机械制图与CAD课程融合式教学探究

张路平

【摘  要】 目前，大部分机械制图教学以系统理知识论为主，讲练结合，方法单一，内容抽象且缺乏实践性和创新性，教师忽视工程实践的训练，难以激发学生空间想象力，导致学生学习兴趣逐渐降低，由主动学习变为被动学习。针对现状，文章提出机械制图课程与CAD课程融合式教学模式，结合岗位标准，重构教学内容，以典型的机械零部件作为教学项目，实现多元化融合式教学，两课程内容相互关联、相辅相成，逐步培养学生三维空间能力、动手能力、图形表达能力、构型思维以及创新思维的能力。

【关键词】 CAD；机械制图；融合创新；课程改革

一、研究背景

制造业数字化、智能化技术已深度融入产品设计与开发的全流程，机械设计与制造行业复合型技能人才需求不断增大，而能够熟练掌握CAD/CAM相关技术的人才较为短缺。随着智能化的发展，CAD的功能变得越来越强大，对学习者也越来越友好，单纯的手工绘图早已不适应时代的发展，应向数字化、多样化转型。虽然各院校开设了机械制图与CAD课程，但只停留在软件操作的层面上，缺乏综合应用能力，未做到理论与实践真正意义上的融合，因此机械制图融入CAD技术是必然的趋势。

二、机械制图与CAD课程的教学方式

（一）独立式教学

两门课程相互独立，通常先开设机械制图课程，再开设CAD课程，因为教学不同步，关联性不强，就容易造成教学内容脱节，达不到理想的教学效果。

（二）添加式教学

教学中，教师通常先讲授机械制图内容再添加相关的CAD内容。因学时压缩，教学内容占比不一，导致学生无法深入教学，知识体系难以形成。若教师无法有效整合课程内容，学生则更多停留在学习软件操作层面，很难运用制图知识理论完成CAD绘图任务。

（三）融合式教学

以项目引领，将机械制图课程与CAD课程的内容进行有机融合，以机械制图为主，CAD为辅，将国家制图标准、制图理论、手工绘图、CAD实操融入典型的工作项目。在完成项目任务的同时，学生既学习了制图的理论知识，同时也掌握了CAD绘图，二者可以达到相辅相成的学习效果。

总之，融合式教学既能增强学生的三维空间能力，也可提升其对机械制图课程的兴趣，逐步培养自主学习能力；学生根据图纸进行绘图、建模、装配，读图能力会得到极大的提高；独立式教学虽然保留了课程的系统性和完整性，但学习软件操作占用的课时较多，且与机械制图课程教学内容衔接不紧密，相隔时间较长；添加式教学容易造成制图理论不成体系，CAD停留在操作学习的层面，达不到真正融合的效果。因此，融合式教学最适合当下的教学现状。

三、机械制图与CAD课程的融合

（一）融合式教学的原则

融合并不是将两门课程融合成一门课程，如果融合成一门课，课程系统太大，内容占比不易分配，很难达成两门课程的系统性与完整的知识体系。本研究提到的融合是两门课程同时开设，以机械制图课程为主，CAD为辅的融合式教学，CAD绘图建模是在掌握好机械制图的三视图的投影规律、国家制图标准等的前提下，以CAD建模思维与二维图形基本理论知识有机融入机械制图课程。在制图识图的过程中，引导学生学会用三维建模的思维对图形进行分析，起到软件的辅助作用，而不是代替二维投影思维，以机械制图课程的教学目标，CAD作为的辅助识图。因此，在教学过程中，要避免学生注重软件操作，而忽略理论知识学习，造成“重操作，轻理论”的本末倒置现象。

（二）融合式教学的方法

首先，将CAD課程中二维平面图的绘制、三维建模、零部件的装配、工程图等方面的内容与机械制图课程中平面图形的画法、正投影规律、基本体的三视图和组合体等方面的内容以项目作为教学载体，同步授课；重点加强学生对机械制图标准规范的使用、对零部件徒手或尺规绘图的训练以及三维空间的建立，同时对二维草图的绘制、尺寸标注、CAD建模、零部件装配、工程图修改等操作内容转变为典型工作任务。

在实际教学中，考虑到两门课的内容要相互渗透，还要有更好的连续性和结合性，尽量安排一位专业教师授课机械制图和CAD两门课程，以保证教学的融合性。建议每周安排机械制图和CAD课，同时CAD的上机操作要围绕着机械制图的教学内容。以机械制图为主，CAD为辅的融合式教学，能达到事半功倍的效果，同时也避免了学时的浪费和停留在软件操作学习层面的问题。

针对空间想象力较弱的学生，融合式教学可利用软件让学生更加直观地理解零（部）件的特征、零件的装配配合关系以及工作原理等，结合二维与三维模型的相互转换，降低识读装配图的难度。因此，融合式教学不仅提高教学质量，还能激发学生对制图与建模的学习兴趣，在理论学习与实操训练中，做到真正的理实一体，应用于实际工作生活。

四、融合式教学设计与教学实践

以典型机械产品台虎钳为例，台虎钳包括固定螺钉、螺母、六角螺母、垫圈、活动钳身、固定钳身、丝杠、键、销等。螺钉、螺母、六角螺母等简单的零件可以作为机械制图课程中正投影作图基础的教学内容。学生在投影法概述、三视图的形成及其投影规律等理论知识，同步进行CAD的上机操作，以螺钉、螺母、六角螺母、垫圈等零件进行建模操作，将模型转换成工程图（三视图）。在上机操作中，掌握基本体形成以及三视图形成的依据，逐步建立学生的空间思维，学生进行基本体投影作图达到事倍功半的效果。

活动钳身、固定钳身、丝杠零件可涉及立体表面交线的投影，利用CAD将台虎钳的三维模型转换为工程图与机械图样的基本表示法、零件图内容同步融合。活动钳身、固定钳身、丝杠是带有多个特征的零件，特别是孔，螺纹、槽、圆角。活动钳身、固定钳身涉及局部剖视图、半剖视图、丝杠涉及断面图即螺纹的知识等。

装配图的识读是机械制图课程的重点和难点，是表达机器（部件）整体结构、形状和装配连接关系的，用以指导机器的装配、检测、调试和维修。因此，准确识读装配图是机械制图的核心。在识读装配图，要了解装配关系和机械（部件）的工作原理，教师利用CAD三维模型根据装配关系进行直观演示装配，通过运动仿真，演示机械（部件）的工作原理，会大幅度提升对装配图识读的准确性和学习兴趣。教师先安排CAD操作内容，学生通过CAD软件装配模块，将三维模型零件逐一装配，不仅直观了解装配关系，更能够检验零件的尺寸设计（干涉检验）；运动仿真，模拟机械（部件）运动，学生能更加深入理解工作原理，表达视图可以对模型进行分解，为后续画装配图的方法与步骤奠定了基础。

通过项目学习，学生一方面掌握机械制图基本的理论知识、常用零件图、装配图、常用标准件等机件表达；另一方面，这些零部件包含基本的技能点和3D建模方法，如拉伸、扫掠、放样、倒角、孔、镜像、阵列等功能以及装配体任务学习的标准库调用、装配、干涉检查、图片渲染、工程图制作等CAD技术。

通过项目教学，将台虎钳项目按零件类型分解为由简单到复杂，由单一到多元的工作任务；将机械制图的理论知识和CAD的技能训练，按相应的逻辑关系融合到项目中。教师团队经过多次企业调研、教研教改，机械制图课程与CAD课程以台虎钳、气动发动机、减速器、摇杆机构、球阀作为典型的教学项目，并切实提高学生综合应用能力。

机械制图的重点是基本体的三视图、绘制组合体、零件图的识读和装配图等，因此其内容以常见的教学载体（如球阀、台虎钳）进行识读与绘制，同时学习CAD软件进行建模、装配、运动仿真，特别是零部件的剖切视图、分解模型、导出二维装配图的技能与方法。图1为建模和装配得到的台虎钳三维模型和剖视模型、分解模型，图2为台虎钳的装配模型直接转换成二维工程图（装配图）。在融合式教学下，通过对零件图（装配图）的识读、图形的表达、零部件测绘、三维建模、零件装配及二维工程图构成了完整的工作项目，从而提高学生的综合能力。

零件模型转换工程图过程中要注意软件规则与国家制图标准的融合，软件中工程图的创建有些地方与国家制图标准不一致，如标注样式、字体样式、明细栏样式、公差样式、倒角样式等需要在绘制时需要进行样式设置，前期学生必须掌握好国家制图标准。因此，贯彻国家制图标准是重点培养学生图形表达能力的核心要素。

五、結语

实践证明，通过机械制图与CAD课程融合模式的教学实施，学生在识图、制图、建模、装配、视图表达等方面有大幅度的提高。机械制图与CAD融合式教学是当今的发展趋势，在运用与实施过程中，不仅能有效提高学生的综合能力，丰富教学资源，而且对教师的综合技能提出了更高的要求。

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