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机械制图、计算机辅助设计是技工学校机械类专业必修的两门课程，通常是先开设制图课程，然后再继续学习计算机辅助设计（简称CAD）。CAD的广泛应用为制图教学带来了很大变化，电子图样的可复制、易修改及存储方便等特性使之逐渐取代了传统纸质图。此外，教学中教师通过CAD制作课件素材来代替传统挂图、实物模型，增强了课堂教学效果。然而，二十几年过去了，CAD在教学中应用几乎没有什么实质性的变化，仍然相互分离，以致影响到后续的CAM学习和生产实习教学，使得本应紧密结合的制图理论、CAD、CAM以及数控加工实习完全割离，教学效果可想而之。当计算机成为教学不可缺少的一部分时，一些当初预想不到的负面效应逐渐显露出来。例如，因少用或几乎不用手工绘图而使学生一旦脱离CAD软件就变得束手雅策，雅所适从。计算机绘图带来的便利束缚了学生发散思维的发展，学生仅仅学会了机械地操纵键盘、移动鼠标仿照老师的操作。长期以来，我们的教学模式以 “教”为主，教师主宰整个教学过程，抑制了学生的创造性思维能力发展。由此看来，改革CAD在制图教学中的应用方式并建立一种新型教学模式势在必行。
“工欲善其事，必先利其器。”我们已经有了CAD这个功能强大的利器，关键是怎样物尽其用，发挥其 “辅助设计”这一功能，为社会培养出符合要求的创新型人才。
一、课程构想
整合制图与CAD是将这两门课程教学内容解构后，围绕激发学生学习积极性和主动性、培养学生创造性思维能力以及勇于探究和团结协作精神为目标重新设计教学，学生的学习活动以“问题”为中心，通过“发现问题―解决问题”来实现知识的意义建构。与整合前相比，整合后教学内容有增有减，一些深奥、实际应用较少的理论被删除，增加了工业设计和数字化生产知识，面向工程实际，突出设计理念，因而新课程以工程制图与计算机辅助设计命名。初步设想从以下几方面组织、设计课程：
1.教学内容
（1）将传统制图教学内容“从平面切入，二维向三维过渡”，改为“以三维为核心”，从三维开始。教学内容的表述、展示尽可能简单明了、重点突出，以思维导图取代部分文字，使学生易于接受。
（2）增加产品创新设计和数字化加工内容，理论联系实际，使学生将所学知识应用于实际。
2.开展学习实践活动
增加与课程相关的学习实践活动，培养学生的解决问题能力和创新设计能力。
3.CAD软件在教学中的应用
在新课程教学过程中，学生借助CAD的建模和投影功能探究绘图和读图时遇到的疑难问题，从而使得CAD在教学中的作用更丰富，不仅是绘图工具，还是设计工具、认知工具。
4.创建数字化教学资源
以计算机虚拟模型库代替实物模型，创建专题学习网站，为学生自主探究学习、协作学习提供平台。
三、新课程设计
1.选择合适的CAD软件
作为教学不可缺少的利器，合适的CAD软件至关重要。综合学生认知水平、教学实际条件以及社会效应等因素，可选择 AutoCAD、CAXA、SolidWorks等CAD软件。本文以AutoCAD为例设计新课程教学。
2.教学内容设计
（1）以三维为核心。技工学校学生年龄普遍在十五六岁，由于种种原因，入学分数不高。学生在学习时，思维尚停留在感性认识阶段，缺乏抽象思维能力；由于与实际接触较少，大脑中没有储备丰富的表象，因而也谈不上图感，学习时自然感到抽象、深奥。长期以来，传统的制图教育由于受到技术手段的限制，不得不放弃用直观感强的立体图来表达产品，设计时学生首先在头脑中想象出物体的立体形状，然后再用正投影法把该立体绘制成二维工程图。由此可见，以二维为核心的制图教学模式，使原本直观的立体抽象化了，不符合认知规律，学生绘图和识图始终处于一个抽象思维环境中，雅形增加了学习负担，抑制了学生空间想象能力和创新思维能力的发展。因此，新课程教学内容以三维实体造型为核心的，目的是让学生在三维空间中直接认知和感知，轻松学习，将更多精力放在创造性设计上。
教材章节按照“三维→二维→三维”顺序呈现，符合形象思维到抽象思维的认知特点，能激发学生的学习热情。教材中，前面的三维为下一步学习三视图奠定基础，后面的三维以培养学生的创新设计能力为目的，将所学知识外化，使学生学会应用所学知识解决实际问题。各章节相关内容如表1所示。
（2）加强学科之间横向联系。第五章以数字化加工为主题，向学生介绍CAD与数字化生产加工之间的关系。条件允许的话，教学环境可不限于教室、机房，教师应带领学生亲身接触生产实践第一线，如参观实习工厂数控生产车间或到企业学习、了解数字化加工流程，使学生理论联系实际，获得感性认识。
（3）教学内容展示形式。根据奥苏贝尔理论，当学生把教学内容与自己的认知结构联系起来时，便产生了有意义的学习。思维导图作为一种教学策略在新课程中加以运用，能开发学生思维、提高学生认知水平，促进学生有意义的学习。新课程以思维导图的方式直观地呈现各知识点之间的联系，将主要概念关键词通过图形、颜色、连线与次级概念词组构建一个可视化的思维网络，充分刺激学生的视觉感官，调动他们左、右脑共同参与，激发想象力和创造力，使学习过程变得更自然、更主动、更快捷，知识保持更持久。例如，新课程教材中“本书导航”“本章导读”采用思维导图分层级梳理概念，提示知识重点，帮助学生从整体上了解、把握本单元的重要概念或知识体系。同样，教师备课、学生做笔记、复习总结、方案设计等，都可以思维导图形式表达。
此外，教学内容的文字描述尽量轻松活泼，多用比喻、甚至夸张（只要不脱离科学）的手法，教材内容遵循从简单向复杂变化。例如， CAD操作部分，分为“基础应用”和“扩展提高”，并举一反三，引导学生深入理解和掌握相关知识技能。 教材中还设有“温馨提示”，告诉学生一些技巧和经验。在每章末设有“疑难及常见问题”，解答学生学习过程中遇到的一些困惑。
3.学习活动设计
新课程增加了与所学知识相关的学习实践活动，旨在调动学生的学习积极性，培养学生探究学习能力、协作学习能力以及发现问题、解决问题的能力。部分学习活动设计如表2所示。
表2 课程活动设计
章标题 课程活动及其开展形式 活动目的
绪论 CAD软件研究报告搜集资料
（图书、报刊杂志、网络等），了解目前市场上主流CAD软件种类，比较其优缺点、应用场合；分析除AutoCAD外还有哪些CAD软件适合本课程教学要求 1.了解常见CAD软件，认识各自优势及应用场合
2.学会探究学习方法
组合体及三维实体造型 组合体创意设计
建立协作小组，以小组为单位，设计组合体（生活用品、工业产品、建筑物或其他），要求完成后提交作品（3D模型及平面图）。各小组选派一名代表汇报演示（PPT），其他小组评价 1.学会应用所学知识解决问题
2.培养创新设计能力和协作学习能力
曲面造型及工业产品设计 产品创新设计
以工业产品创新设计为目的，各协作学习小组提出设计任务，确定设计方案，并将任务划分成若干子任务分配给小组成员；小组成员在计算机网络环境下协同完成任务 1.学会复杂形体的创建方法
2.学会协同工作，进一步提高创造性思维能力
4.创建教学资源
（1）虚拟模型库。传统制图教学模型主要为木质、塑胶等材料，数量有限，不易携带，反复使用易损坏。新课程倡导学生自主探究学习，这就意味着需要大量可重复使用、方便易行的模型，显然传统实物模型远远不能满足这一要求。为解决这个难题，新课程利用计算机虚拟现实技术创建了虚拟模型库，不仅提供了大量栩栩如生的虚拟模型，而且还提供了模型的三视图形成交互式动画，为学生自主探究学习提供了良好的学习环境，学生可以通过校园网随心所欲地在“库”中畅游，获取所需知识。
（2）专题学习网站。配合新课程创建的专题学习网站是学生自主探究学习、协作学习以及展示作品的平台。数字化生产不仅需要学生掌握先进的操作技术，同时也要求学生具有在先进技术下协同工作的能力。在课程实践活动中，学生以小组合作形式共同完成设计任务，小组成员通过专题网站沟通、协商，听取他人意见，同时也提出自己的观点，并将小组成果上传至专题网站。
工程制图与计算机辅助设计课程以促进学生能力发展为目的，因此对培养学生终身学习态度和能力、良好的素养、勇于探索精神、合作学习能力以及创造性思维能力有着积极的意义。而一个新课程能否在教学中得到推广应用，不仅需要丰富的教学资源和硬件条件，正确的目标定位、合理的教学设计和恰当的教学策略更为重要。
（作者单位：佛山市南海技师学院）
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发表于 2020-8-5 09:33:26
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