以CAD软件使用为辅线的工程制图教学改革
方锡武+李芳
[摘 要]改革以传统的工程制图教学大纲为主线，CAD教学为辅线的教学模式，将CAD教学内容穿插融入工程制图教学中，科学合理地安排教学内容和教学进度，做到两者的课堂局部独立，授课内容交叉，使两者的教学成为有机的整体且相互促进。锻炼学生在制图基础学习中的计算机绘图能力，尽可能“甩图板”；利用AUTOCAD的三维造型功能，辅助学生学习制图基础中的截交线、相贯线和组合体构型等难点和重点内容，培养学生的空间想象能力和组合体构型能力，从而提高学生的绘图、识图技能。
[关键词]融合；工程制图；AutoCAD；视图
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）08-0157-02
一、引言
工程制图是理工科高校的一门重要的技术基础课，具有较强的理论性和实践性，主要培养学生的空间想象和思维能力，培养学生机械绘图和识图技能。多数理工类院校均开设此课程，该课程主要含制图基础和计算机绘图两部分内容。一般先教学制图基础，之后安排10学时至24学时学习计算机绘图。如此安排有以下两点弊端：1.制图基础大作业环节需要花费学生大量的时间和精力锻炼图板绘图，目前计算机基本普及，实际工作中图板绘图基本用不上；2.制图基础学习中，截交线、相贯线和组合体构型等核心内容学生掌握起来有一定难度，主要原因是学生的空间想象能力不足，难以构型出形体的形状。借助实物模型和橡皮泥可以培养学生的空间想象能力和三维构型能力，但使用不便且需要成本。如果在工程制图教学中，在保证教学内容完整的前提下，以图学思维的教学与训练为主导[1] [2]，将AutoCAD计算机绘图的教学内容有机融入其中，以AutoCAD作为制图基础大作业环节的绘图工具，同时借助软件的三维造型功能，辅助学生想象和构型截交线、相贯线和组合体等，则老师的课堂讲解形象直观，学生也能自己动手将想象的模型造型出来，不仅可以锻炼三维构型能力和计算机绘图能力，还有助于提高学习兴趣和创新能力，从而提高学生的综合素质，达到培养应用型人才的目的。
二、内容分析
制图基础主要包含[3]：1.绪论、制图的基本知识和技能；2.点、线、面的投影；3.立体的投影；4.组合体；5.轴测图；6.机件表达；7.标准件和常用件；8.零件图；9.装配图等九大部分内容。在这九个方面内容中，第1部分是关于制图的国家标准和绘图工具、仪器的使用；第2部分至第5部分是培养学生的立体想象能力和绘制三视图能力，是本课程的基础和核心，也是学生学习本课程的重点和难点；第6部分至第9部分是关于机械零件和部件的表达，偏向于表达应用。
AutoCAD是一款流行的计算机辅助设计软件，界面友好，用户可通过工具条、菜单或命令行方式绘制二维图和三维造型。该软件相当于传统制图的绘图工具和仪器，学生通过4-6个课时的教学即可掌握基本操作。其基本内容包含：1.软件界面介绍；2.绘图、修改和辅助绘图工具；3.文本注释、尺寸标注；4.对象特性；5.图层；6.块与属性；7.设置绘图环境、布局与打印；8.AutoCAD三维造型等八个方面内容。这些内容中，第1部分至第4部分是基础，学生掌握这些内容的相关知识点就可以绘制平面图形；第5部分图层是对图形进行分层管理；第6部分是对常用的图形以图块来组织，便于快速画图；第7部分是打印出图，授课时没有打印设备，可以简单讲授；第8部分是关于立体的三维造型。AutoCAD内容中，与制图基础密切相关的内容是第1至第4部分，第8部分与其他部分有关联，但因为内容知识点不多，操作比较容易，在本项目中作为非重点内容来安排。
三、主、辅线教学内容的融合
1.在制图基础的“基本知识和技能、点线面投影”部分融入“AutoCAD绘图、编辑、文本注释、尺寸标注、图层、对象特性”等内容；
2.在制图基础的“基本体、截交线和相贯线”部分融入AutoCAD三维造型相关内容；
3.在制图基础“组合体”部分融入组合体三维造型能力训练；
4.在制图基础的“机件表达”部分进一步加强AutoCAD绘图、三维造型能力训练；
5.在制图基础的“零件图”部分融入AutoCAD图块及属性、布局与打印操作相关内容；
6.在绘图大作业环节，除草图训练和第一次平面图形画法，均采用计算机绘图。
学时安排如下：制图基础课堂讲授64学时；制图基础图板绘图2学时；AutoCAD机房讲授14学时；AutoCAD机房上机16学时。其中，机房讲授以教师讲授和演示AutoCAD操作为主，学生学习操作为辅，一般讲授几个知识点后，给学生一定时间实际操作以体会绘图命令，课后布置代表性作业；机房上机环节教师布置作业，以学生上机操作为主，教师随课辅导，遇共性问题则适当讲解。
四、CAD辅线教学的实施
1.传统与现代方法并存，锻炼绘图能力
制图基础的“基本知识和技能、点线面投影”内容讲授之后，安排一次图板绘图，让学生体会传统制图方法。随后在CAD基本绘图操作讲授之后，安排两次AutoCAD平面图形画法，使学生尽快掌握AutoCAD绘图命令、精确绘制平面图形。
2.三维造型与二维视图相结合，培养构型能力和视图形成意识
AutoCAD有“建模”工具栏，提供基本体三维造型功能，可根据输入的尺寸快速生成基本体。教师可代表性讲授棱锥体和圆锥体的生成操作技巧，然后让学生自己体会其他立体的生成方法。同时利用AutoCAD的“视图”工具栏，让学生从主、俯、左视图和轴测图看立体的投影形状，培养学生的投影概念和视图形成意识；基本体还可以由平面图形经过“拉伸（extrude）”和“旋转（revolve）”命令来构型，通过这两个命令构型一些简单立体，培养学生的学习兴趣；基本体之间还可以进行布尔运算，AutoCAD“建模”工具栏提供实体之间的“并、交、差”等布尔运算，可得到基本体的截交线和相贯线（截交线和相贯线是制图基础中比较难的内容，学生借助CAD软件三维造型功能，可直接观察线的形状，有助于理解截交线和相贯线的形成）。
3.团体协作画装配图，提高学习效率
在AutoCAD绘制装配图环节，要画多个零件图，在给定的4个课时内难以个人完成。因此，将学生按4-6人分组，每组分配不同的装配图绘图任务，组员只需画1-2个零件图，然后按组集中零件图，再分发给个人画装配图。这样，个人与团体相结合，提高学习效率。
通过以上个几个环节的教学实施，基本把CAD绘图内容融入制图基础教学中，以软件使用促进制图基础学习，在制图基础的绘图练习中又加强了软件绘图锻炼，做到了相互促进，相得益彰。
五、教学效果
为了测试本项改革的教学效果，我们给出如下习题，如图1所示：
例题：已知主、俯视图，画出轴测图和左视图。
要求：1.A组在计算机上完成，B组在图纸上完成；
2.画轴测图B组可以徒手，画左视图A、B组必须都要规范；
3.要求学生自己画完立体图，完成左视图，均写出所用时间。
这道题主要考察学生的空间想象能力和绘图能力。测试时，我们将80个学生分成A、B两组，每组40人，我们统计两组学生的完成情况。表1是两组学生在相应时段内完成立体图的人数对比，完成时间太长者没有列入对比；表2是在相应时段内完成左视图的时间对比；表3是对完成的左视图进行打分，相应分数段的人数对比。从对比情况看，A组在完成立体图的时间上和左视图得分上占有较大优势，在完成左视图的时间上A组也有优势但不明显，主要在于客观因素，CAD画左视图时对宽度方向尺寸测量不便，作图时要画一些额外的辅助线，而B组可直接量取宽度方向尺寸直接画图，不需画辅助线。
六、总结
在教学过程中有收获但也有问题，收获表现在：1.较大地提高了学生的计算机绘图能力和三维造型能力；2.提高了学生学习制图基础的兴趣和能力；3.丰富了制图基础的教和学的手段。问题表现在：1.教师机房授课难以监控所有学生，有学生上网或玩计算机，以致学习效果不好；2.学生上交作业时有少量同学相互复制，目前还没有良策抑制。但无论如何，从学生掌握新知识和技能的角度看，此项教学改革应该利大于弊。
[ 注 释 ]
[1] 胡宜鸣，孟淑华，王丹虹.机械制图课程内容、体系改革的研究与实践[J].工程图学学报，2003（1）：123-127.
[2] 童秉枢，高树峰.谈工程图学教学中学生创新能力的培养[J].工程图学学报，2008（8）：1-6.
[3] 何铭新，钱可强，徐祖茂.机械制图[M].高等教育出版社，2010（6）.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]改革以传统的工程制图教学大纲为主线，CAD教学为辅线的教学模式，将CAD教学内容穿插融入工程制图教学中，科学合理地安排教学内容和教学进度，做到两者的课堂局部独立，授课内容交叉，使两者的教学成为有机的整体且相互促进。锻炼学生在制图基础学习中的计算机绘图能力，尽可能“甩图板”；利用AUTOCAD的三维造型功能，辅助学生学习制图基础中的截交线、相贯线和组合体构型等难点和重点内容，培养学生的空间想象能力和组合体构型能力，从而提高学生的绘图、识图技能。
[关键词]融合；工程制图；AutoCAD；视图
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）08-0157-02
一、引言
工程制图是理工科高校的一门重要的技术基础课，具有较强的理论性和实践性，主要培养学生的空间想象和思维能力，培养学生机械绘图和识图技能。多数理工类院校均开设此课程，该课程主要含制图基础和计算机绘图两部分内容。一般先教学制图基础，之后安排10学时至24学时学习计算机绘图。如此安排有以下两点弊端：1.制图基础大作业环节需要花费学生大量的时间和精力锻炼图板绘图，目前计算机基本普及，实际工作中图板绘图基本用不上；2.制图基础学习中，截交线、相贯线和组合体构型等核心内容学生掌握起来有一定难度，主要原因是学生的空间想象能力不足，难以构型出形体的形状。借助实物模型和橡皮泥可以培养学生的空间想象能力和三维构型能力，但使用不便且需要成本。如果在工程制图教学中，在保证教学内容完整的前提下，以图学思维的教学与训练为主导[1] [2]，将AutoCAD计算机绘图的教学内容有机融入其中，以AutoCAD作为制图基础大作业环节的绘图工具，同时借助软件的三维造型功能，辅助学生想象和构型截交线、相贯线和组合体等，则老师的课堂讲解形象直观，学生也能自己动手将想象的模型造型出来，不仅可以锻炼三维构型能力和计算机绘图能力，还有助于提高学习兴趣和创新能力，从而提高学生的综合素质，达到培养应用型人才的目的。
二、内容分析
制图基础主要包含[3]：1.绪论、制图的基本知识和技能；2.点、线、面的投影；3.立体的投影；4.组合体；5.轴测图；6.机件表达；7.标准件和常用件；8.零件图；9.装配图等九大部分内容。在这九个方面内容中，第1部分是关于制图的国家标准和绘图工具、仪器的使用；第2部分至第5部分是培养学生的立体想象能力和绘制三视图能力，是本课程的基础和核心，也是学生学习本课程的重点和难点；第6部分至第9部分是关于机械零件和部件的表达，偏向于表达应用。
AutoCAD是一款流行的计算机辅助设计软件，界面友好，用户可通过工具条、菜单或命令行方式绘制二维图和三维造型。该软件相当于传统制图的绘图工具和仪器，学生通过4-6个课时的教学即可掌握基本操作。其基本内容包含：1.软件界面介绍；2.绘图、修改和辅助绘图工具；3.文本注释、尺寸标注；4.对象特性；5.图层；6.块与属性；7.设置绘图环境、布局与打印；8.AutoCAD三维造型等八个方面内容。这些内容中，第1部分至第4部分是基础，学生掌握这些内容的相关知识点就可以绘制平面图形；第5部分图层是对图形进行分层管理；第6部分是对常用的图形以图块来组织，便于快速画图；第7部分是打印出图，授课时没有打印设备，可以简单讲授；第8部分是关于立体的三维造型。AutoCAD内容中，与制图基础密切相关的内容是第1至第4部分，第8部分与其他部分有关联，但因为内容知识点不多，操作比较容易，在本项目中作为非重点内容来安排。
三、主、辅线教学内容的融合
1.在制图基础的“基本知识和技能、点线面投影”部分融入“AutoCAD绘图、编辑、文本注释、尺寸标注、图层、对象特性”等内容；
2.在制图基础的“基本体、截交线和相贯线”部分融入AutoCAD三维造型相关内容；
3.在制图基础“组合体”部分融入组合体三维造型能力训练；
4.在制图基础的“机件表达”部分进一步加强AutoCAD绘图、三维造型能力训练；
5.在制图基础的“零件图”部分融入AutoCAD图块及属性、布局与打印操作相关内容；
6.在绘图大作业环节，除草图训练和第一次平面图形画法，均采用计算机绘图。
学时安排如下：制图基础课堂讲授64学时；制图基础图板绘图2学时；AutoCAD机房讲授14学时；AutoCAD机房上机16学时。其中，机房讲授以教师讲授和演示AutoCAD操作为主，学生学习操作为辅，一般讲授几个知识点后，给学生一定时间实际操作以体会绘图命令，课后布置代表性作业；机房上机环节教师布置作业，以学生上机操作为主，教师随课辅导，遇共性问题则适当讲解。
四、CAD辅线教学的实施
1.传统与现代方法并存，锻炼绘图能力
制图基础的“基本知识和技能、点线面投影”内容讲授之后，安排一次图板绘图，让学生体会传统制图方法。随后在CAD基本绘图操作讲授之后，安排两次AutoCAD平面图形画法，使学生尽快掌握AutoCAD绘图命令、精确绘制平面图形。
2.三维造型与二维视图相结合，培养构型能力和视图形成意识
AutoCAD有“建模”工具栏，提供基本体三维造型功能，可根据输入的尺寸快速生成基本体。教师可代表性讲授棱锥体和圆锥体的生成操作技巧，然后让学生自己体会其他立体的生成方法。同时利用AutoCAD的“视图”工具栏，让学生从主、俯、左视图和轴测图看立体的投影形状，培养学生的投影概念和视图形成意识；基本体还可以由平面图形经过“拉伸（extrude）”和“旋转（revolve）”命令来构型，通过这两个命令构型一些简单立体，培养学生的学习兴趣；基本体之间还可以进行布尔运算，AutoCAD“建模”工具栏提供实体之间的“并、交、差”等布尔运算，可得到基本体的截交线和相贯线（截交线和相贯线是制图基础中比较难的内容，学生借助CAD软件三维造型功能，可直接观察线的形状，有助于理解截交线和相贯线的形成）。
3.团体协作画装配图，提高学习效率
在AutoCAD绘制装配图环节，要画多个零件图，在给定的4个课时内难以个人完成。因此，将学生按4-6人分组，每组分配不同的装配图绘图任务，组员只需画1-2个零件图，然后按组集中零件图，再分发给个人画装配图。这样，个人与团体相结合，提高学习效率。
通过以上个几个环节的教学实施，基本把CAD绘图内容融入制图基础教学中，以软件使用促进制图基础学习，在制图基础的绘图练习中又加强了软件绘图锻炼，做到了相互促进，相得益彰。
五、教学效果
为了测试本项改革的教学效果，我们给出如下习题，如图1所示：
例题：已知主、俯视图，画出轴测图和左视图。
要求：1.A组在计算机上完成，B组在图纸上完成；
2.画轴测图B组可以徒手，画左视图A、B组必须都要规范；
3.要求学生自己画完立体图，完成左视图，均写出所用时间。
这道题主要考察学生的空间想象能力和绘图能力。测试时，我们将80个学生分成A、B两组，每组40人，我们统计两组学生的完成情况。表1是两组学生在相应时段内完成立体图的人数对比，完成时间太长者没有列入对比；表2是在相应时段内完成左视图的时间对比；表3是对完成的左视图进行打分，相应分数段的人数对比。从对比情况看，A组在完成立体图的时间上和左视图得分上占有较大优势，在完成左视图的时间上A组也有优势但不明显，主要在于客观因素，CAD画左视图时对宽度方向尺寸测量不便，作图时要画一些额外的辅助线，而B组可直接量取宽度方向尺寸直接画图，不需画辅助线。
六、总结
在教学过程中有收获但也有问题，收获表现在：1.较大地提高了学生的计算机绘图能力和三维造型能力；2.提高了学生学习制图基础的兴趣和能力；3.丰富了制图基础的教和学的手段。问题表现在：1.教师机房授课难以监控所有学生，有学生上网或玩计算机，以致学习效果不好；2.学生上交作业时有少量同学相互复制，目前还没有良策抑制。但无论如何，从学生掌握新知识和技能的角度看，此项教学改革应该利大于弊。
[ 注 释 ]
[1] 胡宜鸣，孟淑华，王丹虹.机械制图课程内容、体系改革的研究与实践[J].工程图学学报，2003（1）：123-127.
[2] 童秉枢，高树峰.谈工程图学教学中学生创新能力的培养[J].工程图学学报，2008（8）：1-6.
[3] 何铭新，钱可强，徐祖茂.机械制图[M].高等教育出版社，2010（6）.
[责任编辑：钟 岚]
