机械专业中CAD的教改思索

2008-10-15
摘 要：本文针对技校机械专业中CAD教育的现状，分析了CAD的教育目标，得到了几点教改建议：
（1）CAD的教育要注重机械制图和CAD技术的相结合。
（2） CAD 教育的教学手段要多样化。即理论与实际相结合的方法、由浅入深的方法以及全程导航方法。
（3）CAD 教育要加强实践环节。
另外，文章中对技校中的机械制图和CAD两门课程的整合也作了初步的阐述。
关键字：CAD 教学 机械制图
一、序言
CAD即计算机辅助设计（Computer Aided Design, CAD），自20 世纪70 年代以来， 计算机辅助设计（CAD）技术发展十分迅速，这是一种以计算机图形学为基础，涉及工程分析、数据管理与数据交换、文档处理、以及软件设计等方面的综合性新技术，成为一种用计算机系统辅助人们对产品或工程设计进行显示、修改、输出的一种新的设计方法；80 年代初，它已发展成为工程设计界实用的工具；目前它在世界范围内得到了相当广泛的普及和应用。据统计，我国CAD 方面的人才在1978 年仅为5600 人。经过这几年的大力发展，目前大约有30 万人。在国外，80 年代，美国拥有CAD 方面人才30 万人，日本有20 万人。到2000 年，假如我国达到国外80 年代末的水平；则CAD 人才约需80 万人。这就要求我国各类工科院校必须普及CAD 技术的基础教育，为科研和设计战线以及企业输送新一代的设计人才，为CAD 技术在我国的普及应用及早奠定人才基础，所以，CAD 技术教育势在必行。随着计算机技术的日益普及,许多中等职业学校开设了《Auto CAD》这门课程。特别在机械专业中，《Auto CAD》这门课程已相当普遍，这对于机械课程的教学起到了极大的促进作用,彻底改变了传统的教学方法,教学效果明显提高,学生学习热情高涨。
二、机械专业中CAD教育的现状
众所周知，在技校机械专业中开设《Auto CAD》这门课程是为了让学生将机械制图和CAD结合起来，实现从手工绘图到计算机绘图的转变。
当前,机械制图与《Auto CAD》是两门独立的课程,分别由两个专业的老师讲授,机械专业老师讲授机械制图,计算机老师讲授《Auto CAD》。我们职业学校的培养目标是生产一线的中,高级技术工人,要在有限的时间掌握更多的实用技术。在机械制图与CAD教学实践中,应该以培养学生的识图能力和空间想象能力为主,以绘图为手段的教学目标。以往的教学实践中,我们是以CAD绘图能力作为重点进行培养的,结果我们并没有多少学生以绘图为工作,而大多数的学生是在流水线上的操作工,只要会看图就行了。因此在CAD教学中，我们必须转变观念，探索新的教学模式和教学方法，将AutoCAD 融入课堂教学，提高学生的空间思维能力，从而掌握扎实的制图理论和熟练的计算机绘图技巧。
三、机械专业中CAD的教学目标
首先我们知道，机械制图课程就是研究绘制和阅读机械图样的原理和方法的一门专业基础课。它的目的和任务是：学习正投影的基本理论;掌握阅读和绘制机械图样的基本知识,基本方法和技能;培养对空间想象的能力；好的工作作风和工作态度。目前我校使用的《Auto CAD》是AutoDesk公司开发的一种微机辅助设计和绘图软件包,是当前最流行的计算机辅助设计软件之一，它主要研究的是如何利用各种指令绘制各种图样，从而实现计算机辅助作图的目的。当然, Auto CAD里的工具还要比手工工具丰富的多了，许多手工不能绘制的图形，计算机能绘制出来。比如CAD三维模型，它取代了手工制图方法，但并没有取代制图理论和制图的一些标准规范。相反，它是在机械制图理论标准下开发出来的绘图软件，并极大的丰富了制图理论，而且还增加了CAD制图标准。
因此，对我们职业学校来讲，CAD课程就是要培养学生运用Auto CAD进行机械制图的能力。我们将Auto CAD可以看作是一种绘图工具：显示器可以看作是图板和图纸；鼠标和键盘可看作是铅笔，直尺和圆规。
四、机械专业中CAD的教改初步探索
分析和了解CAD这门课程在机械专业中的地位和作用之后，我们结合学生的实际情况和培养目标,制定合理的教学内容和计划，采用科学的教学手段和方法，让学生将CAD这门技术有机的运用于机械制图中。
（1）机械专业中CAD的教育要注重机械制图和CAD技术的相结合
机械制图是机械类专业的一门传统课程，为了更好的利用计算机系统，组织实施好整个教学过程，许多有经验的教师都认为将机械制图和CAD两者内容相互渗透，紧密结合。在机械制图中利用 CAD 进行观察--想象，--分析，使学生具有表达机械部件和零件结构形状，识读和分析各种图样（核心是零件图和装配图）的能力，是这两门课的最终学习目标。要实现这个目标，学生必须具备较强的空间想象能力和空间分析能力。在零部件的表达方法中使用 CAD，可以进一步提高学生的读图能力。剖视图是表达复杂机件的一种方法，学生很难想出实体形状。因此利用 AutoCAD 三维建模，观察零件，用剖切平面把零件模型剖开，观察内部的结构形状，从而可以比较和选用不同的剖视方法，画出不同的剖视图，避免了学生学完剖视后各种剖视方法不能灵活使用的弊端，提高了学生分析问题和解决问题的能力。在采用 CAD 绘制二维零件图的练习过程中，学生不可避免地会发生由于读不懂图而造成的绘图困难，而此时正是提高学生识图能力和空间想象能力的绝好时机。教师可先利用形体分析法和线面分析法进行形体分析，而后展示三维模型，如此的反复训练，学生的空间想象能力和形体分析能力得到大幅提升，基于 AutoCAD 的机械制图教学目标最终达到，实现了双赢。
（2）机械专业中CAD 教育的教学手段要多样化
CAD 教学手段和方法是保证教学质量的一个十分重要的因素，CAD 教学不同于一般理论课的教学，它具有较强的实践性。教师如果按照常规的方式照本宣科，很难收到良好的教学效果。特别是计算机绘图等一类技能性培养的课程，如果不结合软件设计的自身特点进行教学，难免会使师生双方对教学内容感到枯燥和乏味，直接影响到最终的教学效果。因此改革传统的教学方式是提高CAD 教学水平的有效手段。
CAD 是一门应用性较强的课程，它涉及到手工制图与计算机绘图。在软件应用教学中，应突破传统理论教学的模式，结合软件设计的自身特点组织教学。具体来说可以用以下几种方式：
第一，理论与实际相结合的方法。要以学生为主体，注重实际的操作能力的培养，在理论与操作地讲述中要结合实际的例子，使学生可以在较短的时间内"即学即用，即查即用"；
第二， 由浅入深的方法。这种方法是将每项任务都以简单的操作步骤和图例方式讲述，学生可以"照葫芦画瓢"做好手中的事情；当学生具备了基本理论和基本操作能力之后，再进行较复杂的训练。例如，三维作图是Auto CAD中重要且相对较难的一部分，它要求一方面培养学生的空间想象力，另一方面也要学生熟练地使用用户坐标系和三维绘图命令。因此，采取由浅入深的方法的教学，以简单的三维形体为教学切入点，在三维空间中直接去认识和感知空间几何元素，直观、形象，易于学生接纳。在制起始教学中可画一些立体图供学生观看，并让学生模拟着画一些简单的比较接近正等测的草图。这样，通过示范，学生能很快画出棱柱、圆柱、 圆锥等基本几体的轴测图。通过练习，学生对各种基本体的轮廓有了了解，初步树立了空间概念。然后再画一些组合体，将各种基本形体合理运用。真正行之有效地提高和发展学生的空间想象力和创造力，促进课程教学核心目标的实现，这样学生利用Auto CAD进行计算机三维绘图的热情被调动起来，
第三，全程导航方法，在短课时内，要把软件的所有内容一一讲透是十分困难的，因此在任何时候为学生提供学习建议和在线帮助，特别是教会学生使用Auto CAD软件自带的帮助信息，让学生"先见森林，再识树木"，亦不失为一种好的教学方式。
另外，在改进教学方式的同时，尽量采用多媒体和电脑形象化教学，多演示，多互动，这样可以更加充分地引导学生思维，激发学生的学习热情，使教学内容更为直观生动。
（3） 机械专业中CAD 教育要加强实践环节
上机实践是学生CAD 技能的重要环节。CAD 教学如果让学生只学不练，那只能是纸上谈兵，很难培养学生的实际工作能力。因此CAD 课程的课时安排中，应充分考虑上机的实践环节，保证学生有一定的时间去实践所学的内容，使课堂上学过的东西得以充分地吸收，从而达到学以致用的目的。
五、机械制图和CAD两门课程的整合
由于AutoCAD和机械制图的关系，开展机械专业中CAD的教学改革，对学生进行手工绘图和计算机绘图的双重训练，计算机绘图的学习与制图的学习同步，学一部分，练一部分，真正做到两者训练并重。我们知道，机械制图是机械类专业的一门传统课程，CAD这门课程相对较年轻。为了更好的利用计算机系统，组织实施好整个教学过程，我们将机械制图和CAD 基础两门课程合二为一，两者内容相互渗透，紧密结合。在教学中，平面图形的绘制(扳手)、零件图(模型测绘)、装配图、连接件设计等都可采用先手工绘图，后计算机绘图的方式。对CAD这门课程的教学内容、教学时数、课程体系、课程结构等进行综合改革，把这两门课进行整合，合二为一，互相渗透，可运用于机械制图的各个教学环节。
基于如上分析，我们认为这两门课程整合应该作如下创新，以适应当前教学改革的需要，具体做法如下：
用CAD基础有关内容取代机械制图的相应部分相结合。如："AUTO CAD的绘图工具"与"绘图工具使用"；"三维实体造型"与"轴测图"；"拼画装配图"也由计算机绘图取代手工绘图。把CAD的有关内容插入机械制图的相应部分，使其融为一体。如"图样画法"中插入"画剖视图的有关命令"；"零件图"中插入"使用AUTO CAD 进行尺寸标注"；"标准件、常用件"中插入"图块"等等。这样一来，既保证了该课程体系的相对完整性，又突出了计算机绘图的优点，并调整了一些重复或不必要的内容。
当然用计算机绘图取代原来的图板、丁字尺手工绘图，可以逐步提高了学生的计算机绘图能力，提高绘图效率。但对习题集的常规练习，仍由手工完成。将建立三维实体造型作为一种教学的辅助手段，尝试让学生用三维实体造型的方法自制实体模型，为分析形体，想象形体，培养空间思维能力开辟一条新途径。
六、总结
CAD 是一门实时性和应用性很强的课程，要开展CAD 教学工作，首先必须明确CAD的教学目的和任务。CAD 教学组织中，注重课程设置的系统性、完整性和连贯性，加强对学生计算机基础技能的培养，重视学生对CAD 基础理论和基本技能的掌握，同时与机械制图有机的结合起来，将CAD作为一门技术运用到实践中去。
参考文献：
[1] 刘 滟 基于 AutoCAD 的机械制图课堂教学改革初探 泰州市2006年职业教育论文
[2] 赵付青 《高等工科院校CAD基础教学实施构想》甘肃工业大学学报，2006