“机械制图与计算机绘图”实验教学设计与实施

张淑娟，贺俊林，武志明，赵聪慧，陈振宇

(山西农业大学 工学院，山西 太谷 030801)



“机械制图与计算机绘图”实验教学设计与实施

张淑娟，贺俊林，武志明，赵聪慧，陈振宇

(山西农业大学 工学院，山西 太谷 030801)

摘要：为适应现代农业工程及科学技术领域应用型人才培养的需求，在总结多年教学改革经验的基础上，通过基础认知、组合体拼装、装配体拆装、装配体及零件测绘、创新性实验等，构建了与理论教学同步的“机械制图与计算机绘图”实验教学体系，并且在实验教学过程中运用基于实际问题和案例等多种研究性的教学方法来调动学生的积极性，注重培养学生的工程意识和实践能力，有利于对学生空间思维能力和工程综合素质的培养。

关键词：“机械制图与计算机绘图”课程；实验教学；实践能力

DOI号：10.13320/j.cnki.jauhe.2016.0014

“机械制图与计算机绘图”课程是农业院校理工科专业学生必修的一门技术基础课，也是一门实践性很强的课程。学生通过该课程的学习，应具有绘制和阅读机械图样的能力、较强的三维形体空间想象能力。该课程一般在大学一年级开设，刚进入大学的学生由于缺乏工程实际方面的感性认识和实际经验[1-5]，在课程学习过程中有许多内容难以理解和掌握，如组合体、机件的表达方法、 零件工艺结构、标注尺寸的合理性、零件的技术要求、装配结构、计算机绘制机械图技巧等为本课程的学习难点。依据教育部、农业部推进高等农林教育综合改革的若干意见，强调要着力创新高等农林人才培养机制，加快创新人才培养，加大应用型人才培养[6]。笔者在多年“机械制图与计算机绘图”课程教学改革与实践的基础上，构建了有利于培养学生工程意识、实践能力和创新能力的“机械制图与计算机绘图”课程实验教学体系，并取得了较好的效果。

一、实验教学体系与内容

(一)实验教学新体系

“机械制图与计算机绘图”课程是在实验性教学方面，构建贯穿教学于全过程、与课堂教学同步配套实施的、与培养和训练学生实际动手能力和创新实践能力的实验教学新体系(其结构如图1 所示)。

(二)实验教学内容

(1) 基础认知实验：(4 学时)。与新生各专业入学教育结合，在开设“工程制图”课程之前由教师带领学生参观“机械加工实习中心”，使学生对机械设备、机械加工、制造、检测技术等有一个感性认识和初步了解。

图1“机械制图与计算机绘图”课程实验教学体系

(2)平面图形绘制及创新设计实验(4学时)。绘制配套习题集上提供的常见平面图形，熟练掌握各种绘图工具的使用方法和平面图形的绘制方法以及机械制图国家标准的基本规定，牢固树立贯彻国家标准的意识。再通过生活中各种仪器面板及用具等表面的分析，绘制并创新设计其表面的平面图形。

(3) 组合体三视图绘制及拼装设计实验(4～6学时)。结合组合体理论课中画组合体内容的学习，学生利用实验室提供的几百种模型，从简单到复杂，循序渐进，根据自己的实际情况，自主选择组合体模型徒手绘制其三视图(见图2，3)，既增强了学生绘制组合体三视图的能力，又丰富了学生对立体的感性认识，同时也培养了他们的空间想象能力。在此基础上，实验室为学生提供多套积木式的基本体模型，学生自己动手拼装组合体，并绘制组合体三视图；学生也利用买来的大萝卜和牙签，设计制作包含20到30个尺寸，并且考虑相交、相切、相贯、叠加，切割等典型的构型设计的复杂组合体。为了配合这一部分内容的实践，笔者设计了组合体三视图绘制百例系统，该系统既包含了百个组合体立体动画模型，也包含了对应的三视图。学生可以在实验室使用，也可以在网上自主使用，还可以在个人电脑上使用。

图2学生们徒手绘制组合体三视图

图3组合体三视图绘制百例系统模型之一

(4) 机件的表达方法选择实验(4～6学时)。结合机件的表达方法理论课内容的学习，学生利用实验室提供的几百种模型，依据各种表达方法的应用范围，根据各个机件的构型特点，自主选择机件模型徒手绘制其表达方案，既增强了学生对机件表达方案的选择能力，又加强了徒手绘图的能力，同时也培养了他们的空间想象能力。在此基础上，学生根据习题集上提供的复杂机件的三视图，确定其形状表达方案。为了配合这一部分内容的实践，笔者设计了机件的表达方法选择案例系统，该系统既包含了立体动画模型，也包含了对应的图样表达方案选择(见图4)。学生可以在实验室使用，也可以在网上自主使用，还可以在个人电脑上使用。

图4机件的表达方法选择案例系统模型之一

(5) 装配体拆装实验(2 学时)。在标准件和常用件内容学习之前，安排一级齿轮减速器拆装实验(见图5)，使学生对部件工作原理，标准件和常用件、一般零件间的联接、定位及装配顺序等有一个初步的了解。在此实验的前后，安排学生进行4 周的金工实习。

图5减速器拆装实验

(6) 零件图及装配图仪器绘图实验(8～12 学时)。结合零件图内容的学习，让学生读懂教材中的零件图，并用仪器绘制四类零件的零件图；结合装配图理论课内容的学习，根据习题集上提供的铣刀头装配图拼装练习，用仪器绘制铣刀头装配图。

(7)计算机绘图实验(8～10 学时)。结合计算机绘图理论课的学习，完成样板图设置、平面图形绘制、三视图绘制、零件图绘制、三维建模等内容的实验。

(8)课程综合实验(停课一周完成)。该实验是在该课程结束理论课教学的基础上，以设计、测量、手工绘图和计算机绘图、公差实验为一体的综合性实践(实验)教学环节，是最基础的工程训练之一。这一环节的设置可使学生对已学理论知识得到良好的巩固和应用，在工程测绘、草图设计与计算机处理图形的技能方面得到训练。这对于培养学生初步的工程设计能力和工程素质，具有非常重要的作用。结合装配图和计算机绘图理论课的学习，根据不同专业安排学生对齿轮泵、虎钳、减速器等装配体及其全部非标准件进行测绘，画出其装配示意图、全部非标准件的三维立体图、零件草图，并用计算机绘图软件绘制其零件图和装配图，训练学生徒手绘图和利用计算机绘图软件绘制机械图的能力，以及初步的部件设计能力。

(9) 创新性实验。指导部分学生参加课外科技活动，如参加全国信息技术应用水平大赛并获一等奖、全国机械装备制造综合技能大赛获二等奖和三等奖各一项、山西省机械设计创新大赛获一等奖、二等奖、三等奖个一项以及山西省科技创新项目的研究，还利用科技特派员的机会，让学生们服务企业，在生产实践中成长等。

二、实验教学方法及实施

“机械制图与计算机绘图”课程实验教学运用基于问题和案例的研究性教学方法来调动学生学习的积极性。学生与老师、学生与学生互动，把学习的主动权交给学生，让他们在实践中去学习，去总结和不断提高。主要采取了以下措施。

(一) 注重分层教学和学生自主学习

针对每个实验学生可以根据自己的兴趣选择难易不同的题目，如组合体三视图的绘制可以依据学生自己的基础，来选择不同难易程度的组合体模型；组合体拼装实验由学生自主确定；再如装配体测绘实验提供给学生：千斤顶、齿轮泵、球阀、平口钳、一级齿轮减速器等，学生自主组建小组，学生真正成为实验的主人，自主解决相关实验问题。

(二) 注重工程意识的培养

从工程实际出发，针对每个实验提出关键要考虑的工程实际问题，引导学生思考和讨论。如在分析装配结构时提出：零件之间的装配连接是螺纹连接，还是销连接、键连接？零件间的配合关系如何？为什么选择这种配合？零件的结构特点如何？和它在部件中的功用有什么关系？等等。提出这些问题让学生在实践中自己去分析、思考、讨论，找出答案。对实验中出现的各种问题，教师应指导学生自己动手查阅相关标准、教材及手册等资料，并及时发现错误和提出修改意见，使他们学会自主思考和解决问题，而且保持严肃认真的工作态度和工作作风。

(三)加强综合绘图能力的训练

仪器绘图、徒手绘图和计算机绘图是现代工科学生必须掌握的绘图技能。在实验教学中，学生要完成大量的绘图工作，对上述3 种绘图技能都将得到充分的训练，而且重视培养学生绘制草图能力的训练，大大提高了徒手绘图的速度和质量；培养学生查阅设计资料的能力和严格执行国家标准的良好习惯；学生在计算机绘图能力、图形处理能力和对计算机绘图新技术的适应能力方面有了大幅度提高。

(四)加强创新能力的培养

针对每一个实验都鼓励学生树立创新意识，促进学生创新能力的培养，鼓励学生自已提出问题，想办法解决问题，从而获取知识。如在进行平面图形绘制时，自己依据日常生活的积累，设计新的实用的平面图形；在组合体组装时，自行设计满足一定要求的组合体。引导学生参加本校组织的CAD大赛；参加山西省和国家组织的机械创新设计大赛等，通过创新实践训练，使学生体验创新设计的初步过程，培养和锻炼他们的工程素质、创新意识和实际动手能力。

(五) 成绩评定

以学生上交的作业质量和答辩情况为主要依据，并综合考查学生平时的工作态度、分析问题和解决问题的能力情况，以百分制计。

三、实验教学效果分析

基于上述实验教学体系和内容及课时的安排，采取上述教学手段及方法，结合学校应用型本科教学的特点，2010年修订了实验教学大纲，编写了实验指导书，并在农机、运输2010、2011、2012级6个班学生中进行了试点，实验教学实践初见成效，主要体现在以下几方面。

(一) 培养了学生主动探索的兴趣

在实验过程中，教师始终引导学生主动探索，主动解决实验中遇到的问题和困难，学生们通过提出问题、讨论、查找资料，找到了解决问题的方法，感觉收获很大，很多学生都愿意花费更多的时间留在实验室，继续探索，热情很高。

(二) 培养了学生的实践应用能力

实验教学的建立，使学生巩固了所学的理论知识，并且将理论与实践紧密结合，提升了课程知识的综合运用能力，提升了该课程的教学质量，也为后续专业课程的学习奠定了较好的基础。通过实验教学的学习，学生的动手能力大大增强，学生的创新意识和能力有明显提高，在大学生各类竞赛活动中获得了较好的成绩。如2014年参加全国大学生机械创新设计大赛获山西省赛区一等奖和国家二等奖各1项，参加全国信息技术应用水平大赛获一等奖1项、二等奖3项和三等奖3项。

(三) 培养了良好的团队协作精神

在许多课程实验教学过程中，尤其是在课程综合实验中，学生的学习和工作是以小组为单位，很多工作需要小组成员相互协调合作才能完成，这就在很大程度上培养了学生的集体观念和团队作业精神以及相互沟通协调与组织能力。同时也培养了学生团结互助、取长补短、相互学习的优良作风。

(四) 促进了学生就业

由于培养出学生的专业基础知识扎实，时间能力强，受到了用人单位的欢迎。就2011级机制专业的学生就业的情况来看，除考取研究生的学生之外，其余的90%以上的学生都从事和机械有关的管理、设计、制造等工作，就业率位居全校第二。

(五)促进了教学团队的发展

“给学生一碗水，教师必须有一桶水”，多年来，我们已形成机械基础系列课程教师相互交融的教师团队，既解决了农业院校工科专业学生数量少，教师在每门课上配备少的问题，又由于教师专业知识的储备，可以更好地培养具有工程意识的应用型人才。随着课程综合实践和创新能力的加强，教师团队也在迅速成长，目前团队已有教师11人，全部硕士以上学位，其中，有4位老师博士毕业，有两位老师是博士生导师。

四、结语

在全国高等农林院校教学改革工作视频会议上，袁贵仁部长强调要着力强调高等农林教育实践育人环节，进一步加大实践教学投入，加强实践教学改革。新的“机械制图与计算机绘图”实验教学体系的建立和实施，有利于提高学生理论联系实际的能力，有利于培养学生的创新和动手能力，有利于提高学生的工程意识和专业素质，为学生今后相关专业课程的学习及未来工作奠定了扎实的基础。

新的“机械制图与计算机绘图”实验教学体系的实施，还需要建立更好地实践基地，需要走出去，或者请进来，与相关专业企业相互交融，这是一个比较难以解决的难题，但也是一个提高学生工程意识和实践能力的有效途径，有待于在以后的实践中进一步去拓宽。

参考文献：

[1]童秉枢,高树峰. 谈工程图学教学中学生创新能力的培养[J].工程图学学报，2008(6):1-6.

[2]王秀英,白海英,张秀芝. 面向创新人才培养的工程图学综合实践[J].工程图学学报，2009(5):148-152.

[3]付成龙,杨小庆,田凌. 机械制图研究型小课题的探索与实践[J].工程图学学报，2010(4):156-160.

[4]冯涓. 美国高校工程图学教育特色分析[J].工程图学学报，2008(3):139-144.

[5]莫春柳,唐超兰.从工程化的视角构建工程制图的教学模式[J].工程图学学报，2009(6):153-157.

[6]教育部,农业部,国家林业局.关于推进高等农林教育综合改革的若干意见[EB/OL]. http://www.moe.gov.cn/publicfi/s/business/htmlfiles/moe/s7831/201404/ xxgk-166947.html,2013-12-11.

(编辑：刘伟霄)

收稿日期：2015-09-30

作者简介：张淑娟(1963-),女,山西襄汾人,博士,教授,主要研究方向：工程图学、计算机辅助设计、农业机械设计。

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

文章编号：1008-6927(2016)01-0059-04

资助项目：国家级精品资源共享课建设项目；山西省精品资源共享课建设项目；山西省教学研究项目(编号：J2011025)；中华农业科教基金教材建设研究项目(编号：NKJ201203001)。