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摘 要 以调查问卷的形式，统计机械制图及CAD课程的学生接受困难知识点，在总结该课程改革现状的基础上，提出机械制图及CAD课程的新构架，并对新架构的优劣进行调查分析，以期更好地对该课程进行改革。
关键词 机械制图及CAD；世界技能大赛；课程改革；Autodesk Inventor
中图分类号：G712 文献标识码：B
文章编号：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
機械图样是机械行业工程师的共同语言，是制造加工的技术指令。机械设计人员的思想表达和设计意图都是通过机械图样表达出来的[1]。国家现有的机械图样主要是二维机械图纸图样，主要是通过手工绘图和CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）辅助制图得到。随着计算机技术的发展和工业产品造型技术的不断发展，三维机械图样的使用越来越广泛，并且随着PMI（Product Manu-facturing Information，产品制造信息）技术的不断成熟以及相关标准的制定，三维机械制图逐渐成为企业产品信息与加工制造的主要技术表达。
在机械制图及CAD课程教学中却仍然使用传统的手工绘图与以AutoCAD为平台的二维CAD制图。笔者利用问卷星制作了《<机械制图及CAD>课程改革实践研究调查问卷》，对全国62名机械制图及CAD课程教师进行问卷调查，调查区域遍及内蒙古、黑龙江、辽宁、甘肃、北京、山东、江苏、浙江、宁夏、河北、河南、江西、四川、福建、海南、贵州。通过调查发现，在机械制图及CAD课程的开设上，因学时的压缩以及学生层次的不同，造成在各个模块的教学上都存在一定的难度，具体如图1所示。
世界技能大赛由世界技能组织举办，每两年举办一次，被誉为“技能奥林匹克”，是世界技能组织成员展示和交流职业技能的重要平台。世界技能大赛比赛项目共分为六个大类，分别为CAD机械设计、创意艺术和时尚、信息与通信技术、制造与工程技术、社会与个人服务、运输与物流，共计46个竞赛项目。大部分竞赛项目对参赛选手的年龄限制为22岁，而制造团队挑战赛、机电一体化、信息网络布线和飞机维修四个有工作经验要求的综合性项目，选手年龄限制为25岁[2]。
世界技能大赛CAD机械设计项目是指使用计算机辅助设计软件完成零件/产品数字建模、图纸生成、方案设计和三维打印等工作的技能竞赛项目[3]。该项目主要是针对机械产品进行完整建模出图的一个比赛设计。年龄的限制也就意味着该项赛事对于推动高职机械类学生在该赛事的参赛上具有得天独厚的年龄优势，再加上系统的知识培训，会极大推动我国在CAD机械设计行业人才队伍上的培养。加上随着国家推行世界技能大赛成果转化应用，将该赛项的卓越成果引入机械制图及CAD课程的教学改革中是势在必行的。
通过世界技能大赛的推动，为促进教学与企业实际的对接，提高机械制图及CAD课程在学生受众中的学习质量，对机械制图及CAD课程进行一系列改革，摒弃传统的二维机械图样教学模式，倡导由三维立体到二维图样的过程，加强学生对识图、出图的基本理解。
2 机械制图及CAD课程改革现状
在现在的机械制图课程教学中，是以制图基本知识、点线面的投影、基本立体的投影、组合体的投影、轴测图、机件的表达方案、标准件和常用件、零件图、装配图的知识体系进行教学的。湖北汽车工业学院张凤敏老师利用三维建模软件对体的截切、机件的表达方案进行辅助教学；西安建筑科技大学理学院的张淑艳等利用三维CAD辅助工程制图教学，将三维软件用于组合体构型，增强学生对组合体概念的理解；合肥工业大学的王静等将机械制图中的各部分知识点利用Autodesk Inventor进行相关表达，以便于学生掌握机械制图知识[4-6]。
3 机械制图及CAD课程新构架
世界技能大赛CAD机械设计赛项使用Autodesk公司的三维设计软件Autodesk Inventor进行辅助设计。本次改革的新架构也将采用该软件作为CAD软件，利用第42届世界技能大赛样题——斯特林发动机作为课程改革内容知识点，围绕该任务进行课程内容的架构。针对高职高专学生在数学基础薄弱、空间想象能力不足的缺点，将机械制图及CAD课程进行重新构架，利用Autodesk Inventor作为辅助教学软件，搭建该课程的新架构，具体如表1所示。
在教学过程中，以软件教学和机械制图基本知识为知识载体，在基本知识框架训练的基础上，在组合体、典型零件以及装配项目中以世界技能大赛CAD机械设计赛项赛题为教学内容，训练学生在识图、出图方面的能力。以世界技能大赛推出的素材为基本切入点，合理引导与训练学生对零件图的识读与绘制，切实提高学生在识图方面的能力。在CAD机械设计赛项上，装配图的主导是进行盲装，也就是只有一张装配产品的等轴测视图，要求学生能够熟悉装配，对部件装配的读图、部件的安装、部件装配工艺以及装配公差还有装配工程图的制图都有很严格的考核，极大地提高了学生的装配识图与出图能力。 综上所述，有效引用世界技能大赛CAD机械设计赛项的成果，引进该赛项的培养模式进入机械制图及CAD课程，不但能有效地突破现有教学困境，更能够合理地培养学生在机械设计方面的能力，有针对性地提高学生的学习兴趣，提高学生在机械设计综合素养方面的能力。
4 机械制图及CAD课程改革优缺点探讨
该改革的优点 通过调查发现，有54.84%的教师认为将三维软件和机械制图进行融合，可以摆脱现在的教学困境，同时列举出将三维软件和机械制图相结合的优势主要有直观、高效、便于理解、立体感强、生成图纸方便准确、便于修正图纸、便于后续加工生产信息的理解与传达、便于理解装配工艺、便于理解制造工艺。
本次课程改革确立了以识图、出图为目的机械产品表达，将知识重点放在机械产品性能的实现上，体现设计的特点。利用Autodesk Inventor为主要载体，实现先三维立体绘图后二维图样表达，再训练从二维图样到三维立体的表达。将机械二维图样的识读和三维图样的工程图表达进行有效训练，彻底解决识读与绘图的问题，并通过爆炸动画和运动仿真动画解决装配理解问题。
本次课程改革依托世界技能大赛CAD机械设计赛项，利用赛项相关试题与机械制图课程紧密结合，打破传统以三维软件为辅助教学的模式，将辅助教学软件变为主体技能工具，将知识融入技能中。
该改革的缺点 通过调查发现，将三维软件和机械制图相结合的改革产生的一些不利方面主要有：制图基础知识会被忽略，学生手工绘图能力会降低；所学知识过多，給学生学习造成困难；弱化学生的三维立体思考能力，不利于学生想象力、思考力的培养；加重学校硬件负担。
5 结语
面对学生基础知识薄弱、学时压缩、教学内容又不能少的教学困境，使学生既掌握知识又花费学时少，还能真正对机械产品有全方位的认识，是本次教学改革的主要目的。通过教学改革，能有效改变学生掌握的知识仅限于点线面的投影、零件图的绘制，将知识重点放在装配图及其工程图的表达上[7]。通过大量零件图的绘制提高识图能力，通过装配爆炸动画理解产品装配过程，通过运动仿真理解机械产品的用途及工作原理，使学生的知识具体化、立体化。在调查中，不少专业教师提出的一些改革的缺点也是应当考虑的。
企业中有不少文化基础薄弱但从事设计工作的优秀机械设计人员，笔者了解到他们的设计之路基本上是在这种模式下摸索出来的。下一步，笔者将对该类人群进行相关调研，以确保本次改革朝着更理想、更有效的方向迈进；同时将对我国非标产品设计的现状展开调研，针对非标产品设计中常用零件产品的选型以及在利用Autodesk Inventor软件进行设计时的一些注意事项进行调研，以期完善课程体系的开发与架构。
参考文献
[1]邹晓峰，宋金虎，多勇.机械制图[M].北京：现代教育出版社，2017：1.
[2]走进技能大赛冠军[EB/OL].[2018-8-16].http：//all.vic.sina.com.cn/201710jianzhuang/.
[3]CAD机械设计项目[EB/OL].[2015-02-25].http：//www.worldskillschina.cn/sxxm/content/2015-02/25/content_1042950.htm.
[4]张凤敏.翻转课堂模式下三维CAD软件在机械制图中的教学研究[J].教育教学论坛，2017（7）：195-196.
[5]张淑艳，雷光明，成彬，等.三维CAD辅助工程制图教学的方法[J].图学学报，2014，35（3）：464-468.
[6]王静，刘焜，程久平，等.Inventor在工程图学教学中的应用探索[J].工程图学学报，2009（1）：136-142.
[7]李强，薄润芳.高职机械制图及CAD课程改革与实践[J].中国教育技术装备，2017（4）：107-109.
关键词 机械制图及CAD；世界技能大赛；课程改革；Autodesk Inventor
中图分类号：G712 文献标识码：B
文章编号：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
機械图样是机械行业工程师的共同语言，是制造加工的技术指令。机械设计人员的思想表达和设计意图都是通过机械图样表达出来的[1]。国家现有的机械图样主要是二维机械图纸图样，主要是通过手工绘图和CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）辅助制图得到。随着计算机技术的发展和工业产品造型技术的不断发展，三维机械图样的使用越来越广泛，并且随着PMI（Product Manu-facturing Information，产品制造信息）技术的不断成熟以及相关标准的制定，三维机械制图逐渐成为企业产品信息与加工制造的主要技术表达。
在机械制图及CAD课程教学中却仍然使用传统的手工绘图与以AutoCAD为平台的二维CAD制图。笔者利用问卷星制作了《<机械制图及CAD>课程改革实践研究调查问卷》，对全国62名机械制图及CAD课程教师进行问卷调查，调查区域遍及内蒙古、黑龙江、辽宁、甘肃、北京、山东、江苏、浙江、宁夏、河北、河南、江西、四川、福建、海南、贵州。通过调查发现，在机械制图及CAD课程的开设上，因学时的压缩以及学生层次的不同，造成在各个模块的教学上都存在一定的难度，具体如图1所示。
世界技能大赛由世界技能组织举办，每两年举办一次，被誉为“技能奥林匹克”，是世界技能组织成员展示和交流职业技能的重要平台。世界技能大赛比赛项目共分为六个大类，分别为CAD机械设计、创意艺术和时尚、信息与通信技术、制造与工程技术、社会与个人服务、运输与物流，共计46个竞赛项目。大部分竞赛项目对参赛选手的年龄限制为22岁，而制造团队挑战赛、机电一体化、信息网络布线和飞机维修四个有工作经验要求的综合性项目，选手年龄限制为25岁[2]。
世界技能大赛CAD机械设计项目是指使用计算机辅助设计软件完成零件/产品数字建模、图纸生成、方案设计和三维打印等工作的技能竞赛项目[3]。该项目主要是针对机械产品进行完整建模出图的一个比赛设计。年龄的限制也就意味着该项赛事对于推动高职机械类学生在该赛事的参赛上具有得天独厚的年龄优势，再加上系统的知识培训，会极大推动我国在CAD机械设计行业人才队伍上的培养。加上随着国家推行世界技能大赛成果转化应用，将该赛项的卓越成果引入机械制图及CAD课程的教学改革中是势在必行的。
通过世界技能大赛的推动，为促进教学与企业实际的对接，提高机械制图及CAD课程在学生受众中的学习质量，对机械制图及CAD课程进行一系列改革，摒弃传统的二维机械图样教学模式，倡导由三维立体到二维图样的过程，加强学生对识图、出图的基本理解。
2 机械制图及CAD课程改革现状
在现在的机械制图课程教学中，是以制图基本知识、点线面的投影、基本立体的投影、组合体的投影、轴测图、机件的表达方案、标准件和常用件、零件图、装配图的知识体系进行教学的。湖北汽车工业学院张凤敏老师利用三维建模软件对体的截切、机件的表达方案进行辅助教学；西安建筑科技大学理学院的张淑艳等利用三维CAD辅助工程制图教学，将三维软件用于组合体构型，增强学生对组合体概念的理解；合肥工业大学的王静等将机械制图中的各部分知识点利用Autodesk Inventor进行相关表达，以便于学生掌握机械制图知识[4-6]。
3 机械制图及CAD课程新构架
世界技能大赛CAD机械设计赛项使用Autodesk公司的三维设计软件Autodesk Inventor进行辅助设计。本次改革的新架构也将采用该软件作为CAD软件，利用第42届世界技能大赛样题——斯特林发动机作为课程改革内容知识点，围绕该任务进行课程内容的架构。针对高职高专学生在数学基础薄弱、空间想象能力不足的缺点，将机械制图及CAD课程进行重新构架，利用Autodesk Inventor作为辅助教学软件，搭建该课程的新架构，具体如表1所示。
在教学过程中，以软件教学和机械制图基本知识为知识载体，在基本知识框架训练的基础上，在组合体、典型零件以及装配项目中以世界技能大赛CAD机械设计赛项赛题为教学内容，训练学生在识图、出图方面的能力。以世界技能大赛推出的素材为基本切入点，合理引导与训练学生对零件图的识读与绘制，切实提高学生在识图方面的能力。在CAD机械设计赛项上，装配图的主导是进行盲装，也就是只有一张装配产品的等轴测视图，要求学生能够熟悉装配，对部件装配的读图、部件的安装、部件装配工艺以及装配公差还有装配工程图的制图都有很严格的考核，极大地提高了学生的装配识图与出图能力。 综上所述，有效引用世界技能大赛CAD机械设计赛项的成果，引进该赛项的培养模式进入机械制图及CAD课程，不但能有效地突破现有教学困境，更能够合理地培养学生在机械设计方面的能力，有针对性地提高学生的学习兴趣，提高学生在机械设计综合素养方面的能力。
4 机械制图及CAD课程改革优缺点探讨
该改革的优点 通过调查发现，有54.84%的教师认为将三维软件和机械制图进行融合，可以摆脱现在的教学困境，同时列举出将三维软件和机械制图相结合的优势主要有直观、高效、便于理解、立体感强、生成图纸方便准确、便于修正图纸、便于后续加工生产信息的理解与传达、便于理解装配工艺、便于理解制造工艺。
本次课程改革确立了以识图、出图为目的机械产品表达，将知识重点放在机械产品性能的实现上，体现设计的特点。利用Autodesk Inventor为主要载体，实现先三维立体绘图后二维图样表达，再训练从二维图样到三维立体的表达。将机械二维图样的识读和三维图样的工程图表达进行有效训练，彻底解决识读与绘图的问题，并通过爆炸动画和运动仿真动画解决装配理解问题。
本次课程改革依托世界技能大赛CAD机械设计赛项，利用赛项相关试题与机械制图课程紧密结合，打破传统以三维软件为辅助教学的模式，将辅助教学软件变为主体技能工具，将知识融入技能中。
该改革的缺点 通过调查发现，将三维软件和机械制图相结合的改革产生的一些不利方面主要有：制图基础知识会被忽略，学生手工绘图能力会降低；所学知识过多，給学生学习造成困难；弱化学生的三维立体思考能力，不利于学生想象力、思考力的培养；加重学校硬件负担。
5 结语
面对学生基础知识薄弱、学时压缩、教学内容又不能少的教学困境，使学生既掌握知识又花费学时少，还能真正对机械产品有全方位的认识，是本次教学改革的主要目的。通过教学改革，能有效改变学生掌握的知识仅限于点线面的投影、零件图的绘制，将知识重点放在装配图及其工程图的表达上[7]。通过大量零件图的绘制提高识图能力，通过装配爆炸动画理解产品装配过程，通过运动仿真理解机械产品的用途及工作原理，使学生的知识具体化、立体化。在调查中，不少专业教师提出的一些改革的缺点也是应当考虑的。
企业中有不少文化基础薄弱但从事设计工作的优秀机械设计人员，笔者了解到他们的设计之路基本上是在这种模式下摸索出来的。下一步，笔者将对该类人群进行相关调研，以确保本次改革朝着更理想、更有效的方向迈进；同时将对我国非标产品设计的现状展开调研，针对非标产品设计中常用零件产品的选型以及在利用Autodesk Inventor软件进行设计时的一些注意事项进行调研，以期完善课程体系的开发与架构。
参考文献
[1]邹晓峰，宋金虎，多勇.机械制图[M].北京：现代教育出版社，2017：1.
[2]走进技能大赛冠军[EB/OL].[2018-8-16].http：//all.vic.sina.com.cn/201710jianzhuang/.
[3]CAD机械设计项目[EB/OL].[2015-02-25].http：//www.worldskillschina.cn/sxxm/content/2015-02/25/content_1042950.htm.
[4]张凤敏.翻转课堂模式下三维CAD软件在机械制图中的教学研究[J].教育教学论坛，2017（7）：195-196.
[5]张淑艳，雷光明，成彬，等.三维CAD辅助工程制图教学的方法[J].图学学报，2014，35（3）：464-468.
[6]王静，刘焜，程久平，等.Inventor在工程图学教学中的应用探索[J].工程图学学报，2009（1）：136-142.
[7]李强，薄润芳.高职机械制图及CAD课程改革与实践[J].中国教育技术装备，2017（4）：107-109.