创新驱动下机械制图课程的教学改革

施高萍，项 春，王 莺，王益土

(浙江水利水电学院 机械与汽车工程学院，浙江 杭州 310018)

创新驱动下机械制图课程的教学改革

施高萍，项 春，王 莺，王益土

(浙江水利水电学院 机械与汽车工程学院，浙江 杭州 310018)

“创新驱动”发展战略的提出和计算机辅助设计技术的发展，对机械制图课程的教学内容提出了新要求.以培养高技能创新型人才为目标，结合机械制图课程特点，分析了当前机械制图课程教学中存在的问题.通过优化课程体系结构，将计算机三维造型融入课程教学，课程教学符合现代设计理念.教学中围绕工程应用实践，采用“体”为中心教学、开放性题型训练及实践教学内容改革等多种教学方法，培养学生的创新意识、创新精神和创新能力.

创新驱动；机械制图；教学改革

创新是引领当前经济发展的第一动力，我国未来的发展要靠科技创新驱动，而不是传统的劳动力以及资源能源驱动.因此，必须把创新驱动发展作为面向未来的一项重大战略来实施.创新驱动实质上是人才驱动，而加快培养创新型科技人才是人才驱动的重要内容.在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》中，明确了这十年我国高等教育的主要任务之一就是培养大量创新型科技人才[1].

随着我国制造业强国的思路逐步落地，数字化、智能化技术在制造业各领域的融合渗透，机械产品的设计实现了从产品概念、零部件设计、结构设计、机构设计、装配、外观造型及动画演示直到工程制造全部过程的计算机化，计算机辅助绘图已向计算机辅助设计转变，工程语言已从二维向三维转变.机械制图作为工程语言，其教学应密切注意计算机辅助设计和制造业的发展趋势，其培养目标是培养学生的空间想象能力和分析、解决问题的能力[2]，提高学生的创新能力和创意意识，以满足社会发展需要.

1 机械制图课程的教学及教改方向

1.1 课程教学结构

机械制图是机械类专业大一学生必修的一门专业基础课程，课程主要内容是以正投影法和“机械制图”国家标准规定为基础，研究机械图样的绘制和阅读.课程教学首先通过点、线、面、体、组合体这样的流程顺序讲述形体，培养学生的空间想象能力和空间思维能力；然后再通过剖视图、断面图等机件常用表达方法，对零件的内部结构进行描述；以零件图、装配图和零件测绘等环节作为应用部分，融入计算机绘图，进行综合绘图能力的训练.

该种教学结构，以点、线、面的二维形象作为教学的出发点，既不符合认知规律又与现代设计理念不相符.依据现代设计理念，工程设计人员都是先利用计算机进行三维构型，后转换成二维视图进行表达.而抽象的点、线、面二维形象，学生会因空间想象力不足而难以充分表达三维物体，会产生学习机械制图课程困难的阴影.

1.2 课程教学方法

(1)课程教学以教师课堂讲授为主，课后学生完成局部知识点对应的简单作业为辅的教学模式.作业的解题思路大多为固定模式，答案确定，如组合体练习，其对应的作业题型往往是已知组合体的两视图，补画第三视图，且第三视图的答案唯一.该种作业方式虽可起到巩固概念、运用所学知识解决问题的作用，但由于答案唯一，导致学生的思考方式单一，思维封闭.因而无法更好的激发学生自主学习的潜能，无法拓展学生的创新性思维空间.

(2)机械制图课程在课程最后开设了为期2 周的零件测绘及CAD实训.2 周的实训内容及要求(见表1).

表1 零件测绘及CAD实训内容

这种实训方式能使学生所学的知识得以融会贯通，有利于学生综合能力的训练，但这种方式实训结束后学生将所绘制图纸上交即可，学生无法进一步了解自己所测绘的零件尺寸是否正确、零件所标注的尺寸是否合理、各零件间装配是否会存在干涉等系列问题.此外，该种实训方式仅让学生采用尺规和计算机绘制二维图纸，这会让学生误以为机械制图课程仅是一门画图课程，与三维设计和创新设计无关，这与机械制图课程的培养目标不一致.

1.3 课程教学改革方向

从2008—2015年已举行了八届的“全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛”(以下简称成图大赛)，参与院校众多，影响力较大，它是反映我国高校机械制图课程教学最高水平的赛事.第八届成图大赛的竞赛内容(见表2).

表2 第八届成图大赛竞赛内容

由表2可知，其竞赛内容主要分为“尺规绘图”和“计算机三维建模”两大部分，其中计算机二维绘图在2011年后就取消了.这说明尺规绘制零件图和计算机三维绘图已成为制图的基本能力.“尺规绘图”中，智力投影与自由构形分值为50分，占总分值25%.“计算机三维建模”中，创建一个275 mL的塑料容器亦为自由构形，要求构形出的容器满足给定的材料要求和工艺要求，这说明在制图教学中除培养学生的读图和制图能力外，还应注重学生形体构思能力的培养，还应注重结构设计的合理性和可加工性.

因此，今后机械制图课程的教学应建立在三维设计基础之上，教学应围绕工程应用实践培养学生的创新能力，强化设计、制图、表达三者之间的关系，切实提高学生的综合运用能力和现代设计能力[3-5].

2 机械制图课程的教学改革

2.1 课程体系结构

从CAD三维建模的设计思想出发，打破传统机械制图以二维视图表达三维形体的思维方式，用三维设计理念讲授机械制图，将学生被动地学习二维生产图样的绘制变为自主地进行创新设计，使机械制图课程成为以计算机三维造型为主、二维绘图为辅，结合各类专业知识，实现设计与绘图高度统一的综合类课程，其课程体系结构(见表3).

表3 机械制图课程体系结构

2.2 课程教学方法

(1)以“体”为中心教学，增强学生感性认识

课程讲授时，直接从学生熟悉的三维空间物体(如三棱锥等)入手，把投影原理中按点、线、面、体的投影教学，改为由三维形体出发分析体中的点、线、面的二维图形.以“体”为中心的教学，符合人类认知规律，便于学生理解和记忆，增强学生的学习兴趣.在教学中以“体”为中心，不断强化体的三维形象，增强学生感性认识和形体的储备，为学生空间想象力的发展奠定扎实基础[6].

(2)开放性题型训练，培养学生创新能力

为培养学生的构形及图形表达能力，增强创新意识，并使学生学会用所学知识去解决实际问题的能力，可通过一题多变型、一题多解型、多重答案型等开放性题型训练，以培养学生的求异思维，提高学生的创新能力.

①一题多变型题目.如讲授立体的投影，可利用计算机三维建模软件，进行圆柱体演变后视图的补线训练.通过条件变化、投影变换，引导学生发现投影规律，使学生的思维能力随条件的变换而得到不断提高，使学生的创造性思维得到培养和锻炼.

②一题多解型题目.如进行组合体视图表达，可要求学生根据给定的视图，构思出多种不同的形体.图1为第八届全国成图大赛中一题多解型题目.通过该类题型的训练，可拓宽学生解题思路，培养学生的空间思维能力，增强思维的创新性.

图1 一题多解型题目的左视图

③多重答案型题目.如讲授零件图的表达方案选择，可要求学生从不同角度观察零件，提出不同的表达方案并进行分析比较.通过多重答案题型训练，可开阔学生思路，拓宽学生思维领域.

2.3 改革实践教学内容，培养学生创新意识

在机械制图课程教学中，计算机绘图教学贯穿于课程教学始终，让学生尽早掌握计算机三维建模的方法，学习符合设计和工艺要求的造型方法，引导学生从身边的实物出发，从概念设计、改进设计、发明创造的角度发掘设计灵感，利用计算机三维建模软件完成产品设计.这不仅可提高学生的动手能力，激发学生的学习积极性和主动性，还可培养学生的创新意识.

在为期2周的零件测绘与CAD实训中，通过一套中等复杂程度部件的测绘，三维建模和创建二维工程图，可提升学生的机械制图能力和计算机三维建模应用能力，其实训内容及要求(见表3).

表3 零件测绘与CAD实训内容及要求

在实训中，学生除进行尺规绘制部件的装配图和零件图外，还需进行三维实体造型和产品装配.通过计算机三维建模，学生可进一步了解自己所测绘的零件尺寸是否正确，可解决建模(装配)过程中出现的各种错误，如草图过定义，装配干涉等问题.通过三维模型创建二维工程图，学生可自行检验自己所选择的表达方案是否合适，视图表达是否清晰、表达内容是否完全.此外，学生还可通过对规格、性能等的数据进行修改从而设计出一款新产品，最后由三维软件生成零件图和装配图.该种实训方式，既符合实际的设计流程，提升了学生的工程意识和工程素养，又培养了学生的实践创新能力.

3 教学效果

自2013年开始在浙江水利水电学院本科班尝试机械制图课程教学改革以来，学生的创新意识和创新能力得到了大幅度的提高.2014年，浙江水利水电学院学生参加第二届浙江省大学生工程训练综合能力竞赛(本科组)，荣获二等奖；2016年5月，该校学生参加浙江省首届大学生机器人竞赛“小型足球机器人竞赛”项目，荣获一等奖；同年，该校学生参加浙江省第十三届大学生机械设计竞赛，荣获一等奖.

4 结 论

国家“创新驱动”发展战略的提出和计算机辅助设计技术的发展，对机械制图课程教学提出了新的更高要求.实践表明，机械制图教学中融入计算机三维建模技术，同时紧密围绕工程应用实际，可加强学生的创新能力和工程意识的培养，可切实提高学生的综合运用能力和现代设计能力，适应了我国制造业强国的发展需要.

[1] 杨晓慧.我国高校创业教育与创新型人才培养研究[J].中国高教研究，2015(1):39-44.

[2] 杨 薇，张京英，张 辉，等.机械制图三结合实践教学模式的探索[J].图学学报，2014，35(1)：127-130.

[3] 宋洪侠.深化机械制图教学改革培养高技能创新型人才[J].图学学报，2013，34(3)：142-147.

[4] 李冬梅，张持重，张耀娟，等.以创新能力培养为目标的设计图学课程改革的研究与实践[J].工程图学学报，2010，31(3)：161-164.

[5] 胡 琳.“工程制图”工程项目引入法实践教学模式的研究与实践[J].工程图学学报，2010，31(2)：167-173.

[6] 王 莺，施高萍.三维CAD技术在机械制图教学中的应用[J].浙江水利水电专科学校学报，2009，21(3)：88-90.

Innovation-drivenTeachingReformofMechanicalDrawing

SHI Gao-ping,XIANG Chun,WANG Ying,WANG Yi-tu

(College of Mechanical and Automotive Engineering,Zhejiang University of Water Resources and Electric Power,Hangzhou 310018,China)

The proposal of innovation-driven development strategy and the development of computer-aided design technique have raised new requirement for teaching content of Mechanical Drawing. To cultivate high-skilled innovative talents,the problems in the course teaching are analyzed in combination with its characteristics. By optimizing curriculum system structure,the method of description for solid modeling is merged into mechanical drawing course,which is accord with modern design idea. In order to train students' innovative consciousness,initiative spirit and innovative ability,various teaching methods have been adopted,such as teaching of taking solid as central,opening-up exercises and reforming the practice teaching content.

innovation-driven; mechanical drawing; teaching reform

2016-06-10

2015年度浙江省高等教育课堂教学改革项目(KG2015506)

施高萍(1978-)，女，浙江缙云人，硕士，副教授，主要研究方向为CAD/CAM及工程力学.

G642.0

A

1008-536X(2016)10-0084-04