基于CAD的《机械制图》教学方式初探

杨 晨，曾瑞敏

（贵州大学大数据与信息工程学院，贵州 贵阳 550025）

1 机械制图的现状

《机械制图》是基于CAD计算机软件对工程图进行绘制的一门应用型课程，是应用型机械制造、交通运输等相关专业一门重要的专业基础课。

机械制图是学生学习其他课程，进行技术交流的基础，是学生毕业后从事技术及工程相关工作应具备的基本技能。新时代的基于CAD的机械制图课程，引入CAD计算机辅助软件，比起传统的手工绘制教学，节省了制图时间、提高了课堂效率，提升了制图的质量。导师利用计算机技术，可以更加立体直观地向学生展示二维模型到三维模型的变换过程，强化学生空间思维能力，进一步促进学生掌握机械制图专业知识，实现CAD机械制图优质教学。

目前，众多的工科高等院校开设了《机械制图》课程，但课堂缺乏创新性，多为老师传统的授课方式，缺乏创新向导式的教学与实践模式，与多媒体、计算机的结合不够深入，学生对枯燥的课程内容提不起兴趣。针对不同层次的学生，制图任务布置得相同且单一，学生缺乏主观能动性、原创性、积极性，难以学到扎实的专业机械制图技术，更谈不上举一反三、活跃创新的工程制图思维了。

2 向导式机械制图教学

结合目前高等教育的需求，贵州大学增加了计算机工程绘图的教学课程，如《机械制图》课程。按照项目化的发展形式，逐步地介绍不同图形的绘制方法与规律，重点是实际操作技能的培养。《机械制图》任课导师转变了教学理念，改变传统的教学方式，采用“引导”、“启发”式的创新教学模式，由简到繁，难度逐渐递进，且将机械制图的理论与实际操作相结合，关注、重视学生的学习兴趣。

课程分为基础训练、平面绘图、零件三视图、三维立体图、工程图等循序渐进的课程项目。根据制图的基本过程，设置如下项目：CAD基础知识、平面图形绘制、零件三视图的绘制、典型零件图绘制、装配图绘制、简单零件实体造型、工程图输出打印、综合绘图实训等。在每个项目中又单独设置典型的工作任务，引导相关制图知识的学习，期间穿插大量的应用案例，课堂上边学边练，有助于快速提高制图技能。

首先是对AutoCAD的工作界面要有初步的了解，教师授课与计算机操作结合，辅助同学们迅速掌握软件命令的几种输入方式。理解绘图区域和单位设置，掌握图层、颜色、线型、线宽设置，掌握辅助功能的设置，掌握绘图命令等。对制图步骤、操作熟悉之后，针对不同同学制定多元化标准的平面图绘制作业。

CAD平台中具有多元化的模型库，利用计算机软件平台培养三维建模思维，再投影到三视图的过渡，比起传统的逆向三视图的教学方法，学生想象力得到更好地开发与挖掘。导师要给学生详细地制图方法指导，给学生足够的自主设计空间，让学生多参与自己感兴趣的机械图纸绘制项目。逐渐掌握三维实体的编辑、布尔运算和组合装配体的三维实体建模。在期中及期末考核任务中，鼓励和引导同学们自主选择适合自己的、难度适中的模型作为参照图，对其进行机械绘制。

3 具体课程实践

结合贵州大学现有的实验室教学条件：实验室、多媒体电脑平台、投影仪；设备条件：WINDOWSXP/7；AUTOCAD等。基于三维CAD软件，引入“向导式”、“启发性”创新教学模式。

3.1 二维图像的绘制

CAD机械制图中，首先要引导同学们对空间坐标的重要性有一个基础认识。笛卡尔坐标系的创建，将代数与几何问题联系到一起，为机械建模以及进一步解决实际工程问题提供依据。对笛卡尔坐标系有了基础的认知后，就可以用最简单的立方体CAD绘制作为任务。针对不同的学生，要求其按照学号后几位数字分别作为长方体的长、宽、高，这样可以为每一位学生定制独特的作业标准，杜绝学生复制或抄袭别人的文件来应付老师的现象发生。

图1 二维曲线的绘制

图1为贵州大学《机械制图》课堂上的一项基础练习——二维曲线的绘制图。在平面图形的绘制学习中，将理论讲解与动手实践相融合与贯通，引导同学们在计算机软件上动手实践，从直线的绘制到曲线的绘制，循序渐进地掌握构造线、多线、正多边形、圆弧、样条曲线、表格等多项绘图命令。

3.2 三视图的绘制

在掌握了平面图形的绘制后，课程逐渐过渡到三视图的绘制、零件、装配图的绘制方面。掌握零件三视图的绘制，关键在于掌握制图步骤及尺寸的标注方法。“长对正、高齐平、宽相等”是三视图的绘图口诀及核心。三视图的作用是为二维图形到三维变化搭建桥梁。课堂教学时，导师可以利用计算机三维模型的投影与视角转换为指导，不断培养学生的空间想象力和读图、制图能力。

图2 闹钟三视图绘制

如图2所示，是贵州大学一名学生作业——闹钟的三视图绘制图。学生选择了学习生活中常见的闹钟作为制图原型，在互联网上找到对照图，依照图样绘制了闹钟及其零件的三视图。“开放式”、“向导式”的学习任务布置更能有效激发同学们的思维，让课题焕发生机与活力。

3.3 三维图像绘制

由直线绘制到曲线绘制，二维图像绘制逐渐过渡到三维图像的绘制。引导学生按照自己的创作灵感绘制CAD三维模型图。学生可以自主地在影视作品中、书本上、网站上挑选合适的工具、物件原型图，如男生喜欢的汽车、潜水艇，女生偏爱的装饰品、建筑物等。这样不仅增加了学生的主观能动性，也极大的激发了学生的兴趣。

图3 三维城堡的绘制

如图3所示，是贵州大学交通运输专业的一名本科生绘制的三维城堡图。该同学热衷于看迪士尼系列电影及动画。她把自己的兴趣爱好与专业的CAD机械制图课程结合在了一起。她期末考核作业设计的是一座城堡。学生对这幅CAD三维城堡制图花了不少的时间琢磨，包括对实心体与空心体的考虑，是否加上门窗的考虑，整体美观度的斟酌。作者最后选择了空心体城堡、无窗样式，相当于一个真真实实有空间感的城堡，让我们看到了学生在机械制图绘制技术上的提升与机械设计方面的天赋。作者对结果不是非常满意，还不断地加以改进，让我们感受到了学生对机械制图课程浓厚的兴趣与兢兢业业、力求完美的学习态度。

这样的期末考核作业相比起大家都绘制一样的模型，选取一样的评判标准而言，显得更加具有包容性。本科生将自己的兴趣与专业化的技术相结合，对待期末考核更像是完成一个珍贵的作品，而不是为了完成一项任务。有了更多细节的考量与斟酌，对《机械制图》这门课程的学习与理解也会更加深入、到位，学生对实际工程的应变能力、创新能力也有一定程度的提高。

4 结束语

《机械制图》是工科院校尤其是机械制造相关专业学子必备的一项基本技能。结合实际教学案例，采用创新向导模式，从二维图、三视图到三维建模、工程图循序渐进，针对不同学生制定多元化阶段性作业。结果表明，可充分激发学生空间思维想象力和设计天赋，调动学生的原创性与积极性，杜绝人才的同质化现象，实现CAD机械制图高效优质教学，为培养创新时代工程技术人才夯实基础，对教育强国战略的实现具有推动作用。