立足提高学生职业能力的机械制图课程改革

丁晓影

[摘 要]机械制图不仅是一门重要的技术基础，也是一门重要的技能培训课程。随着全世界制造业的飞速发展，机械制造业正在向高、精、尖纵向深入，不再是传统的单一模式。这对机械制图教育提出了更高、更新的要求。机械制图教育要以社会岗位需求为导向，以职业能力培养为目的，使学生掌握高素质职业技术专门人才所必需的机械制图的基本知识和基本技能，具备运用制图知识解决工程实际问题的能力。因此，机械制图课程的教学应注重制图基本知识与产品设计思维的结合，合理确定理论教学与实践教学的比例、课程内容，形成结构合理、特色鲜明的机械制图教育体系，以适应企业对人才综合素质的要求。

[关键词]工程图学；机械制图；教学改革

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）05-0096-03

机械制图课程一直是我国高校工科学生必修的技术基础课，对培养学生的形象思维能力和创造性空间构思能力起着重要作用。随着机械制造业的智能化和信息化技术的飞速发展，社会对传统的机械制图教育提出了更高更新的要求。为适应时代的发展及社会的需求，机械制图教育更应注重图学思维模式与设计思维的统一，强调传统方式的可视化图纸与计算机特征建模表达方式的综合应用，强调学生构造、描述形体形状和表达、识别形体形状的能力的培养，强调实践性教学和学生的自主学习相结合的教育模式。因此，笔者结合我校情况，就进一步深化机械制图课程的教学改革提出几点建议，以使其适应企业对人才综合素质的要求。

一、教育思想——从三维出发，为产品设计、制造服务

机械图样是高浓度的工程信息的载体，承载着产品结构设计，组织产品加工过程的信息交流。机械图样的作用也不仅是对工程对象的形状、大小和技术要求的表述，而且还应在推进工程设计的方法、启发设计思维、交流设计思想和传递机械工程信息中起到积极的推进作用。机械制图课程的教学目的应该由单纯的教会学生画图、绘制形体，转化为产品设计图样直接驱动数控机床为制造服务，实现无纸化生产。

（一）从三维出发，多种表达方式并重

早期的机械制图课程无论是教育思想、教学组织还是教学内容，都沿袭了旧的制图课程体系，注重学科的传统性，尤其注重用二维视图来表达形状和大小。在日常教学和相关企业生产设计调研中，我们发现，目前的工业生产的方式是以计算机三维实体造型为基础的特征建模表达在数据文件中，作为数控加工的数据，从而实现计算机辅助设计、计算机輔助工艺设计和计算机辅助制造的一体化无纸生产模式。因而，将传统机械制图教育与科技含量高的计算机辅助设计和人工智能制造技术有机结合不仅是急社会之需，也是提高教学质量和高素质职业技术专门人才培养的重要途径和手段。因此，机械制图教学也应由目前着重二维视图的表达，逐渐改为从计算机三维设计开始，紧紧围绕为产品设计、制造服务这一主题，将形体的三维实体造型与二维视图的表达结合起来，在设计和加工过程中综合应用多种表达方式，将科技含量高的三维建模技术融入、渗透到机械制图课程中，形成新的教学体系、教学内容和教学方法。我校在机械制图教学中融合西门子公司的UG软件，介绍制图基本知识的同时用UG软件介绍三维建模的表达方法，教师通过UG软件讲解建模的多种方法，借助软件的投影视图功能来进一步讲解投影形成的原理和绘制二维图的方法。学生通过这种教学方式既可以掌握三维建模的表达方法，对产品设计和制造也有一定的了解，还可以更好地理解投影的原理，从而掌握投影制图的方法。要在UG三维建模理论的基础上展开二维投影制图方法的教学，在整体产品设计的过程中引入基本视图、剖视图、断面图等。在机械制图课程中，三维表达和二维表达的教学不再是分离的两个部分，而是相互交融、相辅相成的。从三维建模表达的学习和训练对学生理解投影基本原理、提高空间思维能力、掌握和运用二维视图均有很大帮助。

（二）强调徒手绘图能力的培养

随着高校将UG、SolidWorks、AutoCAD等计算机绘图软件融合到机械制图课程体系内，使用计算机代替尺规绘制二维工程图样及三维造型已经成为机械制图课程的发展趋势。但是，在与企业合作的过程中我们发现，在机械产品设计的初级阶段和零件产品创新改造的过程中，最直接方便的表达设计意图的方法仍然是徒手绘制草图，更为重要的是徒手绘制三维和二维草图在设计过程中可以起到快速捕捉设计思路、启发设计思维的作用，徒手绘制草图甚至成为工程设计人员的现场交流重要方式。由此可见，徒手绘图能力的培养是机械制图课程不可缺少的一部分，是学生必须具备的工程技能之一。针对本校机械制图课程课时减少，课内安排徒手绘图的时间较少的情况，为了促进学生徒手绘图能力的进一步提升，我们采用的方式是“以赛促学”。在机械制图课程的第一学期，我们组织学生开展校内制图大赛，大赛的首项内容就是徒手绘制二维图和三维图；在机械制图课程的第二学期，我们组织学生参加上海市先进成图大赛，大赛中二维组竞赛项目也包含徒手绘图。竞赛提高了学生的学习兴趣，同时也使其更加重视自己的徒手绘图能力。徒手绘图更能锻炼学生的形象思维能力和逻辑思维能力的有机结合，更好地促进制图能力和产品设计能力的提高。因此，在机械制图改革中，徒手绘图的教学要求进一步明确并提高，学生在整个课程中要经过多次现场徒手绘图训练，包括目测零件尺寸，徒手绘制二维图和三维图。这样的教学模式既提高了学生徒手绘图的技能水平，使学生具备运用制图知识解决工程实际问题的能力，也体现了为产品设计和制造服务的初衷。

（三）课程内容强调实用性

机械制图是一门理论教学与实践教学并重的课程，且实践环节对课程的学习掌握及运用能力形成尤为重要，为了使教学更好地与企业接轨并为企业服务，机械制图的教学应更注重实用性。因此，课程中包含零部件测绘、零部件创新改造及项目设计等训练内容。零部件测绘旨在提高学生的动手能力，正确使用工具拆装机器部件，使用量具测量零件，训练其手绘图的能力，使其掌握制图知识并能综合运用。零部件创新改造则旨在提高学生的创造性思维，使其能将自己所学的知识综合运用，为机械产品设计提供新的设计理念。与前两者不同的是，项目设计充分体现了研究性训练要求。教师对项目设计提出了非常明确的要求，学生通常以分组形式进行的项目设计贯穿了整个学期。项目设计模块更多地融入了学生使用工业软件设计产品的创新能力，主动引导学生如何应用信息化三维模型和基于三维视角下的二维工程图样的表达，让学生在产品设计过程中，自觉地将概念设计、结构设计、工艺设计和企业需求等结合起来完成设计目标。例如上学期的项目设计是以登月为主题的月球探测车的设计，学生要结合应用背景和需求，对月球探测车的结构合理、可靠、实用、美观以及对机械设计操作的便利性等方面进行分析，继而设计出如图1和图2的月球探测车。

在整个项目设计的过程中，学生没有现成产品作为参考，而是根据自己产品设计的主题，先徒手绘制草图确定产品设计方案，再用计算机三维造型表达产品整体设计思想，最后用工程图样模拟指导产品加工制造来完成自己的设计。此模式旨在鼓励学生带着问题去看书、分析、实践，注重培养学生学习的主动性、自觉性及综合应用能力；便于在教学中展开研究式的学习训练，将学习与发现、探索过程相结合；使学生在学习中成为发现、理解、评价和应用知识的主动参与者；促进教学以主动的、基于实践的、内容之间有联系的系统认知方式来进行。

随着计算机辅助绘图软件在产品设计中的应用越来越广泛而深入，机械制图教育越来越无法独立于计算机软件，尤其是在三维设计中，结合计算机绘图软件的三维教学更具实效性。计算机二维绘图及三维造型软件的使用，也是当今学生应该掌握的基本技能。因此，现在的机械制图教育必须将工程制图的理论与计算机软件两者结合起来。

二、教学组织——搭建教育助力平台，实行互动式教学

机械制图课程一般由授课和上机实验组成，同时本校教师还安排有坐班辅导答疑和自习辅导。因此除了在课堂上强调师生的交流和互动，课后教师利用辅导答疑时间可以就重点问题与学生展开讨论，回答学生问题，进一步辅导学生的学习，帮助学生查漏补缺，提升教学效果。除了面对面交流外，教师还可利用计算机网络，微信、QQ等信息平台，建立机械制图网络教学平台，内容包括课程教学大纲、课程电子教案、课程参考习题及答案、课程现场教学视频、课程CAI多媒体课件、课程零部件三维模型库、课程实验指导书、机械制图标准及计算机绘图标准等。教学网络平台为教师的教学及辅导，为学生学习及课后做作业辅导搭建了一座桥梁，创造了一个无形的课堂。通过不断更新网络资源，建立教与学的互动论坛，它不受时间和空间的限制，学生只要想学想问，每台联网的计算机都可以满足其要求。教师以课堂为主、课后辅导答疑和网络互动为辅的互动式教学模式，能及时解决学生学习中的疑问，共同探讨解决问题的方法，使得学生的学习兴趣大幅度提高了。

三、教材改革——内容详尽，与设计紧密结合

机械制图是一门实践性很强的课程，因此与教学改革相适应的机械制图教材也应做适当的调整。国内众多机械制圖教材的宗旨是培养学生的画图能力和读图能力，因此教材各章节内容详细，知识点梳理清晰，理论性、概念性的内容偏多，实际应用性的内容不足，缺乏将机械制图知识与机械设计融合的内容。最近笔者阅读了美国Bertoline编写的《Fundamentals of Graphics Communication》教材，该教材与国内教材的不同之处在于，整本教材的知识点紧紧围绕产品设计来进行工程图表达方法的讲解，内容包括工程几何，三维实体造型，徒手绘图，正投影的三视图、斜视图和剖视图表达，轴测图和透视图，零件图和装配图，尺寸与公差，工程设计过程等。教材在内容上更加丰富，结构更加严谨。这本教材不是将重点放在学会绘图和读图上，而是放在工程应用上，注重培养学生的工程应用能力。因此，为将教学改革顺利推进和更好培养学生工程综合应用能力，机械制图的新教材编写可以借鉴Bertoline编写的《Fundamentals of Graphics Communication》教材，并结合本校具体情况进行编排，将教材的着眼点从教会学生画图、看图，调整为训练学生的工程图学思维方式。我们将在教材中加强三维形状内容，使教材内容围绕“形体形状的描述与构建”和“形体的投影与表达”两条主线并行展开，把计算机绘图实体造型与二维图样表示法完美融合，让学生通过计算机造型对零件的形状和投影图形成有更多领悟，从而激发他们的学习热情。考虑到当今时代电子产品的冲击，现在学生的学习生活离不开手机、Ipad等电子产品，新机械教材的另一特色是在教材中插入例题讲解或课程内容讲解的二维码，学生阅读教材时可以用手机等工具扫二维码来观看或聆听例题或课程的内容讲解，让学生可反复学习相关知识，使学生学习更便利、更有效。新教材的内容要引导学生如何应用信息化三维模型和基于三维视角下的二维工程图样的表达，让学生在产品设计过程中，自觉地将概念设计、结构设计、工艺设计和企业需求等结合起来，内容上具有实用性和可视性，让学生更专注于机械结构设计表达的范畴。这些都有助于学生开阔工程视野，进行更深入的学习和研究。

四、结束语

世界范围来看，工业4.0概念引领了全世界制造业的发展方向，要实现“中国制造2025”，加快从制造大国转向制造强国的目标，企业的必由之路是打造数字化企业，将数字化产品的使用情况反馈给产品创新部门，驱动新的创意产生。基于模型的数字化企业是每一个装备制造业工作者迎接时代的必修课，未来制造业工程师必须具备数字化产品创新设计能力。机械制图教育应以社会岗位需求为导向、以职业能力培养为目的，使学生掌握高素质职业技术专门人才所必需的机械制图的基本知识和基本技能，具备运用制图知识解决工程实际问题的能力。因此，机械制图课程的教学应注重制图基本知识与产品设计思维的结合，合理确定理论教学与实践教学的比例和课程内容，运用多媒体课件辅助教学，融合计算机辅助技术，形成结构合理、特色鲜明的机械制图教育体系，更好地为产品设计和制造服务，以适应企业对人才综合素质的要求。总之，希望机械制图的教学改革可以更好地提高教学效益，培养出未来制造业需要的技术工程师。

[ 参 考 文 献 ]

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[责任编辑：刘凤华]