机械制图与CAD绘图融合一体化教学探索
李杞超 冯金龙 姜微
摘? ?要：“机械制图”和“CAD绘图”是普通高校工科专业独立开设的课程，两门课程具有密切的关联性，在教学中应紧扣密接，防止内容脱节引起重复讲述。文章针对机械制图与CAD绘图这两门课程的特征与设置现状，采用知识点有序碎片模块化穿插整合的方法，形成“机械制图”理论与实操完整系统的课程，并探究融合的教学方法。
关键词：机械制图; CAD绘图;工科
中图分类号：G642.0? ? ? ? ? 文獻标识码：A? ? ? ? ? 文章编号：1002-4107（2020）01-0008-04
在现代工业先进生产和科学技术领域中，无论是机械制造业，还是房屋建筑业以及水利工程施工等，都不可缺少工程图样，它是表达设计意图、交流技术思想和指导实际生产的重要工具[1]，是机械制图与CAD绘图共同的结晶，因此绘制标准的图样须将机械制图与CAD绘图融会贯通深入学习。目前，在人才培养方案中，“机械制图”与“CAD绘图”已是工科专业必修的主干技术基础课程，但课程体系设置时始终将“机械制图”和“CAD绘图”开设为完全独立的课程，由于二者分开教学引起许多关联知识点衔接不够紧密从而导致内容重复讲述和教学资源浪费，教学效率低，教学质量不高。针对这两门课程独立开设存在的问题，根据课程的性质特征、课程设置的现状，试结合教学实践经验，提出将二者融合为一门课程开展教学，并探讨融合一体的教学意义和实施办法，为提高课程教学效果和质量奠定良好基础和提供科学依据。
一、“机械制图”与“CAD绘图”课程融合的性质
“机械制图”课程是探讨绘制机械图样的基本理论和方法的一门专业技术基础课，主要是研究应用正投影原理将平面几何图形及空间形体利用图示和图解的理论与方法展示图形构造特征的课程。教学目标是要求学生透彻理解识图、绘图方法并能够熟练应用，充分培养开发制图能力和空间思维能力。在该课程教学实际运行中，很多学生不能做到在课堂内将空间形体完全映射在脑海中，由此难以跟上教师课堂授课节奏，导致脱离有效的课堂教学。教师若用大量课堂时间去引导学生构建空间形体，就会导致课程教学滞后，若将立体模型直接展示出来，虽然直观，但学生对空间形体思考能力不能得到更好的锻炼与开拓，空间思维能力得不到明显提高，最终未能达到教学目标。“CAD绘图”课程可以快速地建立任何立体几何模型，同时可以生成二维工程图，可促进学生对“机械制图”课程的学习。该课程培养学生借助计算机及其图形设备开展制图设计工作，是探索绘图软件的各板块基本设置、操作命令以及表达方式及技巧的一门重要技术课程。教学目标是建立在满足机械制图国家标准的基础上，紧随CAD绘图软件升级更新的节奏，快速提高识图、绘图设计技能和软件应用的熟练程度。经分析这两门课程的教学目标和教学内容后不难发现，这两门课程具有一定的共性，知识讲授过程中需要紧密衔接，互相促进，减少重复讲授，节省时间与教学资源，进而提高教学质量与效率[2]。在实际教学过程中发现大部分学生对CAD绘图掌握的程度明显优于机械制图，主要因素是源于学生兴趣，因此将“CAD绘图”课程有机、碎片灵活地融合到“机械制图”课程中，在同一课堂上同一位教师进行讲授，激发学生学习的兴趣和积极性，培养学生空间思维能力，在此基础上，将传统与现代教学方式有机结合，从理论到实践再理论，循序渐进，构建起这两门课程章节碎片化插入、知识点紧密衔接及理论与实操一体化的教学体系，充分利用时间，做到讲、学、做紧密融合，提高教学效果和质量。
二、机械制图课程设置现状
（一）课程内容与教学模式不能有机结合
“机械制图”课程具有抽象性、实践性强的特点，需要学习者具有一定的抽象思维和逻辑思维及动手能力。该课程教学内容主要包含机械制图国家标准，正投影法及三视图表达方式，点、线、面的基本投影规律及空间相对位置关系、轴测图、机件的表达方式、标准件和常用件、零件图与装配图等，课程知识点众多繁杂难懂，学习者若想学懂弄清灵活应用，需要具有一定的空间想象能力和实践动手能力。该课程多数高校开设在大学第一学期，在实际讲授学习过程中，受固定模式的教学章节设置、不合理的教学进度安排、灌输式的授课方式等因素的影响，对于刚步入大学仍然习惯于中学时期学习模式的学生而言，自主学习能力比较薄弱，一直以被动式方式在接受教学内容，限制了空间思维的开拓，影响了学生的主观能动性，同时学生对自己的培养历程、事业定位及成才塑造处于朦胧模糊阶段，由此对本门课程缺乏学习兴趣和自主性，课堂上无心听讲，对课程产生厌倦心理，最终导致学生不能完成课程学习任务，课堂表现和学习成绩都不尽如人意。
（二）学时不足，学习难度较大
近年来，随着各高校对人才培养方案的修订与教学目标的调整，各专业设置课程总学时逐年缩减，其中“机械制图”课程对于非机械类专业学生基本维持在32学时，对于机械类专业学生设定在48—64学时。这样的课时设置只能满足学生对画法几何篇章、机件常用表达方式和标准件等章节的基础知识学习，而对于与实践应用密切关联的零件图与装配图的学习时间分配严重不足，虽然一些高校对机械类的学生配有部分测绘实践课程，但学生不能很好地利用理论基础知识将空间形体抽象出来绘制在图纸上，实际动手作图时缺乏解题思路，总是感觉无从下手，无法发挥自主意识，致使学生对课程产生排斥心理，直接影响到学生后期相关课程的学习、课程设计和毕业设计等，专业图形识图和绘图困难、知识匮乏的诟病[3]。
（三）传统教学方法的不足
传统的教学方法是单一的黑板粉笔式教学，教师授课时要花费大量时间绘制几何与工程图形，其间学生处于非思考等待状态，导致课堂上学习时间有效利用率不高，授课进度相对缓慢，而且教师手工绘图技术水平的高低，在一定程度上直接关系到教学效果和授课效率[4]。现代教学模式基本都借助多媒体辅助教学模式，节省了教师课堂上绘图时间，但所设置课程总学时量也随之减少，课程讲授速度相对变快。学生在课堂上若能紧跟教师讲解思路，基本可以理解题意与图形绘制，但由于自身空间思维开拓还不足，自主思考问题与绘图时，脑海中不能构建起整体的绘图顺序，解题绘图思路不明朗，使得部分学生逐渐进入缺少学习原动力、内驱力的学习状态。与此同时选择或制作的教学课件与授课效果密切相关，直接影响教师与学生交流互动机会和教学效果，所以在满足授课任务的前提要求下，课件选用需要适合教师本身授课风格与被教授对象特点，进而提高总体教学效果和质量。此外能够反映学生学习效果的最直接手段就是考核，本课程考核方式多采用课堂制图与期末笔试以及复杂零件的零件图与装置部件的装配图绘制，此类由纸面呈现的考核方式比较单一，只能反映出学生掌握理论知识的优劣，并不能较好地反映学生空间想象能力及形体构造能力被塑造与提升的效果，动手能力和实际应用能力更无法体现。
（四）“CAD绘图”与“机械制图”课程未能紧密结合
目前，大部分高等院校在人才培养方案中进行专业课程体系设置时，将“机械制图”和“CAD绘图”开设为两门完全独立的课程。开设时间安排在不同学期，即使个别院校安排在同一个学期内，也是采取先讲授“机械制图”课程再讲授“CAD绘图”课程的授课顺序，并且这两门课程多数不是同一位教师授课，这样教学安排的弊端就是两门课程相关联的知识点不能紧密衔接融合，容易导致课程教学内容脱节，无法起到相互促進的作用。为了提高两门课程的教学效果，有些高校在教学方法上有所改进，采用在“机械制图”课程教学内容中插入几章“CAD绘图”课程内容强化绘图训练，或在“CAD绘图”课程教学前插入部分“机械制图”课程内容增强绘图理论基础知识，但这种穿插添加式方法并不能有效整合两门课程内容，学生对两门课程学习程度不够深入，效果不理想，无法达到预期的教学目标。
三、“机械制图”与“CAD绘图”融合一体化教学的意义
在传统的“机械制图”教学过程中，许多教学内容缺少具体的绘图动态演示和空间形体结构展示，使学生的空间思维理解和制图精准度都受到了极大的限制。现代“机械制图”教学方法中采用多媒体教学授课方式，授课课件中可以十分清晰地演示绘图动态过程以及展示形体结构模型，但利用何种方法如何绘制这些形体结构模型，还未能充分展现，因此探索更高效的“机械制图”教学方式并结合实践应用是十分必要的。CAD绘图软件的出现和在现代设计界的广泛应用，逐步形成了“CAD绘图”与“机械制图”两门课程紧密融合的教学模式。二者紧密融合的优势在于一定程度上能够较好地提高学生自主学习的积极性和主动性。“机械制图”课程相对“CAD绘图”课程学习较乏味，其理论性知识较繁杂，空间逻辑思维要求高，不易理解学懂，而且传统手工制图比较烦琐，修改难度大，绘制精度不高，学生学习积极性不高并存有抵触情绪。而计算机作为辅助学习工具，相应软件开发较成熟，其中CAD绘图在“机械制图”课程中得到了广泛应用，大大简化了烦琐的手工机械制图，提高了绘图精度，修改便捷，可以更加清晰、直观地展示三维模型，有助于学生对“机械制图”课程深入学习与理解，激发学生学习积极性，增强识图绘图能力。“CAD绘图”与“机械制图”两门课程融为一体教学能够相互促进，相互弥补短板，提升两门课程的教学效果。“机械制图”教学是单纯从点到线再到面，最后扩展为三维型体，学生受传统的教学模式影响，一直处于抽象思维环境中，对于空间想象接受能力不足的学生而言，久而久之失去了对该门课程的学习兴趣，影响教学效果和质量，而“CAD绘图”教学可将传统的教学模式逆向转换为从三维型体到面、线、点的直观、形象的教学模式，使那些静止、轴向的教学内容得以形象化的呈现，让学生能更直观地观察到动态作图的每一个细节，确保学生清晰理解物体的结构特征[5]。这对于调动学生主动学习的积极性，充分发挥学生在教学中的主体作用具有十分重要的意义，而且将单一课程中重复的内容有机整合，优势扩充、不足处互补，理论与实操衔接紧密，使学生能够更系统专业地学习机械制图技术，并且对于拓展学生的思维，迅速提升识图绘图能力，强化创新意识具有十分重要的作用，对于适应新时代教学改革的实际需求，实现培养创新科技型人才的教学目标意义深远。此外在现代许多企业实际应用中，机械制图依然是各企业的产品、机械零件表达的理论基础，但早已将其中的传统手工绘图与制图方法进行舍弃，处于时代滞后的技术与教学内容不断被淘汰，企业研发设计等相关部门对工科院校的专业学生素质要求渐行渐高，机械产品的二维图、三维图均是应用计算机及辅助设计软件进行绘制。总而言之，“机械制图”课程是识图绘图基础，“CAD绘图”课程是识图绘图精准灵活展现，二者已是工科类专业学生不可缺少的学习内容，因此两门课程紧密融合是提升教学成效的关键[6]。
四、“机械制图”与“CAD绘图”融合一体化
教学策略
（一）调整课程内容融合设置
以模块化嵌入的方式将“机械制图”与“CAD绘图”两门课程的内容有效穿插整合，各章节的理论知识与绘图操作内容紧密衔接，形成机械制图理论与绘图操作完整的一门课程，即“机械制图理论与实操”。融合过程中绝对打破两门课程的界限，以知识点有序碎片化并结合理论与实操点对点的形式，制图理论基本知识为先，紧密扣接对应的CAD绘图操作知识点，形成完整系统的制图课程内容。在各知识点融合时，CAD基本绘图内容能够顺利融入机械制图内容中，基本在零件图与装配图内容之前，已全部融入。为了制图实操内容更加系统化，可在零件图与装配图内容中穿插综合制图内容，加强对制图理论与操作综合思考和增强绘图能力。总体来说，两门课程内容能够灵活有机融合，互相促进，实现理论与实践一体化教学模式。
（二）优化课程教学内容
根据教学要求，对制图课程教学内容进行有效调整，压缩手工绘图与理论知识内容教学，增加CAD绘图内容教学。将CAD绘图课程与传统制图课程进行相互融合，创建新的教学方案。在“机械制图”课程中制图基本知识章节讲述制图国家标准和圆弧连接（寻求圆心）
等知识点，许多知识点需要强行记忆才能绘制出标准的手工图，但运用CAD绘图可以便捷许多，例如尺寸箭头的绘制，长宽比例通常是4 ∶ 1或6 ∶ 1，手工绘制需要定位量取再绘制，绘制多个尺寸时剪头大小一致性差，而CAD绘图只需要设置好相关比例，点击尺寸标注相关命令就可自动标注，特别针对多个尺寸标注时更能体现出优越性。圆弧连接找圆心时，利用CAD绘图可以开启对象捕捉和对象跟踪等设置，可直接寻到圆心，简化了用几何法寻找圆心的步骤。立体的表面交线章节中包括截交线和相贯线等相关知识，截交线和相贯线实际应用性较低，而且这两项内容占用课时较多，学生普遍反映不易理解，对该部分知识存有抵触心理，国家相关标准规定，在设计绘图时相贯线可以采用简要画法，因此在教学过程中，教师可以适量减少截交线和相贯线等相关理论知识点的讲解。在CAD绘图操作的教学中，可以利用三点绘制圆弧方法对相贯线的简要画法进行补充，利用减少讲解理论基础知识的时间让学生进行实操训练，这对学生而言，接受和掌握该部分的知识就会感到轻松容易。在学习绘制轴测图时，可将CAD绘图中的三维建模模块应用到轴测图绘制中，通过拉伸、旋转、抽壳等命令绘制展示形体模型，使学生对轴测图知识易于理解与绘制。总之，根据“CAD绘图”与“机械制图”两门课在日常教学中实施情况，必须整合重叠的教学内容，使各部分知识点紧密融合，合理优化教学内容、优化教学资源。
（三）完善课程教学步骤
“CAD绘图”与“机械制图”教学的有机融合需要保证在合适的时机开展，做到章对章、节对节以及点对点的紧密衔接。在学习制图基本知识章节过程中，可以结合CAD绘图中的线形设置和尺寸标注命令等相关内容进行讲解，加深学生对各线形表达意义的理解和记忆，两部分知识可以相互促进，取长补短。在学习点、线、面的投影相关知识时，可以融入CAD绘图中的点、线等平面图绘制方法，促进学生对投影的相关知识的理解，同时能够熟悉CAD绘图的基本命令，提高了学生对制图的学习兴趣。在学习组合体知识时引入CAD平面绘图知识和三维实体建模，不仅能巩固机械制图投影的相关知识，而且更直观清晰地将实体展现出来，增强学生对组合体结构的空间想象能力，更加透彻理解组合体教学中的形体分析法和线面分析法。学习机件视图表达内容时，学生可以在CAD绘图软件中利用所学理论知识，通过所学绘图操作命令绘制相关结构的主视图、剖视图以及局部放大图等，并加深理解各视图的表达方法与意义。在学习零件图与装配图知识时，CAD绘图基本知识已完成讲授，此时可直接利用CAD绘图软件对零件图和装配图进行实体建模以及生成工程图，使学生在绘图过程中，切实享受到CAD绘图的便捷性，对此产生浓厚的兴趣。总之，在培养方案教学计划课程设置中，应将這两门课程合二为一，在日常教学过程中，教师应在合适的时机将“CAD绘图”和“机械制图”教学有机融合起来，增强理论与实操的紧密衔接，合理优化教学步骤，充分显现两门课程可互助互利互补的融合优势，提高学生对两门课程学习的积极性和自主性。
（四）创新课程教学方法
传统的教学方法是教师在台上讲，学生在座位上听，无论是采用板书粉笔式教学方式，还是多媒体授课模式，都是一种灌压被动式教学方法，学生学习的主动性和积极性不高。为了加强学生学习的积极性，教学方法上需要不断优化创新。在CAD绘图与机械制图内容紧密融合形成一门课程的基础上，授课教室选择计算机实验室，保证学生每人一台计算机。在讲授课堂上，可以融入现代多媒体技术和学生机网络同步技术进行制图理论知识和CAD绘图操作知识讲授[7]。在学生机与教师机完全同步状态下，利用CAD绘图技术展开平面图像的旋转、拉伸，对三维实体进行建模绘制，并结合多媒体设备进行相关环境设置、辅助补充讲解等。当讲完相应知识点后需要学生自己绘图操作训练时，将其切换到单独控制状态，自行操作学习相关命令和绘制机械图，期间教师可针对作图过程中遇到问题的学生进行辅导，增强学习交流，真正做到讲完就练，练中有讲，讲练结合，实现“做中教、学中做、做中学”，教、学、做一体化的目标，让授课方式更加人性化。通过教师讲授与学生自己动手制图相结合，学生能更加轻松地绘制机械图形和直观地展示立体图形，促进学生对各部分知识的理解与掌握，提升学生学习兴趣和空间思维能力，提高教学效果和质量。
五、结论
“机械制图”与“CAD绘图”课程在教学安排层次化、教学内容模块化和教学方法整体化等方面进行多角度紧密融合，寻求新颖、有效的教学模式，构建起课堂教学与实践训练有机融合的教学体系，快速地实现理论知识与空间立体模型的紧扣结合。二者融合一体不仅减少课程学时总量，提高资源利用率，而且在课堂上教师易于教、学生易于学，增强课堂教学的直观感和灵活性，激发学生空间思维能力和学习制图课程的兴趣，有助于更优质地完成相关知识的学习。目前尽管这两门课程的融合仍处于初始阶段，还有许多需要完善优化之处，但只要在工作中不断总结教学成功经验，改善不足，锲而不舍地努力探究与实践，就可以不断提高机械制图理论与实操教学的整体质量，有利于课程教学效果的提升，培养更专业的尖端人才。
参考文献：
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[7]赵培培，王振宇.论工程制图教学课程结构的优化[J].教育? ? 教学论坛，2018，（32）.
收稿日期：2019-04-03
作者简介：李杞超（1978—），男，黑龙江哈尔滨人，岭南师范学院机电工程学院副教授，主要从事机械工程、流体传动与
控制方面研究。
