机械制图课程教学方法优化及创新的探讨

左永强 周思柱 杜镰 王琼

［摘要］本文探讨了机械制图课程传统教学过程中存在的弊端，并旨在探讨高校机械制图课程可以优化和创新的方面，主要包括与高等数学空间解析几何结合教学，与CAD技术结合教学，与最新国家标准结合教学。其中将机械制图与高等数学结合教学为国内首次提出。

［关键词］机械制图空间解析几何国家标准

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）10-0079-02工程图样长久以来一直被称为“工程界的技术语言”，在实际生产中随处可见其应用。除机械专业外，土木、建筑、电力、化工等非机械工科专业也应用甚广。它通过直观的图形和详细的数据表达了设计者的意图，是实际制造或生产的主要指导和依据，并且也是优化设计、维修保养、事故追责等的重要资料。机械制图作为技术制图的一种，以机械样图为主要教学内容，是每个技术人员必须掌握的基本功。本文就实际传统教学过程中教学形式单一枯燥，理论实际结合少，学生空间想象力培养过程缓慢，不能因材施教，学生标准意识薄弱等弊端相继提出了一些创新和优化的教学方法。

一、传统机械制图教学弊端

（一）教学形式单一枯燥

现阶段传统机械制图课主要以老师课堂理论讲解，学生听课和老师布置作业，学生课堂或课后完成作业为主要内容，这种单一的形式让学生容易产生一种为学分而学习的不良倾向，而背离了培养学生的学习兴趣和学以致用的目标。学习重要的是培养兴趣，就学生反映这种教学形式并不是最佳良方。

（二） 理论与实际结合不够

本课程本该是理论与实际结合紧密的课程，这样才能达到学习的最佳效果。例如在画各种标准件时学生是单方面被动灌输标准件画法，而可能直到课程结束都没见过实物，缺乏感性认识。另外，部分高校机械制图课程教材的标准不是国家最新制图标准，导致学生学习的知识陈旧不适用，企业方面也存在企业内制图标准（尤其体现在标题栏和明细表）和国家标准、国际标准、行业标准不接轨等现象。作为机械学生，标准二字应该牢记心中，并要因地制宜，灵活运用，制图最终的目的是要清晰、规范、美观地表达工程意图，服务于工程实际。

（三） 空间想象能力培养效率低

机械制图学习最关键的是学生空间想象能力的培养，现阶段主要依靠讲理论课和作业、考试方式来培养。在教学过程中许多问题和复杂图线是难以用语言表述原因的。例如对于初学者来说，相切、虚线、相贯线等问题很令学生头疼，常常会出错。这些重要概念要能够深入学生脑海，必须要有一段时间的手动练习和多加思考，直到空间想象能力到达一定程度后才能运用自如。

二、机械制图与高数空间解析几何结合教学

工程图样最基本的图形元素无非点、线、面、体。而对于工程实际所遇到的问题中，这些元素基本都可以用空间解析几何知识来描述。但事实上，许多高校学生在学习完高数这部分知识后就放下不管，学习机械制图这门课时根本不会将两者结合。另一方面，高校制图老师多数对高数知识不熟悉或者忘记，只是单纯具有较强制图能力，授课时也基本不提及空间解析几何的知识。下面以制图中十分常见的相贯线来说明两者结合的妙用。假设一圆筒A半径为a，另一圆筒B半径为b，两者轴线垂直相交。以相交空间中心为原点建立如图空间直角坐标系：由高数知识知圆筒A的曲面方程为：

x2+z2=a2………（1）

圆筒B的曲面方程为：

x2+y2=b2……（2）

求两曲面的相贯线只需将（1）（2）联立：

x2+z2=a2x2+y2=b2……（3）

即为相贯线空间几何解析表达式。

在教学过程中学生最难理解的是如图中主视图相贯线画法，其实主视图即为空间曲线在YZ平面的投影,根据解析几何知识得到投影曲线方程为：

z2-y2=a2-b2x=0……（4）

当a≠b时，可知相贯线投影即为双曲线，化成标准方程：

■-■=1x=0……（5）

可知当a＜b双曲线顶点坐标为（0，■，0）；当a＞b时双曲线顶点坐标为（0，0，（a2-b2）），通常制图过程中顶点通过俯视图和左视图来确定。

当a=b时，方程（4）退化为：

z2-y2=0x=0……（6）

进一步简化为：

z±y=0x=0……（7）

可知即为两条在YZ平面的垂直相交的象限平分直线。

通过利用高数解析几何基础知识从理论上说明了相贯线的形状及重要位置参数的确定。对于学习过这部分高数知识的学生两者结合学习将理解更深刻透彻，运用更灵活。目前至少可以在两个方面进行一定的改进：1.在制图教材上使用融合简单解析几何知识，从理论和时间两个方面让学生真正掌握制图;2.高校在招聘教师时尽量选择综合型人才，除熟练掌握手工及计算机制图理论外，基本的高数知识也是必要的。

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图 1两圆筒面正交相贯线

三、机械制图与CAD技术结合教学

CAD技术是紧密伴随着计算机技术的发展而发展的，通过计算机的辅助设计大量减轻工作人员脑力及体力消耗，同时提高设计效率和质量。国内现今的制造行业流行CAD软件主要有AutoCAD，Solidworks，PROE，UG，CATIA等，为了适应时代趋势，将机械制图与计算机制图结合教学应该在全国高校广泛实行。机械专业学生机械制图课程可以设置为三个类型的内容:理论教学，手工制图，计算机绘图。大部分学校都要求理论教学和手工制图，并且已实施多年，但计算机绘图课时与要求不尽相同。

结合以上实际情况和未来趋势，建议在以下方面进行改进：1.在理论教学过程中，教师应该多采用图形显示教学，如课堂操作三维软件建立简单模型（复杂模型可以提前建好），调整视角演示投影视图，帮助学生理解二维图，从而建立二维与三维模型关联，培养空间想象力；2.手工绘图初始阶段主要以“照葫芦画瓢”的方式进行，手工绘图后在课余时间鼓励有能力与时间的学生利用计算机完成二维图与三维图，并提供适当思路与帮助。3.专门设置计算机绘图课时，让学生思维能实现二维到三维，三维到二维迅速转换，熟练掌握手工到计算机绘制，并能快速识图、绘图，设计图纸。

四、机械制图与最新国家制图标准结合教学

机械制图标准的意义在于对机械制图的规范化和通用化，促进设计、分析、制造多方协调工作，对整个行业的健康持续发展意义重大。

作为教学环节，机械制图课程应该注重实时向学生灌输国标概念。 把学生培养为严格遵循标准，灵活运用标准，大力推行标准的主力军，促进我国工业化道路的健康持续发展。针对目前教学存在的弊病，建议从以下几个方面优化：1.教材编者在编写前要认真研读最新国家标准，严格遵从标准来编写相关课本书籍，做到给读者最新的最准确的信息，一本好教材，能使众多学生受益。这也是课程开始前贯彻标准的起点；2.机械制图教师应该时刻保持与时俱进的思想，对国标更新改动要了如指掌，熟记于心。对学生起表率和督促作用，响应国家政策。很多书并非按最新国标编写，教师一旦发现应及时帮助学生改正，并在课堂总结，避免更多同学犯同样问题；3.在考试环节设计关于新国标内容的考查，针对学生平时容易犯的问题出题；4.必须重视机械制图中涉及CAD制图标准，使得学生学习机械制图不仅在手工绘制时严格遵循最新国标，计算机绘制图纸时也时刻不忘按照国家标准执行。

总之，以上课程优化创新方法与最新标准若都能因地制宜地在机械制图课程教学过程中铺展和实践开来，将会是件促进教学相长的喜事，也毫无疑问将进一步推动我国课程改革的潮流。

［参考文献］

［1］王慧，刘鹏.机械制图［M］.北京:机械工业出版社,2012.

［2］同济大学数学系.高等数学（第六版下）［M］.北京:高等教育出版社,2007.

［3］唐晓初,李静,赵恒华.机械制图考试模式的改革探索与实践［J］.工程图学学报，2009，（1）.

［4］鄢春艳.机械制图与CAD课程教学改革的探索与实践［J］.职业教育研究，2008，（2）.

［责任编辑：左芸］