李強 薄潤芳 郝慧芬 劉瑞霞 黃傳梅

摘 要 以調(diào)查問卷的形式，統(tǒng)計機械制圖及CAD課程的學生接受困難知識點，在總結(jié)該課程改革現(xiàn)狀的基礎上，提出機械制圖及CAD課程的新構(gòu)架，并對新架構(gòu)的優(yōu)劣進行調(diào)查分析，以期更好地對該課程進行改革。

關(guān)鍵詞 機械制圖及CAD；世界技能大賽；課程改革；Autodesk Inventor

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）22-0089-03

Abstract In the form of questionnaires， students knowledge of mechanical drawing and CAD courses is analysed. Based on the summary of the current situation of the course reform， a new frame-work of the course of mechanical drawing and CAD is put forward， and the advantages and disadvantages of the new framework are in-vestigated and analyzed in order to carry out the course reform better.

Key words mechanical drawing and CAD； world skills competition； syllabus reform； Autodesk Inventor

1 引言

機械圖樣是機械行業(yè)工程師的共同語言，是制造加工的技術(shù)指令。機械設計人員的思想表達和設計意圖都是通過機械圖樣表達出來的[1]。國家現(xiàn)有的機械圖樣主要是二維機械圖紙圖樣，主要是通過手工繪圖和CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）輔助制圖得到。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)產(chǎn)品造型技術(shù)的不斷發(fā)展，三維機械圖樣的使用越來越廣泛，并且隨著PMI（Product Manu-facturing Information，產(chǎn)品制造信息）技術(shù)的不斷成熟以及相關(guān)標準的制定，三維機械制圖逐漸成為企業(yè)產(chǎn)品信息與加工制造的主要技術(shù)表達。

在機械制圖及CAD課程教學中卻仍然使用傳統(tǒng)的手工繪圖與以AutoCAD為平臺的二維CAD制圖。筆者利用問卷星制作了《<機械制圖及CAD>課程改革實踐研究調(diào)查問卷》，對全國62名機械制圖及CAD課程教師進行問卷調(diào)查，調(diào)查區(qū)域遍及內(nèi)蒙古、黑龍江、遼寧、甘肅、北京、山東、江蘇、浙江、寧夏、河北、河南、江西、四川、福建、海南、貴州。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在機械制圖及CAD課程的開設上，因?qū)W時的壓縮以及學生層次的不同，造成在各個模塊的教學上都存在一定的難度，具體如圖1所示。

世界技能大賽由世界技能組織舉辦，每兩年舉辦一次，被譽為“技能奧林匹克”，是世界技能組織成員展示和交流職業(yè)技能的重要平臺。世界技能大賽比賽項目共分為六個大類，分別為CAD機械設計、創(chuàng)意藝術(shù)和時尚、信息與通信技術(shù)、制造與工程技術(shù)、社會與個人服務、運輸與物流，共計46個競賽項目。大部分競賽項目對參賽選手的年齡限制為22歲，而制造團隊挑戰(zhàn)賽、機電一體化、信息網(wǎng)絡布線和飛機維修四個有工作經(jīng)驗要求的綜合性項目，選手年齡限制為25歲[2]。

世界技能大賽CAD機械設計項目是指使用計算機輔助設計軟件完成零件/產(chǎn)品數(shù)字建模、圖紙生成、方案設計和三維打印等工作的技能競賽項目[3]。該項目主要是針對機械產(chǎn)品進行完整建模出圖的一個比賽設計。年齡的限制也就意味著該項賽事對于推動高職機械類學生在該賽事的參賽上具有得天獨厚的年齡優(yōu)勢，再加上系統(tǒng)的知識培訓，會極大推動我國在CAD機械設計行業(yè)人才隊伍上的培養(yǎng)。加上隨著國家推行世界技能大賽成果轉(zhuǎn)化應用，將該賽項的卓越成果引入機械制圖及CAD課程的教學改革中是勢在必行的。

通過世界技能大賽的推動，為促進教學與企業(yè)實際的對接，提高機械制圖及CAD課程在學生受眾中的學習質(zhì)量，對機械制圖及CAD課程進行一系列改革，摒棄傳統(tǒng)的二維機械圖樣教學模式，倡導由三維立體到二維圖樣的過程，加強學生對識圖、出圖的基本理解。

2 機械制圖及CAD課程改革現(xiàn)狀

在現(xiàn)在的機械制圖課程教學中，是以制圖基本知識、點線面的投影、基本立體的投影、組合體的投影、軸測圖、機件的表達方案、標準件和常用件、零件圖、裝配圖的知識體系進行教學的。湖北汽車工業(yè)學院張鳳敏老師利用三維建模軟件對體的截切、機件的表達方案進行輔助教學；西安建筑科技大學理學院的張淑艷等利用三維CAD輔助工程制圖教學，將三維軟件用于組合體構(gòu)型，增強學生對組合體概念的理解；合肥工業(yè)大學的王靜等將機械制圖中的各部分知識點利用Autodesk Inventor進行相關(guān)表達，以便于學生掌握機械制圖知識[4-6]。

3 機械制圖及CAD課程新構(gòu)架

世界技能大賽CAD機械設計賽項使用Autodesk公司的三維設計軟件Autodesk Inventor進行輔助設計。本次改革的新架構(gòu)也將采用該軟件作為CAD軟件，利用第42屆世界技能大賽樣題——斯特林發(fā)動機作為課程改革內(nèi)容知識點，圍繞該任務進行課程內(nèi)容的架構(gòu)。針對高職高專學生在數(shù)學基礎薄弱、空間想象能力不足的缺點，將機械制圖及CAD課程進行重新構(gòu)架，利用Autodesk Inventor作為輔助教學軟件，搭建該課程的新架構(gòu)，具體如表1所示。

在教學過程中，以軟件教學和機械制圖基本知識為知識載體，在基本知識框架訓練的基礎上，在組合體、典型零件以及裝配項目中以世界技能大賽CAD機械設計賽項賽題為教學內(nèi)容，訓練學生在識圖、出圖方面的能力。以世界技能大賽推出的素材為基本切入點，合理引導與訓練學生對零件圖的識讀與繪制，切實提高學生在識圖方面的能力。在CAD機械設計賽項上，裝配圖的主導是進行盲裝，也就是只有一張裝配產(chǎn)品的等軸測視圖，要求學生能夠熟悉裝配，對部件裝配的讀圖、部件的安裝、部件裝配工藝以及裝配公差還有裝配工程圖的制圖都有很嚴格的考核，極大地提高了學生的裝配識圖與出圖能力。

綜上所述，有效引用世界技能大賽CAD機械設計賽項的成果，引進該賽項的培養(yǎng)模式進入機械制圖及CAD課程，不但能有效地突破現(xiàn)有教學困境，更能夠合理地培養(yǎng)學生在機械設計方面的能力，有針對性地提高學生的學習興趣，提高學生在機械設計綜合素養(yǎng)方面的能力。

4 機械制圖及CAD課程改革優(yōu)缺點探討

該改革的優(yōu)點 通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有54.84%的教師認為將三維軟件和機械制圖進行融合，可以擺脫現(xiàn)在的教學困境，同時列舉出將三維軟件和機械制圖相結(jié)合的優(yōu)勢主要有直觀、高效、便于理解、立體感強、生成圖紙方便準確、便于修正圖紙、便于后續(xù)加工生產(chǎn)信息的理解與傳達、便于理解裝配工藝、便于理解制造工藝。

本次課程改革確立了以識圖、出圖為目的機械產(chǎn)品表達，將知識重點放在機械產(chǎn)品性能的實現(xiàn)上，體現(xiàn)設計的特點。利用Autodesk Inventor為主要載體，實現(xiàn)先三維立體繪圖后二維圖樣表達，再訓練從二維圖樣到三維立體的表達。將機械二維圖樣的識讀和三維圖樣的工程圖表達進行有效訓練，徹底解決識讀與繪圖的問題，并通過爆炸動畫和運動仿真動畫解決裝配理解問題。

本次課程改革依托世界技能大賽CAD機械設計賽項，利用賽項相關(guān)試題與機械制圖課程緊密結(jié)合，打破傳統(tǒng)以三維軟件為輔助教學的模式，將輔助教學軟件變?yōu)橹黧w技能工具，將知識融入技能中。

該改革的缺點 通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，將三維軟件和機械制圖相結(jié)合的改革產(chǎn)生的一些不利方面主要有：制圖基礎知識會被忽略，學生手工繪圖能力會降低；所學知識過多，給學生學習造成困難；弱化學生的三維立體思考能力，不利于學生想象力、思考力的培養(yǎng)；加重學校硬件負擔。

5 結(jié)語

面對學生基礎知識薄弱、學時壓縮、教學內(nèi)容又不能少的教學困境，使學生既掌握知識又花費學時少，還能真正對機械產(chǎn)品有全方位的認識，是本次教學改革的主要目的。通過教學改革，能有效改變學生掌握的知識僅限于點線面的投影、零件圖的繪制，將知識重點放在裝配圖及其工程圖的表達上[7]。通過大量零件圖的繪制提高識圖能力，通過裝配爆炸動畫理解產(chǎn)品裝配過程，通過運動仿真理解機械產(chǎn)品的用途及工作原理，使學生的知識具體化、立體化。在調(diào)查中，不少專業(yè)教師提出的一些改革的缺點也是應當考慮的。

企業(yè)中有不少文化基礎薄弱但從事設計工作的優(yōu)秀機械設計人員，筆者了解到他們的設計之路基本上是在這種模式下摸索出來的。下一步，筆者將對該類人群進行相關(guān)調(diào)研，以確保本次改革朝著更理想、更有效的方向邁進；同時將對我國非標產(chǎn)品設計的現(xiàn)狀展開調(diào)研，針對非標產(chǎn)品設計中常用零件產(chǎn)品的選型以及在利用Autodesk Inventor軟件進行設計時的一些注意事項進行調(diào)研，以期完善課程體系的開發(fā)與架構(gòu)。

參考文獻

[1]鄒曉峰，宋金虎，多勇.機械制圖[M].北京：現(xiàn)代教育出版社，2017：1.

[2]走進技能大賽冠軍[EB/OL].[2018-8-16].http：//all.vic.sina.com.cn/201710jianzhuang/.

[3]CAD機械設計項目[EB/OL].[2015-02-25].http：//www.worldskillschina.cn/sxxm/content/2015-02/25/content_1042950.htm.

[4]張鳳敏.翻轉(zhuǎn)課堂模式下三維CAD軟件在機械制圖中的教學研究[J].教育教學論壇，2017（7）：195-196.

[5]張淑艷，雷光明，成彬，等.三維CAD輔助工程制圖教學的方法[J].圖學學報，2014，35（3）：464-468.

[6]王靜，劉焜，程久平，等.Inventor在工程圖學教學中的應用探索[J].工程圖學學報，2009（1）：136-142.

[7]李強，薄潤芳.高職機械制圖及CAD課程改革與實踐[J].中國教育技術(shù)裝備，2017（4）：107-109.