應用三維建模技術提高學生制圖應用能力

屈文濤,鮑澤富,孫艷萍

(西安石油大學機械工程學院,陜西西安 710065)

應用三維建模技術提高學生制圖應用能力

屈文濤,鮑澤富,孫艷萍

(西安石油大學機械工程學院,陜西西安 710065)

提出機械類制圖教育要面向應用,四年不間斷,逐級強化,應用三維建摸技術提高工科學生制圖應用能力,將三維建模技術和傳統(tǒng)的制圖課程內(nèi)容相融合,構(gòu)成新的內(nèi)容體系,適應市場的需求和人才培養(yǎng)的要求。結(jié)合石油行業(yè)特色,進行了教材與教學資料建設,計算機輔助教學軟件建設,工程制圖試題庫建設,工程制圖精品課程網(wǎng)站建設,完成了計算機繪圖實驗室、零件測繪實驗室、模型制作實驗室、模型展覽實驗室的建設。

制圖能力;三維建模;石油行業(yè);試題庫;網(wǎng)站

畫法幾何學自法國數(shù)學家加斯帕 ·蒙日(Gaspard Monge)創(chuàng)立至今已210余年了,它是在當時的歷史條件下誕生和發(fā)展的,而以其為基本原理的工程制圖更是隨著人類工業(yè)化進程的發(fā)展及生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的總結(jié),逐步形成一門機械工程領域的重要學科。它為滿足機械結(jié)構(gòu)設計、工程設計和解決空間幾何問題提供了理論依據(jù)和有效的設計手段,因此歷來是高等院校工科學生的一門必修的基礎課程。

從工程制圖產(chǎn)生至今,其基本思路都是研究一種用平面圖形來表達空間三維形體的方法,并將其平面圖形作為一種規(guī)范圖紙用于指導生產(chǎn)、裝配和進行技術交流?；谡队胺ǖ墓こ虉D樣既能清楚表達物體的形狀,又便于度量和繪制,還可照圖進行生產(chǎn),所以,工程圖樣一直被譽為工程界共同的技術語言。然而,正因為其技術性較強,只有受過專業(yè)訓練的人才能進行圖樣繪制和讀圖。從作者多年教學經(jīng)驗來看,很大一部分人員在三維形體經(jīng)投影生成平面圖形過程中會感到困難。近年來,由于三維建模和計算機技術的進步,相應的設計軟件不斷涌現(xiàn),使用三維模型來表示空間形體已經(jīng)不再困難,結(jié)合制造業(yè)的發(fā)展趨勢,三維建模技術將逐漸應用到制造業(yè)中,完全可替代平面工程圖樣的作用。

1 建設優(yōu)質(zhì)立體化教學資源,引入機械類制圖教育四年不間斷教學理念,培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才

1.1 進行三維實體建模技術融會到制圖教學過程的實踐

三維模型主要表現(xiàn)設計對象的總體結(jié)構(gòu)和形狀,而二維工程圖則較全面的給出對象的尺度大小和相互位置關系,兩者在課程體系中有著同樣重要的地位。對于剛接觸制圖課的學生,我們在教學中利用形體的三維模型來加深學生對形體特征的理解和把握,從三維立體再到二維平面,對于難理解的二維圖形用相應的三維模型進行多角度演示,可幫助學生更快地掌握。為了便于學生課下學習,我們有一套網(wǎng)上資源,豐富的模型可以讓學生達到更進一步的理解。對于學生實際三維立體構(gòu)型能力,我們則開設了目前常用的三維軟件平臺如Pro/E,UG和Solid Edge的培訓課程,通過對實際零件的建模,來培養(yǎng)學生的造型能力,待學生掌握方法后給予設計任務,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

1.2 機械類制圖教育面向應用,四年不間斷,逐級強化

現(xiàn)代科技的發(fā)展對本課程提出了新的要求,培養(yǎng)具備扎實基礎知識,較強動手能力和工程素質(zhì)的學生是我們的教學目的。制圖能力對于機械類專業(yè)學生的今后從業(yè)是不可或缺的。在課程的安排上我們精心設計,大學第一學年安排制圖的基礎知識,如投影原理、圖示方法和制圖標準規(guī)范,培養(yǎng)學生對簡單工程對象的表達能力和求真務實的嚴謹作風;第二學年安排計算機繪圖、構(gòu)型設計、三維實體造型以及計算機圖形學的學習和訓練,進一步加強學生的表達能力和實體造型能力的培養(yǎng);第三學年在學生機械課程設計前安排測繪環(huán)節(jié),通過對實際裝配體以及零件的感受來訓練徒手繪草圖能力并強化零件圖和裝配圖這樣實踐性強的環(huán)節(jié)的掌握,在隨后的機械課程設計中再進一步加深學生的印象和理解;第四學年學生進入畢業(yè)設計環(huán)節(jié)。針對更具體的實際課題,學生需要用各種三維繪圖工具和二維圖形來進行設計表達和設計交流,其實際應用能力得到進一步加強。在設計中要求學生貫徹執(zhí)行各種行業(yè)標準和國家標準以及規(guī)范。通過四年的逐級強化和面向應用的教育,學生畢業(yè)后能夠很快適應生產(chǎn)和科研實際。

1.3 以科研成果促進教學發(fā)展

科研在高等教育中具有十分重要的地位。從教師所從事的課題研究中衍生出具有科研背景的各種題目,要求學生利用所學的圖形學知識來完成,一方面讓學生接觸到科研前沿,從而為今后從事科研工作打下基礎;一方面又鍛煉了學生對所學知識的綜合應用。教師注意將科研內(nèi)容有機地滲透到教學中,起到了引導學生和拓寬學生眼界的作用,而教師在科研活動所表現(xiàn)出的品質(zhì),對學生的創(chuàng)造能力、精神、態(tài)度還可起到潛移默化的熏陶作用。從事科研對教師本身也是一個自我完善的過程。

1.4 建立優(yōu)選機制,因材施教,培養(yǎng)學生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力

隨著高校擴招,大學教育已經(jīng)從精英教育轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟊娊逃?學生的教育基礎參差不齊,因此因材施教就顯得更為重要。在保證整體教學質(zhì)量的前提下,把我們有限的教學力量集中到想學、有能力也有精力的學生中,起到人才孵化器的作用。平時在教學中注意觀察和引導學生,從中發(fā)現(xiàn)突出個體,建立課外科技小組,鍛煉其駕馭所學知識,充分發(fā)揮其創(chuàng)新能力,培養(yǎng)合作意識,也讓他們感受到學以致用的成功喜悅。對學生個體突破還可以起到帶動群體的效果,把整體的學習氛圍提升到新層次。工程測繪實驗室面向?qū)W生全方位開放,培養(yǎng)學生的實際操作能力,大大縮短未來與實際工作的銜接時間。

2 認識課程特色,采取切實可行的教學改革措施

(1)結(jié)合石油行業(yè)特色完成教材建設。教材是課程的主要載體,是教師課堂教學和學生學習的主要工具,教材的內(nèi)容和質(zhì)量直接影響到教學質(zhì)量,因此教材建設是課程體系改革的重要組成部分。為提高我校人才培養(yǎng)質(zhì)量,改革教學內(nèi)容和教學方法,我們結(jié)合我校的實際情況,針對培養(yǎng)目標規(guī)劃、學時數(shù)以及學生實際情況主持編寫并出版了《畫法幾何及工程制圖》教材及輔助用書(配套習題集)。

(2)CA I課件的建設。計算機輔助技術的發(fā)展推動了制圖教學體系的發(fā)展。傳統(tǒng)的制圖教學體系與先進的計算機輔助技術的融合成為該課程發(fā)展的必然趨勢。我們以三維實體建模、計算機圖學理論為基礎,充分利用計算機繪圖和建模軟件,開發(fā)了一套機類、非機類、近機類多媒體課件,取代了傳統(tǒng)的掛圖、木模等,改變了傳統(tǒng)的教學方法及手段,使教學方法及教學手段步入現(xiàn)代化,教學更形象生動,提高了教學效率和教學效果。

(3)配套實驗教材建設。配合課程理論教學,安排學生分別完成16學時的裝配體測繪實驗和計算機繪圖上機實驗,2006年開始,我們重新編寫了《安全閥裝配體測繪指導書》《齒輪油泵裝配體測繪指導書》《計算機繪圖上機實驗指導書》。這些指導性的實驗教材對學生的實踐教學環(huán)節(jié)起到了積極作用,有助于學生完成實驗任務。上機指導書的擴展內(nèi)容對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和個性化培養(yǎng)起到積極指導作用。

(4)實踐性教學環(huán)境建設?，F(xiàn)有10個獨立的制圖室(每個可容納5個教學班)用于學生儀器圖繪制、木模測繪、零件測繪及裝配體測繪。還有一個教學微機室(150多臺計算機),有良好的實驗上機條件,保證學生一人一機。實踐環(huán)節(jié)由主講教師和助課教師共同指導。

(5)網(wǎng)絡教學的應用。利用計算機網(wǎng)絡建立制圖網(wǎng)絡教學、輔導系統(tǒng),為教師教學、輔導,學生學習及課后做作業(yè)搭建起一座橋梁,從而創(chuàng)造一個無形的課堂。它不受時間、空間的限制。教師則以課堂教學為主、網(wǎng)絡教學為輔組織教學。《畫法幾何與工程制圖》課程網(wǎng)站的建設,包括該課程的教學大綱、課程電子教案、課程實驗指導書、課程參考習題及其答案、課程部分現(xiàn)場教學錄像、CA I多媒體課件展示等不斷更新的網(wǎng)絡資源,大大提高了學生的學習興趣和學習效率。

3 結(jié)束語

通過利用自主研制開發(fā)的CA I課件、網(wǎng)絡課程、教學錄像、教學模型等教學資源,采用多媒體教學,在教學手段、教學方法上不斷創(chuàng)新,很好地提高了本課程教學質(zhì)量和教學效率。學生不及格率明顯下降(原來30%,現(xiàn)在16%)。多媒體課件已應用在5個學期約300個班級的教學中,學生反映良好。

教學網(wǎng)站全面運行,網(wǎng)站資源不斷更新,充分利用網(wǎng)絡技術,實現(xiàn)教學的部分網(wǎng)絡化,一方面彌補了利用多媒體課件的缺陷,便于學生自學,極大地調(diào)動了學生學習的積極性;另一方面更便于教師與學生的溝通;大大提高了教學效率和教學效果,有效地提高了學生的學習興趣和學習效率。自網(wǎng)站運行以來,點擊率已達10萬余次。

新的教學理念的貫徹和實施,成果顯著,學生參加圖形類設計獲全國Solid Edge第二屆設計大獎賽團體二等獎;首屆陜西省大學生“知識產(chǎn)權杯”外觀設計大賽一等獎2項、二等獎2項,三等獎1項,優(yōu)秀獎若干;第二屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽陜西賽區(qū)二等獎1項,三等獎2項;西安市大學生工業(yè)品外觀設計大賽二等獎1項;第一屆“東莞杯全國工業(yè)設計大賽”優(yōu)秀獎;陜西中聯(lián)阿姆瑞特杯家具設計大賽三等獎1項,優(yōu)秀獎3項;涇渭新城杯陜西省家具設計大賽二等獎1項,三等2項,等等。

總之,我們的工程制圖課程經(jīng)過團隊多年的建設與改革,無論從師資、教學資源、教學內(nèi)容等方面都完全適應西安石油大學培養(yǎng)學生的目標,為石油行業(yè)和陜西省地方建設源源不斷地輸送了大批優(yōu)秀的高級工程技術應用型人才。

[1] 制圖教研室.深化制圖教學改革突出學生能力的培養(yǎng)[J].鄭州工業(yè)高等專科學校學報,2000,16(4):34-37.

[2] 屈文濤《.機械制圖》課程體系改革探索與實踐[J].教書育人,2002(11):21-24.

[3] 屈文濤.將計算機技術全面融入制圖課程教學[J].涼山大學學報,2003(1):9394.

[4] 屈文濤.大學生機械創(chuàng)新能力培養(yǎng)方案探索與實踐[J].唐山學院學報,2003,16(增刊):99-100.

[5] 章黎麗.機械制圖課學生應用能力的培養(yǎng)[J].職業(yè)教育研究,2006(8):124-125.

[6] 杜長征,宋麗華.在制圖教學中引入三維建模的探索與實踐[J].教育探索,2009(8):25-26.

(責任編校:李聰明)

Application of 3d Modeling Technology to Strengthen Students’Practical Drawing Ability

QU Wen-tao,BAO Ze-fu,SUN Yan-ping
(School of Mechanical Engineering,Xi’an Shiyou University,Xi’an 710065,China)

This paper proposes that education in mechanical drawing should be application-oriented,continuous and strengthened increasingly for the four years.3D modeling technology should be used to imp rove engineering students’practical drawing ability,integrating 3D modeling technology with traditional drawing course to constitute the new content system and to meet the market demand and talent cultivation requirement.Combined with characteristics of the oil industry, w e carried out the construction of teaching material and educational materials,computer-aided teaching software,engineering drawing item bank and engineering drawing exquisite course web-site,and completed construction of computer graphics laboratory,parts surveying and mapping laboratory,model making laboratory,and model exhibition laboratory.

drawing ability;3D modeling;the oil industry;item bank;website

TH126

A

1672-349X(2010)06-0094-03

2010-08-24

陜西高等教育教學改革研究項目(陜教高[2007]68號)

屈文濤(1970-),男,教授,博士,主要從事制圖、工業(yè)設計的教學與研究。