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件之一,包含許多模塊,功能強(qiáng)大。考慮到“二合一”整合是以課程機(jī)械制圖為主線(xiàn)內(nèi)容,故CAD內(nèi)容應(yīng)以機(jī)械制造加工的二維繪制為主,適當(dāng)講授三維立體圖形繪制。通過(guò)CAD軟件應(yīng)用的三維圖形繪制可有效地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖,提供學(xué)生三維視覺(jué)表象,幫助學(xué)生盡快建立空間圖形構(gòu)建能力。課程內(nèi)容上可準(zhǔn)備大量三維圖形素材作為教學(xué)的直觀手段。為此,“二合一”整合后,計(jì)算機(jī)輔助軟件應(yīng)選應(yīng)用廣泛、二維制圖易學(xué)并兼有三維繪圖功能的CAD計(jì)算機(jī)繪圖軟件。
2.對(duì)“二合一”教學(xué)實(shí)踐的探索。在熟悉了機(jī)械制圖和CAD兩門(mén)課的相互關(guān)系后,我們需要在教學(xué)上將兩者有機(jī)地結(jié)合在一起,把CAD融入機(jī)械制圖的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。通過(guò)調(diào)整一些不必要或重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容,使它們教學(xué)內(nèi)容相互圍繞、相互滲透、循序漸進(jìn)、緊密結(jié)合。“二合一”教學(xué)可以從以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)入手:(1)利用CAD三維建模輔助教學(xué)?!岸弦弧闭系暮诵氖牵号囵B(yǎng)學(xué)生空間想象和分析能力,完成從平面到立體,從二維到三維的思維轉(zhuǎn)化。首先,應(yīng)該從機(jī)械制圖基礎(chǔ)做起,讓學(xué)生充分掌握平面體如棱柱、棱錐等和回轉(zhuǎn)體如圓柱、圓錐、圓球等的投影規(guī)律,從而讓學(xué)生對(duì)三維的世界有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí),為以后的復(fù)雜圖形學(xué)習(xí)提供條件。
對(duì)于平面體和基本體被平面切割后得到的截切體,組合體三視圖的繪制及識(shí)讀是機(jī)械制圖課程的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)CAD軟件建立三維模型,在繪制截切體和組合體三視圖時(shí),先展示三維模型,在用線(xiàn)面和形體分析法進(jìn)行分析,使三維模型和截切體及組合體三視圖得到一一對(duì)照,這樣反復(fù)訓(xùn)練和理解,學(xué)生的空間想象能力得到充分釋放和大幅度提高。(2)利用CAD三維建模分析機(jī)件常用的表達(dá)方法和零件圖。當(dāng)機(jī)件的形狀和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí),用三視圖很難把它們的內(nèi)外形狀準(zhǔn)確、完整、清晰地表達(dá)出來(lái),機(jī)械制圖介紹了一些機(jī)件的常用表達(dá)方法,如視圖、剖視圖、局部放大圖等。以剖視圖教學(xué)為例,按照剖切面不同程度地剖開(kāi)機(jī)件的情況,剖視圖分為全剖視圖、半剖視圖和局部剖視圖。在授課時(shí),教師應(yīng)提前在CAD中建立三維模型,通過(guò)對(duì)三維模型進(jìn)行剖切,繪制剖視圖。剖視圖將機(jī)件剖開(kāi),使得內(nèi)部原本不可見(jiàn)的孔、槽可見(jiàn)了,虛線(xiàn)變成了可見(jiàn)線(xiàn)。由此解決了內(nèi)部虛線(xiàn)問(wèn)題。綜上所述,CAD三維模型構(gòu)建讓學(xué)生更直觀地觀察模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu),加深了學(xué)生對(duì)圖形的理解。
在教學(xué)過(guò)程中,零件圖和裝配圖是機(jī)械制圖上的難點(diǎn)。傳統(tǒng)的教學(xué)是由裝配圖想象裝配體,由零件圖想象若干零件,這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度很大,學(xué)習(xí)效果很差。面對(duì)這樣的問(wèn)題,CAD三維建模成為廣大師生的首選。通過(guò)CAD建立三維模型,直觀展示裝配體中各零件之間的裝配關(guān)系、傳動(dòng)路線(xiàn)和主要零件的結(jié)構(gòu)形狀,有助于學(xué)生進(jìn)一步了解裝配體的工作原理,降低了學(xué)習(xí)的難度,激起了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
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