高利斌，王紅斌，劉天成

(云南民族大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，昆明 650500)

一、引言

《機械制圖與CAD》是目前工程圖學(xué)教育的基礎(chǔ)性核心課程，是順應(yīng)工程圖學(xué)教育需要，在之前《機械制圖》和《Auto CAD》(下文簡稱《CAD》)兩門課程基礎(chǔ)之上整合而來的一門新興綜合性課程[1，2]。目前，在實際的教學(xué)實踐中，存在以下普遍的現(xiàn)象，即將《機械制圖與CAD》教學(xué)內(nèi)容割裂為“機械制圖”和“CAD”兩塊內(nèi)容進行教學(xué)，其教學(xué)模式仍然停留在《機械制圖》和《CAD》兩門獨立課程的框架之下，這使得《機械制圖與CAD》的教學(xué)沒有作為一門系統(tǒng)性課程展開，嚴重影響了課程的教學(xué)效果，不利于提高學(xué)生工程圖學(xué)素質(zhì)。

因而，對《機械制圖與CAD》課程進行教學(xué)改革，真正把其作為一門系統(tǒng)性、綜合性課程進行教學(xué)，改變實際教學(xué)過程中被割裂為“機械制圖”和“CAD”教學(xué)的普遍現(xiàn)狀，以改進教學(xué)效果，提高學(xué)生工程圖學(xué)素質(zhì)就變得非常緊迫。本文將根據(jù)筆者多年教學(xué)經(jīng)驗，對《機械制圖與CAD》課程教學(xué)改革的相關(guān)措施進行探討。

二、《機械制圖與CAD》課程教學(xué)改革措施

(一)重構(gòu)知識體系，開展任務(wù)驅(qū)動的模塊化教學(xué)

《機械制圖與CAD》課程教學(xué)內(nèi)容既包括《機械制圖》中制圖的基本知識、點及線面的投影、基本立體的投影、截交線和相貫線、組合體的視圖、機件的常用表達方法、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件、零件圖、裝配圖等內(nèi)容，也包括《CAD》中工作空間管理、坐標(biāo)輸入、圖層設(shè)置和管理、繪圖命令和文本注釋、圖形編輯、圖塊的創(chuàng)建和使用、尺寸標(biāo)注、視圖控制、三維曲面建造和曲面編輯、三維實體模型構(gòu)建及實體編輯等內(nèi)容。因而，其作為一門系統(tǒng)的綜合性課程，在教學(xué)中不應(yīng)該只是簡單添加式地在“機械制圖”教學(xué)中劃分出部分學(xué)時講授“CAD”內(nèi)容，而是應(yīng)該把《機械制圖與CAD》的內(nèi)容作為一個有機整體進行教學(xué)[3]。

基于培養(yǎng)學(xué)生繪圖能力、識圖能力和空間想象能力的目標(biāo)，在具體教學(xué)過程中，應(yīng)該以知識點為模塊重構(gòu)知識體系，以機械制圖相關(guān)內(nèi)容為基礎(chǔ)，充分融合CAD軟件的應(yīng)用，以任務(wù)模塊驅(qū)動，將CAD相關(guān)知識有效地融入機械制圖的教學(xué)過程中去，做到以機械制圖理論為基礎(chǔ)，以CAD 為核心繪圖工具，實現(xiàn)知識與能力的相融并進。比如，把創(chuàng)建一個包含標(biāo)題欄的圖框作為一個任務(wù)模塊，圖紙幅面、圖框內(nèi)容可以和CAD中直線命令、矩形框命令和坐標(biāo)輸入作為一個子模塊，讓學(xué)生分別運用直線命令、矩形框命令和坐標(biāo)輸入完成圖框的繪制。標(biāo)題欄內(nèi)容可以和CAD中表格的創(chuàng)建、表格樣式和文字樣式作為另一個子模塊，讓學(xué)生運用CAD創(chuàng)建一個標(biāo)題欄。然后再結(jié)合CAD中移動命令和塊的創(chuàng)建，讓學(xué)生把圖框和標(biāo)題欄變成一個塊以完成任務(wù)模塊。圖線內(nèi)容可以和CAD中樣板文件的創(chuàng)建、圖層的創(chuàng)建和管理作為一個任務(wù)模塊，讓學(xué)生創(chuàng)建一個樣板文件，作為下一步平面圖形繪制的子任務(wù)模塊。圓弧連接、平面圖形的尺寸分析和線段分析、平面圖形繪制步驟、比例及尺寸標(biāo)注可以和CAD中繪圖命令、修改命令、標(biāo)注命令和標(biāo)注樣式作為一個大的任務(wù)模塊，讓學(xué)生調(diào)用樣板文件，繪制平面圖形，完成標(biāo)注，調(diào)整比例，插入圖框，最終完成平面圖形繪制。又如，零件圖中表面粗糙度、形位公差可以和CAD中塊的屬性、公差標(biāo)注、引線標(biāo)注作為一個任務(wù)模塊進行教學(xué)，讓學(xué)生創(chuàng)建粗糙度塊、基準(zhǔn)符號塊并賦予屬性，然后完成零件圖(零件圖可以在此之前設(shè)定另外的任務(wù)模塊提前完成)中表面粗糙度和形位公差的標(biāo)注。

鑒于篇幅原因，其他教學(xué)模塊課程教授者可以根據(jù)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系自行考慮構(gòu)建。總之，在《機械制圖與CAD》具體教學(xué)過程中，要以機械制圖內(nèi)容為應(yīng)用課題，以CAD內(nèi)容為技能主線，設(shè)計不同的任務(wù)模塊，將CAD作為繪圖工具融入到理論教學(xué)的不同環(huán)節(jié)當(dāng)中，貫穿整個課程體系，以提升課程教學(xué)效果。

(二)創(chuàng)新教學(xué)模式，充分運用多媒體輔助，開展一體化教學(xué)

《機械制圖與CAD》課程教學(xué)必須要創(chuàng)新教學(xué)模式，若仍按照機械制圖和CAD內(nèi)容的分塊教學(xué)則達不到課程預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。創(chuàng)新教學(xué)模式就是要運用“一體化教學(xué)”以達到提升《機械制圖與CAD》課程教學(xué)質(zhì)量的目的?！耙惑w化教學(xué)”強調(diào)以能力為核心，將理論教學(xué)與實踐訓(xùn)練融合在一起，以理論指導(dǎo)實踐訓(xùn)練，通過實踐訓(xùn)練來強化理論，讓學(xué)生在教學(xué)中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實踐，在實踐中思考[4]。

在《機械制圖與CAD》教學(xué)中，將課程內(nèi)容模塊化以后，要充分運用多媒體輔助教學(xué)手段，將機械制圖實例講解放在CAD環(huán)境下進行，利用CAD繪圖軟件將理論教學(xué)內(nèi)容中復(fù)雜的圖形制作成分解動畫或三維模型，將多媒體課件和CAD軟件相結(jié)合進行多視角呈現(xiàn)，加深學(xué)生對圖形的理解和過程的感受，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生的繪圖、讀圖能力和空間想象能力。比如，切割體和相貫體以及組合體三視圖的教學(xué)內(nèi)容，由于缺乏實際的模型，學(xué)生往往難以想象出形體的完整結(jié)構(gòu)。通過CAD軟件建立三維模型，在繪制切割體、相貫體、組合體視圖時，先展示三維模型，再用形體分析法和線面分析法進行分析，使三維模型和視圖得到一一對照，這樣反復(fù)訓(xùn)練和理解，以提高學(xué)生的空間想象能力[5～9]。又如，在零件圖繪圖、讀圖部分的教學(xué)過程中，可以利用CAD構(gòu)建零件實體以展示零件不同方位和不同方向的形狀，并利用剖切功能展示零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣可以大大增加零件的直觀性，幫助學(xué)生理解零件的形狀，提高學(xué)生的繪圖和讀圖能力。

(三)翻轉(zhuǎn)課堂，開展項目教學(xué)

項目教學(xué)強調(diào)課程內(nèi)容的邏輯性、完整性、遷移性和操作性，采用工作小組的學(xué)習(xí)方式，教學(xué)過程中，小組成員在教師的指導(dǎo)下參與甚至主導(dǎo)項目從信息收集、計劃制定、方案選擇、目標(biāo)實施、信息反饋到成果評價的每一個環(huán)節(jié)，學(xué)生成為教學(xué)活動中的主體。項目教學(xué)不僅能提高教學(xué)過程的趣味性，增強學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性和自主學(xué)習(xí)的主動性，而且還能提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力[10]。

在《機械制圖與CAD》具體教學(xué)中，對于部分內(nèi)容，可以采用項目教學(xué)法，以項目為載體，讓學(xué)生在通過完成項目的自主實踐探究過程中建構(gòu)所需理論知識，從而實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合，以實現(xiàn)對理論知識和實踐技能的學(xué)習(xí)。比如，在學(xué)習(xí)零件圖章節(jié)的內(nèi)容時，將零件圖的繪制分為軸套類零件圖、盤蓋類零件圖、叉架類零件圖、箱體類零件圖和其他類零件圖五個項目，然后將學(xué)生分成不同的項目小組，要求項目小組從零件的形體分析、安放位置確定、主視圖選擇、基本視圖及表達方案選擇、輔助表達方案選擇、規(guī)定畫法和簡化畫法運用等方面進行充分討論，并得出零件的表達方案，然后不同小組間對表達方案進行交叉互評，最后在老師的指導(dǎo)下形成完整的零件表達方案，并由每個同學(xué)完成零件圖的繪制。又例如，在裝配圖章節(jié)的教學(xué)中，以完成裝配體的裝配圖為目標(biāo)任務(wù)，設(shè)定不同的項目小組，每個小組負責(zé)一個裝配體的圖紙繪制。圖紙表達方案由小組成員共同討論決定，小組內(nèi)每個同學(xué)負責(zé)用CAD繪制裝配體的一個主要零件圖，然后結(jié)合其他小組成員的零件圖最終完成裝配圖繪制。

(四)同步作業(yè)，綜合訓(xùn)練

CAD作為重要的繪圖工具在實際生產(chǎn)實踐中已經(jīng)得到普遍運用，這導(dǎo)致在《機械制圖與CAD》實際教學(xué)實踐中，存在一種非常不良的傾向，即弱化甚至忽視教學(xué)過程中手工繪圖能力的培養(yǎng)，完全依賴于CAD繪圖。其實，手工繪圖和計算機繪圖同等甚至更重要，手工繪圖是工程圖學(xué)教育中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其對學(xué)生機械制圖基本知識的強化，動手能力、設(shè)計能力、空間想象能力和工程意識的鍛煉及工作作風(fēng)的培養(yǎng)起著關(guān)鍵作用。

在《機械制圖與CAD》教學(xué)中，必須手工繪圖和CAD繪圖并重，既強調(diào)手工繪圖實踐訓(xùn)練也強調(diào)CAD作為重要繪圖工具的運用。實際教學(xué)實踐中，可以通過同一個繪圖作業(yè)既要求用手工繪圖又要求用CAD繪圖完成，這樣既能達到手工繪圖的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程圖學(xué)素質(zhì)，也能訓(xùn)練學(xué)生CAD工具的運用能力。同時，CAD制圖的標(biāo)準(zhǔn)化又可以促進學(xué)生手工繪圖的規(guī)范化。比如，組合體的三視圖、零件圖、裝配圖部分的作業(yè)，要求學(xué)生同一個圖樣分別用手工和CAD進行繪制。如果有條件教授CAD中三維建模部分的，還可以要求學(xué)生在繪制二維圖紙的基礎(chǔ)上，對同一個表達對象進行三維建模，這樣既可以進一步拓展和強化學(xué)生CAD工具的運用能力，同時還可以通過三維建模進一步訓(xùn)練學(xué)生的空間想象能力。

(五)綜合考核，整體評價

《機械制圖與CAD》是一門綜合性的課程，其教學(xué)內(nèi)容涵蓋機械制圖理論、手工繪圖實踐和CAD繪圖技能，因而，傳統(tǒng)的一張試卷定成績的考核方式顯然不能客觀評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，難以體現(xiàn)學(xué)生的識圖能力、想象能力、分析能力及繪圖技能。因此，針對《機械制圖與 CAD》課程的特點，其考核應(yīng)該把機械制圖與CAD繪圖有機結(jié)合，以實踐操作為核心，通過平時手工繪圖作業(yè)和CAD繪圖作業(yè)、期末卷面筆試、手工繪圖和 CAD繪圖綜合項目考核等，綜合評定學(xué)生的成績。實際考核中可以參照下面的方式進行考核。

1.以平時手工繪圖和CAD繪圖作業(yè)為主包含考勤的平時成績(10%)

2.期末閉卷考試(40%)

卷面分值結(jié)構(gòu)中，讀圖能力考核分值建議不低于70%。該考核主要評價學(xué)生對《機械制圖與 CAD》課程的諸如基本概念、基本知識、基本理論等知識的掌握情況，重點考核學(xué)生的讀圖能力。

3.手工繪圖綜合實踐(20%)

給定學(xué)生一個零件(最好是不同學(xué)生繪制不同的零件)，要求按照零件圖繪制步驟綜合分析考慮形成完整表達方案并繪制規(guī)范的零件圖。該考核主要評價學(xué)生在《機械制圖與 CAD》基本理論指導(dǎo)下，運用尺規(guī)、圖紙手工繪制零件圖的能力。

4.CAD繪圖綜合實踐(30%)

按照2.3裝配圖任務(wù)項目教學(xué)法完成任務(wù)。該考核主要評價學(xué)生在《機械制圖與 CAD》基本理論指導(dǎo)下，運用CAD作為工具繪制機械圖樣的綜合能力。

三、結(jié)語和展望

《機械制圖與CAD》課程作為理工科學(xué)生工程圖學(xué)素質(zhì)教育的基礎(chǔ)性核心課程，在實際教學(xué)實踐中，必須要從模塊化教學(xué)、多媒體輔助一體化教學(xué)、項目教學(xué)、同步作業(yè)和綜合考核等方面進行改革，以打破《機械制圖與CAD》實際教學(xué)過程中被割裂成《機械制圖》和《CAD》教學(xué)的普遍現(xiàn)狀，切實改進教學(xué)效果，提高學(xué)生工程圖學(xué)素質(zhì)。當(dāng)然，《機械制圖與CAD》課程教學(xué)的改革遠不止如此，還有諸如師資力量的培養(yǎng)、教學(xué)大綱和教學(xué)計劃的調(diào)整、課程體系的建設(shè)等諸多方面還需課程教授者做更廣泛、更深入的探索和實踐。