浅析机械制图与CAD课程教学改革的探索与实践

　　1引言
　　《机械制图》与《AutoCAD》是工科院校中开设的两门重要的专业基础课,在传统的教学中,这两门课程是相对独立、分开授课的,这种传统的教学方法存在很多弊端,两门相关联的课程单独授课,导致内容重复、课时增加、学习负担重,教学效果差。这两门课程前者注重讲授制图的原理和方法,后者则注重讲授利用计算机软件绘制图形的技巧,两门课程都以培养学生的绘图、识图能力和空间想象能力作为共同目标。因此,如何将这两门课程有机地结合起来,构建机械制图与CAD课程新体系,改革教学方法,提高教学质量,成了当前教学改革中亟待解决的问题。
　　2教学改革的背景
　　传统的《机械制图》课程教学模式,是根据教学大纲要求,在教学方法和教学手段上常利用教学模型和挂图,再辅以教具(圆规、三角板等)在黑板上绘制图形,向学生讲解绘图原理、方法和实际操作,学生则通过大量练习巩固知识。实践证明,这种教学方法是成功的。近几年来,现有制图教材面临的最大问题是因课时减少,画法几何部分的内容作了大量删减,而投影作图等有关作图原理方面的要求没有降低,相对落后的教学手段致使学生的空间思维能力明显下降,学生在后续内容及专业课程的学习中对读图感到吃力。在学时少、内容多的情况下,沿用旧的教学方法效率很低,传统的机械制图教学内容与现代企业生产对技术人员的技能要求存在较大差距。
　　计算机技术的发展使传统《机械制图》课程教学面临新的挑战,CAD软件等众多绘图软件的广泛应用,极大地提高了绘图的质量与效率,在图纸的重复利用、图形文件的保存和管理等方面体现了手工绘图无可比拟的优越性。目前,机械制图和CAD的课程设置未能充分融合,教学中有相当一部分学生只对计算机绘图感兴趣,而对手工作图不肯用心学,难以达到既能利用手工作图和识读工程图,又能使用计算机软件进行绘图的培养目标。因此,急需对机械制图与CAD课程的教学体系进行大胆的改革。
　　3《机械制图》与《CAD》的关系
　　作为工程界的共同语言《,机械制图》主要研究绘制和阅读机械图样的原理和方法,内容包括《机械制图》的国家标准和基本规定,正投影法和三视图的基本理论和基本方法,点、线、面的投影,基本体、组合体、截交线、相贯线的画法以及标准件、常用件的规定画法,零件图和装配图等。教学目的要求学生掌握阅读和绘制机械图样的基本知识、基本方法和技能,能够识读和绘制中等复杂程度的机械零件图和装配图。
　　《AutoCAD》中的CAD是ComputerAidedDesign的缩写,即计算机辅助设计,是美国Autodesk公司开发的一种计算机辅助设计和绘图软件包,是当前最流行的计算机辅助设计软件之一。AutoCAD软件具有强大的绘图功能,广泛应用于机械、建筑、电子、化工等行业,是精确地进行机械零件设计、绘制机械零件图和装配图的最佳软件。AutoCAD的应用是机械制图的一场技术革命,它能取代了手工制图方法,利用其强大的绘图功能和编辑修改功能,可以快速、准确、美观地表达出所要画的机械图样,极大的提高了绘图效率和绘图质量。
　　《机械制图》与《AutoCAD》的关系。一方面,机械制图是CAD的基础。CAD绘图不能脱离专业课程的学习而独立进行,必须在全面掌握制图的基本理论、投影规律、表达方法和国家制图标准规定基础上才能应用CAD画出符合要求的机械图。另一方面,CAD是促进制图教学的有效工具。在制图学科中引入CAD,并不是用计算机来代替人的思维,而是甩开图板,利用计算机这一先进的现代工具来推动机械制图的教学,大大缩短了以往手工作图占用的大量时间,学生可以进行更多的理论探索,教师更可以利用轴测图、三维图形变换、幻灯片文件等功能展示空间形体及空间平面的转换过程,有利于突出机械制图的重点,分解难点,帮助学生建立及提高空间想象和思维能力,同时让学生更多地见识软件的功能,培养学生对机械CAD的学习兴趣和积极性。
　　4机械制图与CAD课程有机结合的教学改革措施
　　目前,传统机械制图与计算机绘图的相结合的教学模式主要有三种:一是添加式,即在传统机械制图教材中添加几章计算机绘图内容,这种方法简单易行、操作简便,但由于计算机绘图学时少(一般就几个学时),学生无法在学习计算机绘图时进行充分练习,导致对计算机绘图学习不深入,学习效果不理想。二是独立式,将计算机绘图单独列为一门课,这种方法可以突出计算机绘图的重要性,但机械制图与计算机绘图在时间段上进行分离教学,不可避免地造成机械制图投影原理和计算机运用方面的脱节,达不到预期教学效果。三是整合式,将机械制图和计算机绘图整合成一门课,以各个知识点为单元,先后或同时介绍机械制图和计算机绘图,这种方法能将这两门课很好地结合起来,使学生达到最佳的学习效果。经过对传统教学的弊端以及两门课程之间相互关系的分析,在实践中探究了一种将两门课程有机结合的教学方法,具体改革措施如下。
　　(1)将两门课程整合为一门《机械制图与CAD》课程,以应用为目的对原有的教材和教学计划进行相应调整和优化,整合后的课程内容为:
　　①制图的基本知识和技能,包括课程的基本要求,制图的国家标准等;
　　②AutoCAD基础知识,包括用户界面、设置绘图环境和图层、基本命令等;
　　③点、线、面的投影,立体的投影;
　　④简单图形的创建,通过平面图形绘制讲解AutoCAD中的绘图和编辑命令;
　　⑤组合体视图及尺寸标注,包括画组合体视图的方法,组合体的尺寸标注,以及上机绘制组合体视图并标注其尺寸;
　　⑥机件的表达方法,包括各种表达方法的应用,以及AutoCAD机件表达方法的上机练习;
　　⑦标准件和常用件,包括螺纹连接,齿轮,键、销连接等,以及上机绘制标准件和常用件;
　　⑧零件图,包括视图选择、尺寸标注、极限与配合、表面粗糙度、形位公差、零件上常见工艺结构、读图方法,以及上机绘制零件图并进行文字、尺寸、形位公差及粗糙度等标注;
　　⑨装配图,包括装配图的画法,装配图的尺寸标注、技术要求、明细栏,并要求上机绘制装配图;
　　⑩专题测绘,强调综合技能的训练,利用一周的时间进行零部件测绘中,手工画出草图,再用CAD绘出整套图纸。
　　(2)利用AutoCAD软件授课,把两门课程的内容穿插起来讲授,使教学更加灵活。每一部分内容都要求学生对徒手绘图、读图与计算机绘图三个方面达到熟练掌握,可以把需要讲解的图形提前在AutoCAD软件中建立模型,在授课时,通过对模型的旋转、剖切等操作,加深学生对图形的理解,从而更加有效地培养学生的空间想象能力。
　　(3)手工绘图和计算机绘图应该同样重要,作业要求在图纸上和AutoCAD中同时完成。对组合体和零件图的识读及绘制是传统的《机械制图》课程的一个难点问题,由于缺乏实际的模型,学生的想象力得不到发挥,两门课程结合起来,板图作业在AutoCAD中建立三维模型,使三视图和计算机三维模型得到一一对照,学生的空间想象力就能够得到充分的释放,作业也能够完成得轻而易举。
　　(4)培养学生的创新能力。例如让学生个人或团体合作,利用AutoCAD软件设计一些简单的机械产品,这样不但可以提高学生的学习兴趣,而且让学生意识到了AutoCAD软件作为一种设计工具的重要性,另外,学生在实际操作中通常会遇到一些困难,通过对这些困难的克服,也可以促进学生对AutoCAD软件的学习。
　　(5)注重培养学生的学习方法。这两门课程的最大特点是实践性强,因此,学习中应重视理论联系实际的学风,注重对理论知识、基本方法的学习,同时由浅入深地进行大量绘图和读图的训练,逐步提高空间想象能力和构型能力。另外,学生在学习中应严格遵守国家的有关制图标准,对自己严格要求,养成良好的工作习惯。
　　(6)改革考核的方式。建立起以能力为核心,知识、能力、素质相结合的考核制度,将机械制图与计算机绘图有机结合,以实践操作为主、笔试为辅,通过手工绘图作业、平时上机练习、笔试及利用CAD实际上机绘图等综合考核学生的学习成绩。
　　5教学改革效果及结语
　　实践证明,将《机械制图》与《AutoCAD》两门课程有机结合的教学改革,很好地激发了学生的学习兴趣,有效地提高了学习效率,学生在掌握基本理论和基础知识的同时,空间想象力、绘图能力、读图能力得到更好的培养。教学中两门课程相互贯通,传统的机械制图课程显示出极大的活力,CAD辅助制图可以加深对机械制图原理和方法的理解,机械制图的原理和方法可以帮助学生对CAD绘图方法的掌握,内容上避免了重复,有效地减轻学生的学习负担,提高教学效率,学生的技术应用能力、职业实践能力和创新能力得到较好地培养,教学效果良好。
　　机械制图与CAD课程的教学改革是一个持续、动态、循环反复和逐步完善的过程,随着计算机技术的发展,除了CAD技术已在工程图中普遍应用之外,Pro/E、UG等更为先进的软件的应用也将越来越普及,今后对制图课程的改革也应随着这种趋势的发展而变化,对相关课程作进一步整合,构建新的课程体系,不断提高教学质量。