社会服务激发的高职《机械制图》课程改革研究

闵达

一、引言

2011年广州南洋理工职业学院贯彻落实《关于推进高等职业教育改革创新引领职业教育科学发展的若干意见》（教职成〔2011〕12号）文件精神，开始履行高职院校的社会服务功能，扎扎实实开展了对企业的社会服务。机电类专业与周边企业建立了多个产学研基地，开展对企业的技术咨询、设备改造、员工培训等技术服务。深入的社会服务发现，一是学生的现有的读图和绘图能力不能满足行业企业对高技术技能型人才图学能力的要求；二是伴随计算机绘图软件的快速发展和产业的转型升级，几乎所有企业都在广泛使用计算机软件绘图和设计，依靠绘图工具的手工绘图已经退出，而现行的高职《机械制图》课程还是手工绘图在唱主格调。《机械制图》课程内容，没有与时俱进。因此《机械制图》课程，必须实行从内容到形式的教学改革。一方面必须着眼于构建以提高综合职业能力为核心的课程体系；另一方面，必须应对新的生产方式中技能型人才的素质要求，通过课程结构和内容的创新，提高学习者的学习能力、实践能力和创新能力。

二、高职院校《机械制图》课程目前教学状况

《机械制图》是高等院校机械类专业的主干技术基础课程，是研究绘制和阅读工程图样的原理和方法的一门学科，既具有系统的理论性，又有较强的实践性。它研究的对象是被称为工程界“技术语言”的机械图样。《机械制图》为工科学生的后续专业课学习提供有力的前期准备，同时对于培养学生的工程实践能力以及使学生形成较强的创新意识和职业能力奠定坚实的基础。掌握和运用好这样的“特殊语言”，对于工科类专业的学生来说至关重要。但目前高职院校《机械制图》课程教学状况却存在以下教学弊端：

（一）课程教学没能体现“技能优先”的高职教育特色

高职教育不同于普通的高等教育，不是以培养学术科研型人才为目标，而是以能力培养为基础、以职业为导向的职业技术教育。传统的《机械制图》的教学从画法几何开始，后续的投影概念、三视图的形成等等，整个课程的内容以知识为本体，学问化色彩浓厚，侧重理论知识的讲授。高职教育长期沿用了这一套知识本位的学科模式授课，使高职课程“技能优先”的特色难以体现，学习效率低下，学习目的难以达到。

（二）针对性教材匮乏，沿用的是普通教育学科模式教材

目前，适合高职院校《机械制图》课程的教材较少，即使封面上写着“高职高专规划教材”，但实质上与本科的教材没有多大的區别，教学内容也就维持该课程的理论性系统，不能体现高职院校的实践性特点。

高职教育人才培养目标是学生应该具备某一职业所必须的理论知识和对应这一职业较强的实践能力。因此，高职《机械制图》的教材应以职业岗位的工作任务出发，依据职业岗位工作任务所需要的职业能力——读图和绘图能力，去构建体现能力培养的、适合高职学生、彰显高职课程特色的教材。

（三）没有针对有效解决高职学生学习这门课程“难”的方法

传统的《机械制图》主要教授三个方面的内容：一是平面图形的基本画法；二是国家标准与行业规范；三是三维实体的平面表达。其中第三方面的内容即平面思维与立体思维之间的相互转换既抽象又难学，是学生最难理解和掌握的，尤其是入学基础较差的高职学生，很难建立空间想象力。

传统的《机械制图》教学中，采用的图例都是静态的，表现形式呆板无趣，对活跃学生的思维效果差。因此如何通过各种教学途径提高学生对课程的学习兴趣，也是对高职课程改革的特殊任务。

（四）课程的内容跟不上科技发展、产业转型升级的需要

随着计算机应用的迅速发展，采用计算机辅助技术和先进的信息管理技术是企业流程再造、提高工作效率以及产品质量和竞争力的必由之路。而作为产品零件数字化的基础手段，无疑是计算机绘图，特别是使用计算机三维绘图设计。

在科技形势发展与实际运用需求的形势下，《机械制图》课程必须与计算机图形技术和先进制造技术紧密结合。《机械制图》课程的传统教学模式必须融入一些现代科技元素，加以改革。

目前，大部分学校已分别开设了《机械制图》和《AutoCAD》课程，引进了计算机绘图技术，但由于两课程分开两个学期设置，使本来同出一辙的两门课程不能相互支持，最终影响教学效果。例如《机械制图》的授课还是建立在手工绘图模式上，无论是课堂教学还是课后练习，手工绘图都占有较大份量，在时间上在工具配备上都花费较大。而学习《AutoCAD》时，学生对于机械制图的相关概念又所剩无几，只是进行完全没有机械制图系统理论指导的软件操作，影响了学生的图学水平提高。

三、四合一的《机械制图》课程改革思路

针对以上机械制图课程目前的教学弊端，结合行业企业对高技术技能型人才的技术技能要求，提出对传统机械制图课程的改革。

（一）课程改革的基本原则

一是紧跟行业、企业对高技术技能型人才的要求，准确定位高职《机械制图》的课程目标（技术技能）——学生必须掌握使用这门工程语言，能够绘制和识读工程图样，具有空间想象和形体表达的实际技能，能利用CAD软件绘制机械零件图和装配图。因此集绘制和阅读工程图样的原理和方法为一体，培养学生机械图样的空间思维能力和制图技能，将计算机图形技术和先进制造技术融入《机械制图》课程。

二是以《机械制图》内容为主线，保持其为工程语言的一切规则，以绘图、识图能力培养来合理安排教学内容，以绘促读，重在识图，不过度追求课程内容的系统性、完整性，而是注重基础，突出职业能力。二维、三维计算机图形技术和先进制造技术的介入以简化、优化《机械制图》为原则，在合适的时机进入，达到相互协调、相互促进、相辅相成的目的，整体提高学生的图学能力。

三是结合高职学生的现有基础，以调动学生学习积极性为目的，重点解决空间想象力难以建立的关键问题，引进二维、三维计算机图形技术和先进制造技术帮助学生实现三维实体和二维图形的转换，运用各种先进的教学手段，多方实现以达到预定的学习效果。

四是在教学过程中注重学生创新能力的培养。

（二）引入新技术

根据以上原则，引入了二维制图软件AutoCAD、三维制图软件Solidworks以及先进制造技术——3D打印技术，在合适的时机有机地将这些方法切入《机械制图》课程中，形成四合一《机械制图》课程体系，此举既能体现智能制造背景下高职技能人才培养的前瞻性，又不失《机械制图》课程的学科性，目标明确，主线清晰，以求达到最佳效果。

《机械制图》的根本是在一系列国家标准与行业技术标准的基础上利用三视图实现三维实体的二维图形表达。机械制图用图样确切表示机械的结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求，是表达设计意图和制造要求以及交流经验的技术文件。

计算机图形技术AutoCAD以图形绘制为主，赋予的专业知识较少，AutoCAD图形的绘制不能脱离机械制图的学习而独立进行，只有在掌握机械制图的基本理论、投影规律、表达方法和《技术制图》《机械制图》等国家标准的同时，才能应用AutoCAD画出符合要求的机械图样；而AutoCAD软件的熟练运用又是促进机械制图教与学的有效工具，在机械制图中引入AutoCAD，大大缩短了传统手工绘图占用的课堂时间和练习时间。

将二维制图软件进行扩充和延伸，在教学中充分运用三维造型和装配手段，将现代三维设计、分析与制造理念引入教学过程。三维制图软件SolidWorks的学习使学生可以利用计算机绘图软件形象展示空间形体，形象展示三维图形与二维图形的转换过程。所以学习SolidWorks 软件有利于突出机械制图的重点，有效解决“三维实体的平面表达”难点，提高学生空间想象力，消除学生的畏惧心理，培养学生对《机械制图》课程的学习兴趣。另外，SolidWorks软件可以直接从三维模型中自动产生工程图，包括六面视图、尺寸和标注，既方便操作者，学生在初学时也方便检验自己作图的对与错。

3D打印技术是建立在三维建模基础上的，与二维与三维绘图技术有非常直接的关系。3D打印的原理是把数据和原料放进3D打印机中，按照由点组成线、由线组成面、由面组成体的原理，机器会依据程序将原料累积成实体，而数据就是取至于三维模型分解后的二维图形信息。3D打印技术的引入不仅提高学生学习兴趣、增强学生动手能力，也是验证学习正确与否的有效途径。

四合一《机械制图》课改的思路就是建立以机械制图内容为主线，以二维AutoCAD软件为表达手段，以三维 SolidWorks软件为表现形式，以3D打印机为应用印证的四合一教学模式。

四、四合一《机械制图》课改实施方案

（一）学习二维CAD绘图软件AutoCAD基本绘图与编辑命令绘制平面图形

二维计算机绘图技术一般采用的是国际通用的AutoCAD软件，特点是利用一些图形命令与编辑命令组合完成图样，制图效率极高。

作为《机械制图》课程的导入，采用AutoCAD软件的学习，使学生一开始接触的不是枯燥的理论，而是实际软件的操作，易懂、易學、易上手，产生对这门课程的兴趣，体现高职课程教学“技能优先”的特点。

此阶段主要是学习AutoCAD基本绘图与编辑命令，学习平面图形绘制。

（二）介绍机械制图的基本知识，利用AutoCAD完成几何作图、绘制图框和尺寸标注等教学内容

介绍国家标准《技术制图》《机械制图》相关规定，包括图纸幅面及格式、比例、字体、图线、尺寸标注及CAD制图规则，并让学生自己利用AutoCAD软件绘制图框、生成各种几何图形，并完成图形的“尺寸标注”。通过练习进一步掌握AutoCAD绘图软件的基本使用，巩固第一阶段的学习任务；同时也将学生的“平面绘图”引入到正规的国标、行标，引入到正规的图幅图框中。此阶段较大幅度删减了对于高职学生难以理解、且并不影响技术技能提升的“画法几何”部分，仅保留少量的手工绘图的练习，以让学生了解手工绘图工具的使用。学生带着学习AutoCAD的新鲜感，轻松接受了“机械制图”的国家规定、行业标准，在计算机软件绘图的基础上完成“制图基本知识”的教学任务，紧跟了行业形势，突出了教学重点。

（三）引入正投影概念，在AutoCAD的基础上建立三投影面体系，三投影面的“三等”关系

本阶段仅引入正投影概念，在AutoCAD的基础上建立三投影面体系，以最简单的图形讲清三投影面的“三等”关系。结合AutoCAD绘图软件学习点、线、面的三面投影及投影特性。点、线、面的三面投影及投影特性是《机械制图》课程的一个重点，对于高职学生也是一个难点。结合AutoCAD绘图软件的运用，较之于传统的《机械制图》课堂由老师来讲解，有很大的优越性，不仅老师可以用PPT展示教学过程，学生也可以通过自己的AutoCAD界面来体会点、线、面的三面投影关系及投影特性。较好地解决这一重难点。

而几何体的投影及视图教学归入下一单元。

（四）在AutoCAD绘图环境中创建三维实体，完成“立体及其表面交线”的视图教学

传统的制图教学在正投影概念的引入后，立即引入了三维实体的二维平面表达，再到反向三维想象能力的培养，这样的顺序对当前的高职院校学生显得力不从心，抽象思维能力较难建立，多年来高职机械制图课程一直未找到有效的解决方法。三维CAD软件的介入提供了从三维到投影的全新解决方案。为了帮助学生更好地完成平面思维与立体思维之间的相互转换，在AutoCAD绘图环境中引入“实体建模”概念，一方面让学生掌握立体建模的操作步骤，另一方面感性地体会由二维生成三维的过程，培养学生具备一定的平面思维与立体思维之间的相互转换能力，在此基础上过渡到投影视图教学，即通过三维实体直观地进行平面和曲面立体的投影分析，完成基本体的三视图作图。

四合一课程改革将这一部分的内容，放在三维实体建模后的绘图环境中学习，学生看得见这些模型，容易留下深刻的印象，顺利完成截交线、相贯线相关知识和投影作图的教学任务。

（五）在AutoCAD绘图环境中学习“组合体”

在学生已经掌握了三维实体建模的基础上，通过AutoCAD的各种命令，将简单的形体按其组合方式进行布尔运算，形成组合体。

教学过程中利用计算机AutoCAD三维实体建模辅助理解叠加、相切、相贯、切割等组合形式，帮助学生直观地接受组合体的构成，准确地想象出物体的形状、截交线和相贯线的形状，并正确地画出图形。如此处理能进一步激发学生学习计算机绘图软件的兴趣，同时很好地解决了制图课的一大难点，有事半功倍的效果。

（六）学习三维CAD绘图软件SolidWorks

此阶段引入三维计算机绘图软件SolidWorks。三维计算机绘图软件很多，如3DMAX、PRO/E、SOLIDWORKS、AC3D、WINGS3D等等，其中，SolidWorks软件功能强大，组件繁多。有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。此阶段学习SolidWorks基本知识，学习草图绘制的基本概念、相关命令和编辑指令，完成二维特征截面的草图绘制，并通过拉伸、旋转、扫描、放样等方式完成三维实体建模。

结合SolidWorks再次学习组合体，学习使用Solidworks软件完成组合体的视图制作，最后还可用用SolidWorks “工程图” 中“标准三视图”命令实现三维实体与三视图之间的转换，以验证学生自己完成的三视图的正确性。

通过又一绘图软件的学习，进一步增强学生对三维模型的感性认识，培养学生的空间思维能力，激发学生学习计算机绘图软件的兴趣和学好《机械制图》的信心，提升学生适应行业企业的能力。

（七）学习3D打印技术

指定学生用SolidWorks绘制一个典型组合体并在3D打印机上制造出来，实现理论与实际的印证。

3D打印是快速成型技术的一种，是典型的增材制造技术，它以数字模型文件为基础，即先通过三维软件建模，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，由点组成线，由线组成面（层），再通过逐层打印的方式来构造物体的技术。这一阶段的教学任务一是巩固并检查三维绘图软件SolidWorks的学习情况，学生将自己在SolidWorks环境中绘制的图形通过3D打印机打出实体，以验证绘制图形的正确性；二是让学生了解3D打印这种新型的制造技术，即增材制造技术的基本工作原理——把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性，并同时让学生掌握3D打印机的基本操作；三是让学生在实践的过程中体会成功的快乐，增强学好《机械制图》课程的信心。

（八）结合AutoCAD绘图学习机件的各种表达方法

本阶段引出国家标准中规定的视图、剖视图、断面图、局部放大圖及简化画法等各种表示法，并在AutoCAD绘图软件中完成教学任务。

（九）结合AutoCAD与SolidWorks绘图软件学习常用零件的表达方法

在AutoCAD与SolidWorks两绘图软件中学习常用零件，如螺纹、螺纹紧固件、齿轮、键连接、销链接、滚动轴承、弹簧等的特殊表示法。

（十）综合训练——学习零件图的绘制

选择一个典型的装配体（3～5个零件），结合AutoCAD绘图软件学习零件图的绘制，采用SolidWorks绘制该装配体的全部零件图，并分别将零件在3D打印机上制造出来。

（十一）综合训练——学习装配图的绘制

学习装配图的绘制，采用SolidWorks将上述全部零件装配成装配体，将在3D打印机上制造出的全部零件组装成装配体，相互印证。

五、结束语

计算机绘图技术的发展，极大地促进了机械制图技术的发展，《机械制图》与《AutoCAD》《SolidWorks》《3D打印技术》课程的有机融合，既突出了教学的实践性、应用性、时代性，又充分激发了学生学习兴趣与主观能动性。不但使学生对机械制图的知识、技能掌握得更加牢固，识图能力、制图能力、计算机绘图能力大大提高，而且能为后续专业课程学习和创新能力培养打下坚实的基础。

责任编辑 朱守锂