以数字化表达为核心、以产品功能为抓手构建基于能力导向的机械零部件测绘课程新体系

张学昌 王棋 许少锋 陆俊杰

[摘           要]  针对应用型本科院校机械专业人才培养中学生制图能力与企业产品表达需求之间存在脱节现象，重构机械产品测绘课程内容体系，突破传统使用测量工具进行零件测绘，工程图样进行零部件装配表达，采用项目引领、任务驱动，以典型真实工业产品为对象，测绘过程强调产品功能，零件草图强调徒手绘制，装配及工程图样强调数字化表达，答辩环节强调团队精神及工程意识。实践结果表明，学生的制图技能得到质的提升，课程培养目标对毕业能力指标点的支撑得到真实体现，基于能力导向的机械零部件测绘课程为学生后续专业课程提供了坚实基础。

[关    键   词]  机械零部件测绘课程;能力导向;数字化表达;产品功能

[中图分类号]  G647                    [文獻标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2022）10-0079-03

当今世界处于变革之局，在纷繁复杂的技术演化过程中，新一轮科技革命和产业变革加速演进，人工智能、大数据、物联网等新技术、新应用、新业态方兴未艾。技术的演进促进我国应用型高等工程教育变革，人才培养的高质量成为我国高等教育的主旋律。目前我国应用型高校专业人才培养面临专业技能与企业技能需求“两张皮”、专业技能与企业技能需求脱节等问题，“古来世运之明晦，人才之盛衰，其表在政，其里在学”，同情同理，人才能力培养的错位其表学，其里在专业课程内容的陈旧与落伍。

工程制图类课程是机械专业的基础课程，作为工程师的语言，其课程培养学生的空间思维与表达能力，在绘图过程中大量国家标准的正确运用使学生形成严谨、规范、认真的工作作风。目前现代企业设计方式已发生根本变革，三维CAD设计，二维工程出图已成为企业设计标准范式，企业对专业毕业生的制图能力提出了新的要求，即在工程图表达时，重视产品功能，视图表达合理，出图顺序正确，标注规范、清晰、图纸比例合理、表达方法正确等。

机械产品零部件测绘与数字化建模是机械设计制造及其自动化专业必修实训课，是工程图学和机械制图相关课程的提高和强化，是专业人才毕业能力要求的重要组成部分。在课程教学过程中，围绕真实企业产品进行设计绘图训练是学生第一次接触，学生把大学第一学年所学到的工程制图知识灵活运用到产品测绘实践中，一方面可以巩固机械制图相关课程的学习效果;另一方面通过零件拆装、测绘工具使用、徒手绘图、仪器绘图以及图样管理训练，全面提升实际动手能力，为后续的课程设计、毕业设计等环节打下扎实的基础。同时，机械产品零部件测绘与数字化建模课程培养学生使用现代绘图工具的能力，识别测绘零部件的几何特征、技术要求，并对零件、装配工程图样表达的合理性进行分析，并能够正确表达测绘装配体，形成一条完整的教学链。

一、机械零部件测绘课程体系重构

（一）课程目标与毕业要求指标点的关系

目标1：通过分析装配体的工作原理及装配关系，获得装配体的测绘过程和步骤、零部件的测绘原理和方法，学生能够运用工程制图知识正确解决测绘零部件过程遇到的问题。对应毕业要求指标点2.1，能运用工程测试等知识，分析机械设计和加工中的工程问题，识别和判断影响系统性能或加工质量的相关要素。

目标2：运用零部件的表达方法、实测获得的相关数据，设计零件的表达方案，表达零件结构，培养学生运用机件表达方法正确表达测绘零部件的能力;对应毕业要求指标点2.2，能运用相关科学原理，识别和判断复杂工程问题的关键环节。

目标3：能够在实际测绘过程中正确选择测绘工具，合理规范操作，完成零部件的测绘。培养学生了解和使用三维建模软件进行零件及装配建模及工程出图的能力。对应毕业要求指标点5.2，能够使用现代工具进行复杂机械系统的设计、分析和绘制。

（二）课程内容重构

机械产品测绘课程内容涵盖机械制图、机械基础、公差配合、零件测量和CAD工具等，有较强的实践性和理论性。在课程内容的重构上贯彻“学用结合、学以致用”的设计思路。在选择产品对象时要求结构典型、尺寸合适、测绘方便。经过多方比较，选择宁波广天赛克思液压有限公司的SA7V90R系列齿轮油泵和A4VG非通轴型补油泵产品为测绘对象。产品技术调配齿宽和后盖齿轮腔的深度间隙0.05～0.06 mm，装配后旋转灵活、平稳、无卡滞现象，产品的配合精度在IT6-IT7，泵体制造采用精密压铸，未加工表面粗糙度Ra12.5，加工表面达到Ra3.2。学生真实真做，切实感受到机械制图课程中所提及的相关技术要求的真正物理意义。课程内容集中安排一周完成，具体安排如下。

1.机械产品拆装与测绘前的准备工作

掌握常用测量工具的种类及使用方法，主要掌握长度、角度、内外径及复杂型面的测量方法，掌握轴套类零件、盘盖类零件、箱体类零件、叉架类零件测绘步骤。

2.机件表达方法复习

掌握机件视图、剖视图、断面图和局部放大图的绘制能力。（1）视图。包括基本视图、向视图、局部视图、斜视图。（2）剖视图。包括剖视图的基本概念、剖视图的画法和标注、剖视图的分类、剖切面的分类。（3）断面图。包括断面图的基本概念、断面图的分类。（4）简化画法及其他规定画法。

3.测绘零件并徒手绘制零件草图

根据具体产品选用测量工具，主要是长度、角度、内外径及复杂型面的测量工具，掌握轴套类零件、盘盖类零件、箱体类零件、叉架类零件的尺寸测量方法，视图选择原则和表示方法，确定测量基准，绘制具有完整尺寸的二维零件工程草图。

4.零件建模、装配图表达及数字化装配

三维产品建模体现设计人员的设计理念，其设计理念又随着特征建模而变化。本课程以企业典型使用的SolidWorks三维建模软件为工具，要求学生掌握建模软件的工作流程，正确规划产品建模方案，针对要完成的产品，对每个零件进行三维造型并装配，并掌握二维工程出图过程，采用正确的表达方法完成测绘产品的二维工程图。

5.答辩

答辩是机械产品测绘的最后一个环节，考查每一组学生二维工程图的规范性，产品测绘过程合理、表达正确、尺寸标注规范和装配图表达的合理性。答辩思路清晰，反映学生的个人沟通能力和团队合作能力。

（三）课程目标考核方式

机械产品测绘课程体现毕业要求以下能力，即问题分析、现代工具使用、团队合作和自主学习能力。对应的支撑材料是测绘方案全套手绘草图、三维建模与装配、全套二维工程出图、测绘实习报告和答辩PPT。每项支撑材料与课程目标的成绩占比如表1所示。

（四）课程思政

在机械产品测绘课程中有机融入思想政治教育元素，由工程图学绪论、国家标准、投影理论、基本形体、组合体、零件及装配等组成知识链条，同时有机地嵌入工科學生的优秀品质、解决问题的方法论、大学生的爱情观和价值观，达到课程思政同频共振。立德树人是专业人才培养的根本标准，将社会主义核心价值观融入机械产品测绘课程教学全过程各环节，学生在掌握专业技能的同时，树立正确的世界观、人生观和价值观。

（五）课程实施

机械产品测绘课程涉及专业有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、机械工程和能源与环境工程四个专业，每届共计350名学生，学生在系统学习工程图学、机械制图课程后，机械产品测绘集中安排在暑期短学期，两人一组，一个产品一周内完成，在执行过程中，两个学生相互配合，完成零部件测绘、零件草图绘制、三维建模与装配、产品二维工程出图及答辩等环节。整个教学过程以学生为主，答辩环节让学生参与评价。教师指导为辅，测量工具、建模软件等使用由学生网上自主学习完成，教师主要负责产品表达方案、零件及装配技术要求的指导。

二、课程教学方法改革

（一）引导式教学，强调工程实践能力培养

机械类专业图学素质主要强调机械零件及装配体的表达及阅读理解。产品表达所呈现的工程图样要清晰、完整、正确，需要学生深入理解机械产品的功能，进而运用工程图学机件表达方法来解决复杂工程问题。因此，基于形体构思的教学方法尤为重要。以工程实际产品为案例，采用宁波广天赛克思液压有限公司的齿轮油泵进行知识点传授，从产品功能出发介绍泵体结构、齿轮轴、齿轮、稳压回流和8字形密封结构，并将企业图纸展示给学生，采用这种引导式教学方法，在知识传授过程中融入创造性思维，并进一步提高学生的实践动手能力。

（二）以学生为中心的互动式教学

机械零部件测绘课程以各种齿轮泵、阀产品为测绘对象，课程教学重点在于产品的功能讲解、各种测绘工具的使用、徒手绘图的规范等。学生通过线上课程学习游标卡尺、千分尺、内外卡规、粗糙度比较量块、螺纹规及内外径规等工具，然后通过产品进行工具的正确使用，教师进行辅助性指导，二人一组的学生组合相互讨论、相互协作，与教师共同探讨产品的表达方案，学生各组间也进行相互提问和点评，教师根据学生的表达方案做总结、归纳，课程教学变被动听课为学生主动研讨。

（三）注重解决复杂工程问题的能力培养

机械设计制造及其自动化专业培养的是面向工程应用的复合型技术人才，工程师是其角色定位。通过齿轮油泵产品的工程测绘，从绘制零件草图绘制产品装配图，通过三维建模软件进行数字化建模，然后进行数字样机装配，最后进行工程图出图表达。流程与企业产品设计无缝对接，培养学生从事产品设计的工程意识，让大一新生体会到“在校生”和“企业工程师”之间的角色互换。

机械零部件测绘课程训练学生运用工程图学、工程测试等知识，分析机械设计和加工中的工程问题能力和使用现代工具进行复杂机械系统的设计、分析和绘制能力。学生能够在实际测绘过程中正确选择测绘工具，合理规范操作，完成零部件的测绘。教学模式的转变，解决教师怎么教、学生怎么学的问题，解决对结果的评价转变为对过程的评价，使学生真正成为学习的主人，从而提高课程教学质量。

三、结语

机械产品测绘课程实施效果从学生的感受及最终成绩可以看出，以机械206班为例，课程目标1平均成绩83分，课程目标2平均成绩78分，课程目标3平均成绩89分。学生对课程的评价是通过本课程的实践真正理解了工程图学和机械制图的知识，并能运用相关知识对复杂工程问题进行表达，并对后续专业课的学习充满信心，课程改革成效总结如下。

（1）通过综合性设计绘图实践小项目，将功能设计、图形表达、标准应用融入项目中，提高了综合设计表达能力。

（2）以形体构思为主线，加强综合性训练，通过典型功能要求的结构设计，将形体结构与功能设计结合，促进了创造性设计构思和形体表达能力。

（3）以启发学生的空间思维为核心，基于图形的表达和理解，引导学生进行功能思考，理解零件的结构与功能的对应关系，使学生从零件的功能出发，构思设计并表达出零件的结构。

（4）注重工程意识的图学素质教学，引入设计过程与方法，在机械制图的传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学以及对产品全生命周期概念等相关内容，深化了学生对本课程、对零部件结构与功能、对图形表达等全方位的理解。

经过几年的课程改革创新教学，本校机械类学生的课程设计、学生科技项目和毕业设计作品质量明显提高，学生的设计表达应用能力得到明显改善。

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◎编辑 栗国花

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