随着制造业信息化技术的发展，机械制图课程已在传统的画法几何与机械制图基础上，逐渐加入了计算机二维绘图、计算机三维建模，但三者之间是相互独立的“1+1+1”模式.这种“1+1+1”模式下课程内容之间是碎片化的，不能形成系统化的知识.

国内外学者就传统机械制图与计算机二维绘图、三维建模的融合进行了很多研究探索.研究表明：①机械制图基础是制定、约束和强化机械工程图样的制图规则；②二维工程图在生产实践中有不可替代的作用；③手工绘图是计算机二维绘图的基础^[4-5]；④三维图学来自于二维图学，是工程图学的延伸^[6].

因此，将传统机械制图与二维绘图、三维建模进行“三位一体化”教学改革，可以打破课程之间的壁垒，实现制图基本理论、二维绘图技能、三维设计知识体系的完整化和系统化.

传统机械制图为理论基础，二维绘图为工具，三维建模为载体全贯穿，进行“三位一体化”深度融合.

传统机械制图指导二维、三维CAD软件的使用：其一，机械制图国家标准关于图纸幅面、格式、标题栏、字体、图线、尺寸注法的规定是AutoCAD中线型、字体、图层、标注样式设置的依据，指导机械图样模版的制作；其二，绘图工具的使用和几何作图是二维、三维CAD草图工具使用的基础；其三，机件的表达方法、标准件与常用件、零件图与装配图的理论规范二维、三维软件生成的工程图样.

计算机二维绘图是手工绘图的替代品，应用二维CAD软件替代繁重的手工绘图，是实践机械制图理论知识的工具.

三维建模为载体贯穿整个制图基本理论教学，不仅仅是使用三维模型来替代实物模型，形象地展示零部件，而是将三维建模的操作性演示与机械制图基本理论相结合.例如：一是通过三维建模过程展示基本体、立体表面交线、组合体的形成，帮助掌握其三视图的绘制；二是利用三维草图中完全定义草图、不完全定义草图、过定义草图帮助理解机械制图中平面图形的尺寸标注的完整性；三是Solidworks中Toolbox的使用强化标准件、常用件的概念；四是通过装配体模型的干涉检查和仿真运动能够帮助理解零部件之间的装配关系，强化工程图的合理表达.

工程图学课程体系隐含着两大基本内涵：一是“语言性”，二是“思维性”. “思维性”即通过变换图与图之间的关系来沟通问题与结果的图示图解的一种思维特征^[7].站在“思维性”的角度来考虑机械制图“三位一体化”教学，其目标是建立“二维——三维”思想的融合，三维构形是基于二维草图生成三维立体，因此“二维——三维”思想的融合尤其重要.

如表 1所示，将三维构形思想与组合体的形体分析法对应，挖掘立体构形特点与投影的对应关系^[8]，将组合体的形成、三视图的绘制及尺寸标注融会贯通，不仅辅助完成了三视图的绘制，而且建立从二维图形构形三维模型和从三维模型转换成二维图形的思想，完成“二维——三维”思想的融合.

耶鲁大学校长雷文指出，通过基础性的研究创造，绝不是大学为社会做出的唯一重要贡献，通过对学生能力的培养使其将来更好地为社会服务，是与学术研究同等重要的贡献^[9].机械制图作为工科类学生的第一门技术性专业基础课程，不仅要为后续专业课程奠定专业知识基础，而且承担着对学生能力的培养.

“三位一体化”教学在学习机械制图理论的同时合理结合AutoCAD二维绘图软件的使用，以机械图样模板制作、手柄图样、轴承座三视图、零件工程图、装配工程图为任务驱动，在讲授传统机械制图理论的基础上，使用AutoCAD软件完成任务，提高绘图技能，实现理论知识与操作技能的融合.

“三位一体化”教学中将三维构形设计思想融入基本立体和组合体、典型零件、典型装配体各部分，通过操作性演示，使学生建立“二维——三维”的融合思想，培养其空间想象能力.

在机械制图测绘环节，将原来的手工绘图环节用计算机绘图环节取代，测绘过程改革为拆装——草图绘制——三维建模——二维工程图绘制，利用三维建模和装配仿真验证草图，并指导对草图进行修改，在验证、修改过程中提高学生的工程实践能力和创新能力^[10].

“三位一体化”教学改革的宗旨是将传统机械制图和二维CAD、三维CAD有机融合，形成完整的知识体系，在学习理论知识的同时培养学生的实践创新能力.在教学内容上，分阶段递进式进行融合，例如，在国家标准有关《机械制图》的有关规定中可以进行AutoCAD模板的制作讲解，理论指导实践有助于学生对知识的理解和应用，实践中验证理论，激发学生的实践意识.

“三角板+黑板+挂图”或者“课件+黑板”的教学方法已经不能满足“三位一体化”教学内容的需求，势必会造成课时的增加，因此采用“课内+课外”、“线上+线下”^[11]、“理论+实践”相融合的教学设计，将教学内容延伸到课前、课堂和课后.例如表 1组合体的形成及三视图的绘制部分，课前利用线上资源进行组合体建模操作演示，课内在该模型基础上引入形体分析法和构形分析，进行三视图的绘制和尺寸标注讲解，实践课内进行手工组合体三视图的绘制，课后要求应用AutoCAD进行三视图的绘制.

目前，笔者所在高校机械类学生机械制图课程按照教学计划分别安排在大一的第一、二两学期和大二第一学期，大一第一、二两学期分别是48课时，共96课时，大二第一学期是为期一周的机械制图测绘.按照“三位一体化”教学改革思路，大一第一学期主要是在原有的教学内容中分阶段融合了二维、三维CAD软件的基本知识，教学计划如表 2所示.

大一第二学期主要是在理论学习的基础上，通过软件的使用提高操作技能.在教学内容设计上改变原有的“零件——装配”这种“自下而上”的内容安排，进行“装配体——零件——装配体”这样的内容安排，充分利用线上、线下资源将机械制图知识与机械制造、机械原理、机械设计等内容充分结合，例如在讲装配体内容时利用线下资源进行装配体拆装，在讲授轴系零件时利用线上资源进行轴的加工演示，其教学计划如表 3所示.

机械制图测绘是在机械制图理论学习完成后的一个重要的实践教学环节，该环节承前启后，是对机械制图所学知识的综合应用和实践，也是衔接后续专业课程的桥梁.该环节将徒手绘图、三维建模、二维工程图集于一体，对所学知识进行综合应用.实施中以小组为单位进行，强化团队合作，共同完成一整套测绘任务.以减速器为例，小组由5人组成，按照主动轴系、从动轴系、上箱体、下箱体、附件进行分工，具体任务安排如表 4所示.

第一，机械制图“三位一体化”教学内容的深入融合打破了原有的课程之间的界限，更重要的是在知识点上的连贯性和系统性，使得学生掌握的知识更加扎实.

第二，“课内+课外”、“线上+线下”、“理论+实践”的教学方法激发了学生的学习兴趣和探索欲望，同时也发现学生出现了两极分化的现象，一些学生无论是理论知识还是操作技能都有很大提升，一些学生则是对课后、线上内容置之不理，影响到了课内知识的掌握.针对此现象，后期还要加强对线上、课外及实践环节的管理.

第三，大一阶段掌握了二维、三维软件工具，为后续专业课程如机械优化设计、CAD/CAM的顺利进行奠定了基础.

第四，学科竞赛和课外实践活动成果显著.参加全国大学生“工程训练综合能力竞赛”、“全国大学生机械创新设计大赛”、“全国三维数字化创新设计大赛”等赛事的小组越来越多，大学生创新创业训练项目立项数目增加，而且参与的学生从原来的高年级段逐渐向低年级段过渡.

机械制图“三位一体化”教学改革只在机械设计制造及其自动化专业进行了尝试，取得了有益的效果，后续工作要在不同专业进行机械制图课程的整体改革，以适应“中国制造2025”所需的制造业信息化人才培养的需要.