基于三维CAD平台的机械制图课程改革探索

高　巍

机械制图是机械行业的通用语言。每一名职校机械专业的学生,都必须掌握使用这门语言进行读图、绘图、空间想象和形体表达的实际技能。基于社会对职校培养高素质劳动者和应用型人才的要求,如何在现有条件的基础上探索出一条新的制图教学道路,以解决学生严重缺乏三维空间想象能力的实际问题,培养其对机械图样的理解能力,提高其学习兴趣,已成为职校机械课程教学改革中的重要课题。

在继承中谋求创新,在创新中获得发展。这是课程改革建设的共同特点与规律。随着现代计算机技术的飞速发展,计算机辅助设计技术(CAD技术)也已成为现代工程图学的重要组成模块。在内容上,传统的机械制图完成了与全新的计算机图形学的融合;在教学方式和手段上,先进的计算机多媒体与网络技术给予机械制图教学全新的方式。职业院校也敏锐地觉察到了CAD技术对机械制图课程教学改革的重要作用,并进行了积极探索。无锡立信职教中心校在研究机械工程图学发展趋势的基础上,对机械制图课程的内涵和外延、课程定位、教学体系、教学内容、教学手段、考试方式、教学质量评价体系等方面,进行了创新研究与大胆的改革实践,构建了基于三维CAD平台的全新制图课程教学模式,使课程有利于学生综合素质的培养,且具有广泛性、交叉性和时代特征。

基于三维CAD平台的制图教学环境的创建

根据实际条件和教学要求,创建先进的三维CAD制图教学环境是本项教学改革的前提。

合理选用三维CAD软件在现代工业企业中,三维CAD软件应用广泛,种类繁多。常见的三维CAD软件如Pro/Engineer、UG、Catia、Solidworks等,都具有强大的三维建模功能。这种基于参数化设计的三维数字模型有助于改变传统的实物模型教学模式,不仅节省了购置模型的成本,而且大大提高了教学效率。直观、方便是利用这一平台教学的最大优势。职业学校在教学过程中应根据本地区企业的实际情况和学校预算对软件进行合理选用。

构建校园多媒体环境下的三维模型库《机械制图》作为机械类的重要基础课,需要使用大量的教学模型,以增加学生的感性认识,最终达到培养空间思维能力的目的。传统的教学模型制作成本高,易损坏,不易携带,且不能修改,很难满足现代制图教学需要。而选择应用三维CAD软件,结合计算机多媒体技术创建学校的三维模型库,可以有效解决上述问题。随着职业学校硬件条件的发展,多媒体教室、机房、校园网已经具备了支撑三维模型库的实际能力。师生可以随时利用校内任意一台连网计算机下载相应的三维数字模型,从而优化教育资源,提高教学效率,最大限度激发学生的学习兴趣,并为后续课程的开展奠定坚实的资源基础。

基于三维CAD平台的制图教学内容及实施思路

(一)教学内容的合理调整

现代制造技术已经从以往的计算、绘图和制造发展为当今的三维建模、虚拟制造、智能设计及CAD/CAE/CAM集成阶段。三维参数化设计软件作为当今最先进的CAD软件,在发达国家与工程设计有关的各个领域中得到广泛应用,如波音公司就在其新一代777客机生产中实现了“无图纸设计”。在这种趋势下,职校制图课程教学内容的调整迫在眉睫。

弱化画法几何部分的训练以往制图教学内容中画法几何部分应予以较大幅度的删减。如椭圆的画法、正多边形的画法、轴测图画法等内容,不应再作为手工绘图的重点进行训练。教师在讲解知识原理以后,应立即引导学生使用先进的三维CAD手段完成图样。根据职校学生的培养目标,尽力安排后续的课程设计使用三维CAD平台完成,以实现毕业生与企业员工在能力上的无缝对接。

调整传统的先投影、后三维的教学顺序传统制图教学从投影法开始引入三视图画法,再到反向三维想象能力的培养。这样的顺序对当前职校学生自我学习能力较差、空间概念淡薄的现状已显得力不从心。三维CAD软件提供了从三维到投影的全新解决方案。教师可以首先从组合体部分讲解,培养学生用三维空间考虑问题的能力,而后引入三维模型,过渡到投影视图教学。

确立组合体视图识读为次重点,零件图识读为重点这两者中,前者是入门知识,着重培养空间想象能力,后者是学生必须掌握的知识,与后续课程及就业需求息息相关。组合体识读是机械制图课程的教学难点。以往,由于模型数量不多,种类匮乏,学生想象力得不到开发。现在,依靠三维CAD平台,建立完备的模型库,课上教师直观展示叠加、切割等各种组合方法,让学生接触到三维模型投影成三视图的全过程,过去教学中的问题迎刃而解。学生的空间想象能力得到了实质性的提高,而该部分的教学课时也得以大幅缩减。在零件图识读模块教学过程中,也可以利用三维模型直观展示,如倒角、圆角、键槽、孔等各类工程特征,利用软件的参数化特性讲解结构特点,从而培养学生的工程素养,为后续机械设计等课程的开展奠定基础。装配图讲解也可以利用三维CAD软件的装配模块完成,通过让学生直接观察零件——装配——零件图——装配图的整个过程,降低装配图识读入门的难度。

(二)教学思路的革新

始终坚持直观性原则在教学过程中利用软件特征堆叠的特性,让学生看清组合体、零件的特征结构,了解机械图样中抽象图符的含义,直观清晰地理顺二维图样与三维模型之间的对应关系。

充分利用三维CAD软件的工程图模块三维CAD软件能够对零件直接进行投影形成三视图。可以利用这一功能引导学生,培养他们从二维到三维、再从三维到二维的思维转换能力。教学实践证明,学生的读图能力得到了显著提高。

合理分配学生观察与动手实践的时间比例制图教学归根到底应以学生动手实践为主。三维CAD软件的出现虽然给教学带来了新思路,但是不应动摇学生的学习主体地位。软件演示虽然能给学生较强的刺激,激发他们的学习兴趣,但长时间的兴奋过后不可避免会带来思维疲惫。实践证明,在课堂45分钟里,软件演示时间应控制在25分钟以内,剩余时间合理安排学生动手实践。

注重先进教学手段与传统教学方法的结合在多媒体教学环境下,教师往往忽视板书、提问等传统教学手段。学生在形式丰富的多媒体环境中,往往容易被五光十色的表象所吸引,而忽略了笔记、思考等环节。教师在教学过程中应注意将多媒体手段和传统教学手段相结合,引导学生充分利用课堂时间,以追求最佳的教学效果。

基于三维CAD平台的制图课程评价体系的革新

《机械制图》课程是一门实践性很强的技术基础课,既有理论讲授又有绘图实践。因此,单纯的考试不能全面衡量学生的学习情况,应该在注重学习过程控制的基础上,采用合理的考核方式,综合客观地评价学生的学习质量。

全面评价促使学生的工程素质全面发展。三维CAD技术引入制图教学之后,考核应去除几何绘图部分内容,降低组合体部分的分值比例,偏重对零件图、装配图和平时作业的考核。

开放式考查培养学生的创造能力和创新精神,在考核中允许学生利用三维CAD平台,在教师允许的范围内针对某一课题进行创造性发挥,在得到相应的指导、完成课题后考查其创新指数,予以合理评价。

实践性考查考查中应注重学生实践能力的培养。选取考核项目时,尽量选取企业工程实例或教师开发的产品,有条件的让学生在完成课题过程中真正到企业一线去参与实践操作。

分层次考查不搞一卷制评价,在三维模型库的支撑下,有重点地合理分配考核项目,培养学生的强项,补足学生的短处,充分激发学生的学习兴趣。

三维CAD技术的广泛应用对职校制图课程改革而言,既是一个机遇,又是一个挑战。如何充分利用先进技术,同时融入成熟的教育理念,构建一个全新的机械制图课程教学模式,已成为当今职校课程改革需要解决的重要问题。

参考文献:

[1]王幼龙.机械制图[M].北京:高等教育出版社,2005.

[2]陈宁娟.数控车削实训与考级[M].北京:高等教育出版社,2008.

[3]余强.Pro/e机械设计与工程应用[M].北京:清华大学出版社,2007.

作者简介:

高巍(1981—),男,无锡立信职教中心校助理讲师,全国CAD应用培训网络讲师,国家制造业信息化三维CAD项目认证培训讲师,研究方向为机械制图、CAD/CAM专业教学。