王妍，曹喜承，祝娟，杨蕊，徐金超

摘要：通过分析三维CAD技术对制图课程的影响，文章根据传统机械制图的要求， 结合机械制图教学目标和应用型本科的特点，在“从三维表达入手”的设计思想的指导下， 提出了制图课创新改革的新思路，介绍了基于三维CAD技术的制图教学改革探索與实践的过程，构建了机械制图课程体系，进行教学方法设计。

关键词：机械制图；三维设计；课程体系；教学方法

机械制图是工科院校机械类专业重要的基础课之一，培养学生空间思维能力、构形设计能力和图形表达能力是课程的主要教学任务。但是，学生在初学《机械制图》时，对机械制图一片茫然，其有何特点、有何用处一概不知，很难产生自觉学习的行为和兴趣。

本文以新的“从三维设计入手”的理论体系为指导思想，创建从三维CAD开始的制图课程教学体系，着重培养学生利用三维建模技术进行设计和表达的能力，对培养学生的空间想象力和创新能力具有举足轻重的作用，将是制图课程创新改革的必然发展趋势，这要求教学观念、教学模式、教学方法有较大幅度的转变。

一、国内外研究现状分析

（一）国内研究现状

近几年，为了提高三维技术的应用，国内各机构也围绕三维建模举办了很多理论和实践竞赛， 如每年的全国“高教杯”图学大赛，就是以三维CAD为基础进行的先进成图与产品信息建模的创新大赛。三维CAD 陆续引入制图教学中来。引入的方式，概括起来，主要有两种。

（1）独立式。独立开设三维建模课程，与制图课程一起构成新的教学内容体系，优点是不改变制图原有的教学内容和授课形式，学生能够系统地学习三维建模知识；缺点是三维建模与制图之间的联系被彻底分开了，制图和建模被认为是两门各自独立的课程，学生不能灵活地进行三维建模和二维表达的相互转换。

（2）分段式，把三维建模知识嵌入到机械制图课程中，将三维软件操作方法与制图基本知识分别编写在同一本教材的一章或几章中，这种方法加强了三维建模技术与制图基本知识的连贯性，但是建模在制图教学中的直观性和引入性仍没有得到充分发挥。

（二）国外研究现状

早在20多年前国外即开始进行制图课程学生实践能力的培养。课程授课学时较少时，会在课下安排实践性强的实训和练习。

其他国家也都在进行制图教学改革，如日本、美国等。美国国家自然科学基金会资助制图课程进行创新性研究项目，并由8所院校共同进行合作，美国奥斯汀德州大学的课程教学改革方法如下：在低年级开设该课，以实体建模软件教学为主体，教学内容包括：课堂讲授、绘制草图、 计算机绘图三个环节。整个课程分计算机绘图及设计介绍、实体建模、工程分析与制造、建立设计文档和大作业五个部分。

日本武藏大学的平野教授， 东京大学的铃木教授在1999年7 月第4届中日图学教育研讨会上做了题为“设计与制图相结合”的报告。他们都一致提出了制图教学与三维设计结合起来的教学方法， 提出既要教授学生绘图， 还要教授学生设计， 使学生能够绘制生产图纸。制图与设计融合必将是制图课的一个发展趋势。

二、从三维表达入手制图课程教学体系研究

（一）从三维表达入手制图课程教学体系的研究

1.“一体两翼”的教学模式。

“一体两翼”的教学新模式，即“以制图基本理论为主体， 从三维实体造型技术出发，以二维计算机绘图训练结束的培养方式”，形成制图课程新的教学内容体系。

以培养卓越工程人才为最终目的。构建SolidWorks三维计算机建模，制图知识与AutoCAD二维计算机绘图融合起来，循序渐进的教学体系。让学生从三维建模的兴趣入手，了解机件的构形及制图基本理论，最终能够合理表达为二维计算机图形；对每一部分理论教学的同时都有一定数量的实践教学，包括二维和三维软件的实践上机内容及手工绘制白图，使学生在动手实践过程中不知不觉学到知识和技能；将测绘与SolidWorks三维软件的使用结合起来，创建计算机辅助测绘新理念。

在建构教学体系时，必须考虑怎样进行制图教学对发展学生空间能力和实践绘图能力最有利。根据机械制图课程的教学基本要求，以SolidWorks软件为平台入手，讲解了机械制图的内容。为此构建了三维技术与传统制图有机结合的“以三维技术为主线，二维制图教学为核心”的新教学体系。

2.三维立体化课程体系。

这里所说的“三维立体化”，一维是指课程的基本理论和制图知识，主要是基本的制图教学知识；二维是理论联系实践的桥梁。例如，机件的各种表达方法，典型零件的视图表达和尺寸标注，AutoCAD软件和SolidWorks软件的计算机绘图技术。以上所述内容可以独立成章，也可以跟制图理论结合到一起，融会贯通；三维即学习手段和方法。

所以，这种课程体系是以三维建模为主线，将制图内容穿插其中，将三维软件建模方法与机械制图理论知识协调融合，分散教学到各章节的讲授中，这种方法能够促进学生对零部件的结构、相互关系的直观理解，有助于建立学生的空间思维想象能力，有助于对制图内容的理解。但教学时，切记勿落入以三维软件的介绍和使用为主的误区，偏离了制图课教学改革的根本目标。

（二）教学方法设计

制图课程教学改革的目的就是从三维视觉入手，增大学生的学习兴趣，从而达到具有熟练读图画图的能力。机械类专业的制图课程其特性是具有较强的实践性，教师必须增加机操作环节。

为了适应图学课程新型课程体系，可以采用以工程案例教学法为主，以研究法、讨论法为辅。设计具有工程实际应用价值的典型教学案例，结合三维立体模型加以分析。使课程教学中一维与二维的知识形成融合与递进的教学关系，着重培养学生的科学分析与创新能力。

一维的教学基本知识，需要在授课时详细介绍。二维的核心教学难点则重点介绍应用方法。制图课程包含各类综合表达方法，这就要求教师对工程实践有所了解，能够从实例中简化、提炼出蕴含概念和知识点的典型案例。

三、以三维技术为主线的课程教学设计

以三维实体为主线，将二维投影知识、国家标准、三维建模理論融合，具体如下：

（1）投影理论——可以选择从体的投影介绍中引入投影法的基本概念，进而引出点、线、面，逐步讲解其投影特点和规律，即从三维到二维的思路进行授课。然后结合三维造型原理描述组合体的形成和相贯体的概念，同时化解截切相贯组合体的难点。

（2）机件的表达方法——以SolidWork软件为平台，深入理解剖视图、断面图的应用方法、目的和概念、表达方法，同时讲解对应理论的某些工程简化画法，让学生深入理解“表达”的含义。

（3）标准件和常用件——以软件自带的标准件库为基础，介绍标准件和常用件的种类、用途及国标简化画法及标记。

（4）零件图及装配图——用三维软件投影形成工程图，利用三维造型过程中几何约束和尺寸约束的概念，帮助学生正确理解图样表达完整性的意义。

（5）综合训练——加强学生在三维实体与二维图纸之间的思维转换，利用软件让学生能够进行零件和装配建模实践及装配干涉检查，提高对设备结构及其设计原理的理解，提高学生的创新能力和三维空间想象能力。

新制图教学体系以机械制图知识为主，三维实体造型技术为辅，二者相辅相成、互相促进。教学中不但使学生更加牢固地掌握机械制图和计算机绘图的知识，而且能够增强学生实际工作的能力。

四、结论

现代科技发展的实践证明，机械制图课程教学改革的必然趋势势必离不开三维CAD内容的教学，通过本文这一创新改革思路的探索，能够为制图课程的改革提出一条行之有效的教学思路。

将机械制图的常规知识和计算机三维建模技术有方法的结合和讲授，优化了教学内容，使学生有能力在二维制图知识和三维实体空间中自由转换思路，提高了学习的趣味性，全面提高了学生的识图绘图能力和工程素质。

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编辑/岳凤