基于CAD能力培养的机械制图教学创新改革与探索

何延东

[摘 要]课题组通过分析机械制图课程的教学现状，提出将其与CAD二者融合教学的改革策略，充分利用多媒体技术手段，发挥CAD现代教育技术的优势，使教学内容更加形象、直观，从而达到深化课程改革的目的。这样做不仅有利于调动学生学习的积极性，激发学生的想象力、观察力和创造力，也能提升机械制图和CAD的教学水平。

[关键词]机械制图;CAD;创新改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）04-0060-04

一、目前机械制图教学中存在的问题

机械制图作为面向工科类专业开设的一门基础必修课程，其教学目标为培养学生空间想象能力及其相应的抽象思维能力，使学生具备绘制和识读样图的能力以及工程意识，贯彻和执行相关的国家标准。在以往的教学过程中，机械制图课程通常过于注重手工绘图技能的训练，授课教师偏重于引领学生利用直尺、三角板以及圆规实现样图的绘制。这样的教学模式下，教师工作量大且教学不生动，教学模式单调，教学内容与日后的工作实践脱节，造成学生学习效果不佳，学生普遍反映该课程学习难度大，很难想象空间结构。而CAD课程作为一门独立的课程，其主要教学内容是应用机械制图课程中掌握的知识、利用计算机进行辅助设计与绘制，因而有些内容难免与机械制图课程有重叠。可见，由于机械制图与CAD两门相辅相成的课程被分割，导致部分知识点重复，增加了学生的学习负担，同时也降低了教师的教学效率，影响了教学质量与教学效果。

近几年，非机类专业机械制图课程为贴近工程实际不断地进行改革，但仅仅局限于学时、内容上的删减，在教材的内容、课程设置及考核方法上变动不大，仍然是对理论知识的阐述过多，实用性的知识介绍不足，改革总体效果不明显。在课堂教学活动中，机械制图课程过于注重理论知识的讲解，课堂上以教师教学为主，学生完全处于被动的地位，其主观能动性和创造性无法得到充分发挥。这种教学方式虽然保证了教学进度，有利于教师将教材中的知识点传授给学生，但其教学缺陷也十分明显，由于学生的学习兴趣得不到激发，教师无法及时了解学生的接受程度，实际的教学效果无法得到有效的保证。

对于初次接触机械制图课程的非机类专业新生而言，其对新课程内容的学习有着较为浓厚的兴趣，相较于传统的较为枯燥的教育模式，他们更喜欢教师将内容以PPT的方式呈现，以及结合大量的动画等多种形式充实教学内容。实现这些需要通过CAD教学来培养、训练学生的空间思维能力及平面图形与空间形体转换能力。如果学生绘图能力差，就会在一定程度上阻碍学生分析与解决问题能力的提升。

学生的就业需求也对机械制图提出了迫切的改革要求。生产单位在工作中大面积应用CAD，基本上抛弃了传统的手工绘图。另外，工厂企业等用人单位对毕业生的要求也不断提高，不仅要求毕业生能够读懂图纸，更要求毕业生有一定的计算机绘图能力，这是就业的基本条件。应用型本科院校以培养一线应用型人才为目标，原有的教学模式不能满足“工程教育专业认证质量标准”“卓越工程师教育培养计划”的要求[1]。从实践来看，熟练掌握CAD绘图的学生，其机械设计及制图水平更高，就业选择面更广，日后的工作能力更强，相应的工资待遇也更好。综上，这些都在客观上要求机械制图课程进行深层次的教学改革。

二、机械制图教学改革具体措施

（一）课程设置改革

机械制图是CAD软件绘图的基础，CAD软件绘图不能脱离机械制图的学习而独立进行，必须在全面掌握制图的基本理论、投影规律、表达方法和国家标准规定的基础上，才能应用CAD软件画出符合要求的机械图样[2]。利用好CAD软件可以提高学生学习机械制图的效率;借助计算机，可以使图样的绘制更加准确、快捷与直观。比如要求绘制圆、曲线和多边形等规则图样，学生只要通过CAD软件直接绘制即可，可以节约很多时间;而且通过其中的多种辅助工具——正交、极轴和追踪等功能，可以为绘图提供很多便利，大大减少计算成本。CAD软件提供的这些功能为使用者提供了诸多便利。机械制图与CAD相结合是制图现代化的体现，也是时代的要求。CAD不仅是绘图的工具和手段，还是设计、计算新思维的体现。机械制图与CAD的紧密结合对提高工作效率、缩短设计周期起到了巨大的作用。

机械制图与CAD作为两门独立的课程在学习内容和学习目的上，都具有一定的差异。如果能将两门课程有效地融合起来，使它们在内容上实现和谐统一，不仅能够避免重复，而且可以丰富教学方法，使学生在较为直观地学习机械制图的相关知识的过程中，潜移默化地掌握CAD软件的使用方法。

机械制图与CAD相辅相成，只有两门课程协同合作才能发挥其优势。将两门课程合并后，可以更名为“机械制图与CAD”，对原有内容、教学大纲、教学计划及教学方案进行合理的调整与优化，按照内容将教学模块列出。各专业可以根据实际需求、学时多寡及分类，有选择地合理统筹安排课程的授课内容。

课程设置将机械制图作为主线，并作为全书的总纲。教师应采用灵活的教学手段，利用CAD技术将教学内容中复杂的图形制作成分解动画，运用多媒体技术将其呈现，以加深学生对图形的理解和过程的感受[3]，培养学生的实际读图、绘图能力，并融合机械制图规范、相关国家标准、互换性与测量技术及CAD绘图方法等内容，更强调课程的综合性和使用性，从而提高学生的学习兴趣，培养合格的工程技术人才。在授课过程中，CAD内容将贯穿始终，与机械制图的内容互相融合，并通过适量的手工绘图，培养学生坚实的绘图基本功。需要强调的是，手工绘图与CAD绘图两者都要兼顾，两者的作业练习量比例要适当，通过相应的评价方式，将其与课程考核挂钩，使教与学实现和谐统一。

具体的课程安排实施如下：共安排24学时的上机训练;为提高练习效果，每次上机练习为4学时。机房前三次课以教师讲授和演示操作为主，学生学习操作为辅，基本操作熟练后，后三次课以学生练习为主，教师讲授为辅[4]。首先在制图基础知识与尺规绘图讲授之后，安排一次起重钩的图纸尺规绘图，让学生体会传统制图方法。随后安排第一次CAD基本绘图操作的讲授，介绍平面图形的画法，让学生了解软件的运行环境、界面组成及绘图环境设置、文件输入输出、AutoCAD命令的执行特点，让学生掌握AutoCAD的鼠标操作、图形的现实与控制，掌握直线、圆、矩形、样条曲线等基本的绘图命令操作、图层的设置与修改，同时介绍删除、复制、镜像、偏移等编辑命令操作。本次课的思政方面要求学生严格执行实验室的管理规范，培养良好的行为习惯和爱护公共财物的优秀品德。在讲授点线面内容后，安排学生第二次上机，要求学生尽快掌握CAD基本绘图命令， 同样绘制起重钩，让学生感受尺规绘图与计算机绘图的不同之处。在讲授三视图画法后，进行第三次计算机绘图，引导学生练习三视图的绘制，并掌握尺寸标注的步骤，尺寸标注样式的设置、管理和编辑。讲授轴测图与剖视图的内容后，組织第四次上机，要求学生掌握轴测图与剖视图的计算机绘制、图块的相关操作和图块属性的编辑。讲授螺纹紧固件、齿轮等标准件与零件图的理论内容后，进行第五次上机操作，要求学生掌握零件图的绘制步骤和方法。本次课的思政内容是用图纸出错会给生产带来损失甚至严重的生产事故来教育学生，帮助学生养成严肃认真对待图纸、一线一字都不能马虎的习惯，从而培养学生的责任感和使命感。讲授完装备图的绘制后，安排第六次上机，要求学生掌握装配图的绘制步骤和方法，以及装配图的明细栏和零件指引线等的绘制步骤和方法，掌握练习实体的创建和编辑、打印布局的创建及页面设置。实践证明，在经过三次的教师上机指导与训练后，学生都能够熟练掌握计算机绘图的基本操作。

将两门课程合并后，课程内容紧凑，减少了教学学时，CAD教学穿插在机械制图课程中，可以帮助学生更好地理解机械制图三维立体和二维图形之间的投影规律[5]，增加机械制图课程与CAD课程的趣味性，营造活跃的课堂氛围，使学生在快乐的环境中学习，以激发学生的学习兴趣，培养学生具备良好的学习习惯，增强学生的综合能力，最终实现机械制图与CAD课程的教学目标。大量实际教学案例的演示等可以充实教学内容，辅助教学过程;同时，利用CAD三维构图既提高了学生的学习兴趣、培养了学生的空间想象能力，又增加了机械制图课程的直观教学手段[6-7]。

（二）授课方式改革

两门课程融合后，可以将教学内容制作成各种更为形象的、直观的和三维的多媒体课件。多媒体课件以其图文并茂的画面、逼真形象的动画和直观的动态模拟，提高了课程的趣味，使一些难懂且抽象的授课内容变得形象生动而具体。在教学过程中，CAD的加入可以加强教师与学生的互动，有效地帮助学生自主学习，培养学生的探索精神和自学能力[8]。通过CAD软件授课和多媒体授课相结合，可以把机械制图与CAD两门课程整合后的内容按照各知识点及相关模块，灵活地穿插讲解，使教学更加生动活泼，也让学生加深对知识点的印象，从而提高教学质量。CAD软件可以将结构比较复杂的不容易直观理解的图样三维化，并通过动画展示，达到事半功倍的效果，使学生在充分地理解相关知识点的同时提高空间思维能力，提升学习兴趣的同时降低学习难度，提高学生的学习效率。

机械制图与CAD课程合并后，在教学过程中应当以手工制图为基础，以计算机制图为主，在适应时代发展的前提下，同时保证手工绘制图样的传承，从而提高学生设计制图的综合能力[9]，培养适合时代要求的合格人才。

同时，可以在课程教授中加入思政元素，例如在讲到“螺钉画法”时，可用图片的方式讲解雷锋那种不论做什么工作都脚踏实地的“螺丝钉精神”，如图1所示。要求学生用甘当革命螺丝钉的实干精神对待自己的学习与工作，在平凡的岗位为国家和人民创造不平凡的成绩。引导学生要有干一行、钻一行、爱一行的敬业态度[10];要有刻苦学习和扎实工作的“钉子”精神，增强社会责任感、团队精神与服务社会的成就感，培养勤俭节约与艰苦奋斗的优良作风。

在学习装配图的表达方案时，可用视频演示安全阀的各种表达方案，如图2所示，让学生了解装配图的表达方案是否合适、部件的表达是否简单与清楚，这是主要矛盾;而主视图的表达与选择，是主要矛盾的主要方面，决定了表达方案的优劣。主视图表达方案确定后，其他视图均为次要方面，所以主视图的表达方案是解决问题的关键。唯物辩证法认为矛盾的两个方面并不是绝对均衡的，通常有主次之分，解决问题应抓住矛盾的主要方面。要求学生学会用唯物辩证法的观点分析和解决问题，培养科学的思维习惯。

（三）考试形式改革

打破传统的以试卷为主的考核形式，采用计算机上机考试，要求学生既要熟悉计算机绘图，又要掌握制图理论。为了提升考试效率防止舞弊行为，我校制图研究室研发了一套计算机考试系统。系统内部含有多套试卷，学生随机抽取，一台电脑只能提交一份试卷，这样可有效防止学生使用U盘复制拷贝现象的发生，同时还可以通过计算机自动批阅试卷，提高阅卷的速度与准确性。该系统亦可用于一部分平时成绩的核定。

三、教学改革尝试结果

第一，机械制图和CAD课程作为工科学生的两门基础性学科，其教学改革的质量关系着我校教学的质量与效果，同时对人才的培养有着重要的影响和作用，具有重大的研究价值。将机械制图和CAD这两门课程有机融合，能够使课程内容更加合理、紧凑，减少不必要的教学学时，能更好地实现开设制图课的同时进行计算机绘图实践能力培养的目的。

一体化教学能把抽象的理论知识转化到形象的实践中去，能缩短学生从理论到实际生产的距离，能挖掘学生的空间思维能力。教学改革以增强学生职业能力、满足社会和企业对人才的需求为目的，优化理论教学内容，突出计算机绘图能力的培养。教学改革不仅能使学生更加直观形象地学习机械制图的基本知识，掌握计算机绘图软件，提高学生的空间想象能力，调动学生的学习积极性，还有效避免了内容上的重复，丰富了教学方法和手段，提高了教学效率。

第二，按照各专业对制图课程的要求，采用分层分类教学，为专业培养目标服务。根据各专业学时多少、专业需求情况，分大类合理统筹制图课程授课内容;删去和工程实践关联不大的理论知识教学;将教材理论知识与CAD操作适当地结合，把一些内容变为学生的课后作业，要求学生独立完成，引导学生学习从知识课堂向能力课堂、开放课堂转变。教学采用多媒体教学、板书、动画、借助绘图软件演示等多种手段，让学生自己动手进行绘图实践。原有机械制图内容和CAD绘图的有机融合，可以让学生在掌握机械制图知识并获得专业技能的同时，形成利用工具软件解决问题的好习惯，这对提高学生的自学能力、空间思维能力及创新能力起到良好的促进作用，对高等学校培养实用型人才具有重大的意义。

第三，考试利用自主研发的计算机考核系统。系统内部含有多套试卷，学生随机抽取，要求学生既能熟练运用CAD软件，又能掌握制图的基础知识，同时系统能有效防止舞弊行为。

自我校进行机械制图与CAD课程相结合的教学改革以来，加上后续的专业课程的学习，越来越多的学生积极参与各类竞赛，在每年“三维数字化创新设计大赛”与“机械创新设计大赛”中均取得优异成绩。此项教学改革有利于提高学生学习效果、实践技能与创新能力，有利于培养高技能创新型人才。

机械制图与CAD课程建设和教学改革是一项应该长期坚持并不断完善的系统工程，这对培养学生的综合思维能力有着重要的影响。只有在教学中不断进行积极的尝试、创新的探索，灵活地运用教学手段与教学方法，并注重学生实践能力的培养，建立健全完善考核制度，才能真正地提高教学质量。

[ 参 考 文 献 ]

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[3] 方小菊，陈继清.高职院校机械制图与CAD课程教学改革研究[J].广西职业技术学院学报，2011（2）：27-29.

[4] 方锡武，李芳.以CAD软件使用为辅线的工程制图教学改革[J].大学教育，2016（8）：157-158.

[5] 高利斌，王红斌，刘天成.《机械制图与CAD》课程教学改革的探索与实践[J].长春工程学院学报（社会科学版），2019（3）：146-148.

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[7] 赵凯.高职《机械制造技术》课程特点及教学探讨[J].机械管理开发，2012（4）：200，202.

[8] 李国昌.《机械制图》与《CAD》课程融合改革探索[J].才智，2009（33）：49.

[9] 张婷婷.浅谈高职《机械制图及CAD》课程信息化教学设计及实践[J].科学中国人，2017（23）：489.

[10] 高成慧，付正飞.“机械制图”课程育人资源的设计与开发[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2019（8）：58-60.

[责任编辑：钟 岚]