基于三维图样技术的应用型本科《机械制图》教学改革探索

　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（b）-0198-02

　　机械制图是机械类本科教育中非常重要的一门课[1]。工程图纸是生产制造作业中不可或缺的重要信息依据，也是交流设计思想的信息载体，因此，机械制图是每个机械专业学生必须熟练掌握的实用性技能。随着科技发展，机械制图手段的数字化程度也在不断提高。由于机械制图是一门传统的专业课程，因此，很多学校一直沿用原有的教材与教学方法，没有充分利用数字化教学手段改善教学效果，也没有根据行业需求及时调整教学内容改革教学方式，致使学生所学的知识技能落后于企业不断提高的技术需求，与应用型本科教育的人才培养目标相去甚远。

　　本文详细分析机械制图课程目前存在的关键问题，结合企业在该领域的技术人才需求，充分考虑课程内容的特点，提出了基于三维图样技术的机械制图课程在教学内容、教学手段、考核方式等方面的具体改革方案，旨在帮助学生更容易的理解复杂实体模型的几何投影原理，提高空间想象能力，建立更加完整的知识应用体系。

　　1 机械制图课程现阶段存在的主要问题

　　（1）教材?热莼?础陈旧与企业实际应用需求脱节。大多数教材中使用的实例有较高程度的重复，而零件图及装配图绘制部分的实例并无与制造业中常见的机床、机器人等相关的实例。教材的内容主要面向二维工程图的绘制。而在企业中，三维图样正在逐步替代二维工程图，在航空航天等领域已有很多企业实现了全三维无纸化生产。因此，仅培养学生二维工程图的绘制与读图能力已经无法满足企业快速发展的技术需求。

　　（2）缺少生动形象的教学手段。机械制图是一门讲解投影原理，通过绘制二维图表达三维实体的课程。目前教师主要通过课件中的图片结合教学模型进行投影原理的讲解，但图片无法生动、形象、全面的表达空间立体，教学模型由于尺寸较小在课堂上无法将模型的结构形态按照具体的投影方向展示给所有的学生，由于缺少直观清晰的投影效果展示，学生难以理解投影原理，难以借助空间想象力绘制投影视图，教学内容枯燥乏味，多数学生对该课程缺乏兴趣。

　　（3）实践训练形式单调乏味效果不佳。机械制图课程往往通过大量的作业练习来帮助学生巩固基础知识提高绘图能力，增加了学生与教师双方的压力，且效果往往不理想。而对于实物测绘的训练，常安排在机械设计课程结束之后，与机械制图课程教学脱节，因此，无法及时结合教学内容训练学生动手能力，体现教学内容的工程实用性，难以及时通过实际操作增加学生对课程的学习兴趣。

　　（4）考核方式单调缺乏相关能力的检验。机械制图是机械专业的专业基础课，涉及到几何投影相关的理论知识，因此，多数学校依然采用传统的试卷考核学生对机械制图基础知识的掌握。这种考核方式没有充分考虑到该项技术在行业应用中的变化，考核内容及方式并不能全面检验学生对企业所需相关技术是否已熟练掌握。

　　2 基于三维图样的教学方式改革

　　（1）教材内容的改进。由于越来越多的企业正在逐渐实现全三维的无纸化生产，因此，机械制图的教材中也应增加一到两章的关于三维图样技术的相关内容。同时应结合“中国制造2025”面向自动化、智能化制造业的实际应用需求，介绍三维图样技术的发展现状、工业背景、基本概念、相关国际国家标准、三维图样的模型表达方式、三维图样标注方法、支持三维图样设计的软件及基本操作，对接行业发展需求，增加学生在后续工作中的竞争力。

　　（2）教学方式的改进。为改变机械制图教学内容枯燥，增加实物投影效果的可视性，加深学生对投影原理的直观认识与深入理解，在理论教学中结合CAD技术[2-4]，于UG软件环境下结合教学内容建立典型的三维模型，通过对三维模型的旋转等操作展示不同角度的模型显示效果，模拟实物几何投影视图的形成过程，帮助学生理解投影的原理，培养学生的三维空间想象能力，增加课程的趣味性，降低课程的学习难度。同时，可以使学生提前熟悉后续CAD/CAM课程的软件环境，了解不同课程间的关联性。

　　（3）实践训练方案的改进。实践训练以巩固教学内容，将理论应用于实践与企业需求对接为目标。因此，可将实践训练环节分为三个部分：手绘二维工程图、计算机绘制二维图以及三维图样设计。手绘二维工程图帮助学生巩固基础理论，计算机绘制二维图以及三维图样设计则面向应用，训练学生熟练掌握数字化的计算机辅助设计技术，满足企业对应用型本科人才的技术需求。各环节采用分组的方式，完成典型机械产品的测绘。教师应多以目前工程中常见的机床、机器人等机械产品的零件与装配体为例，及时引进与行业发展最新动向相关的工程实例，建立教学与工程应用之间的紧密联系。增加测绘实践训练，减少传统作业练习。

　　（4）考核方式的改进。考核是对学生对知识技能掌握情况的最直观有效的检验方式。为全面考察学生的制图基础以及对先进制图技术的掌握程度，将机械制图的考核方式由传统的试卷考试改为模块化的考试。考试具体包括笔试模块、机试模块与课程研究模块。笔试模块考察学生对制图标准、基本知识原理的掌握程度；机试模块考察学生在规定时间内熟练使用企业广泛应用的CAD软件完成工程图绘制的能力；课程研究模块以报告的方式考察学生对当前工业中采用的制图手段与技术的了解以及对先进制图技术未来发展方向的把握程度，提前了解企业未来发展的技术需求。

　　3 机械制图能力培养新思路的探索

　　机械制图是机械类专业一年级的基础课程、学位课程，所学的制图知识技能是工程实践中最为基础但也非常重要的技能。机械制图课程的学习周期一般为两个学期，课程结束后，除了在毕业设计中会要求绘制工程图纸之外，基本无后续的与其他课程结合的应用。由于课程结束后很多学生长时间不进行绘图相关训练，导致绘图知识被遗忘、绘图技能退步。因此，应改变传统教学中课程结束即完成培养目标的思路，将对学生制图技能的培养贯穿整个本科教育阶段，在不同的阶段与相应的专业课程相结合，从而对学生的各类专业技能进行系统性的训练，实现应用型人才培养的目标。

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