現(xiàn)代圖學教育亟待解決的兩個傾向性問題

季陽萍

（太原科技大學 化學與生物工程學院，山西 太原 030021）

0 引言

圖學是用圖形傳播文化知識、科技文明的載體，是促進人類社會由低向高不斷發(fā)展的重要途徑。我們至今看到的最古老的人文始祖伏羲和女媧的畫像中就有了 “規(guī)”“矩”“垂”3種重要的測繪工具，人們常用“左圖右書”來描述和傳播科技文化，聯(lián)合國將不會讀圖、不會使用計算機的人列入信息時代的“新文盲”［1］。這些都充分說明圖形繪制在人類文明的發(fā)展中有著很重要的地位。這里，筆者根據(jù)多年教學實踐和與同行的交流所得，論述了目前工程制圖課程教學中存在的問題及其應對策略。

1 圖學教學中“傳統(tǒng)”與“現(xiàn)代”的兩極化及其影響

1．1 圖學教學中“傳統(tǒng)”與“現(xiàn)代”兩極化的存在

在調(diào)研中了解到，目前工程圖學的教學領域里出現(xiàn)了兩種極端的傾向：一方面是過于留戀“傳統(tǒng)”的技藝，對“現(xiàn)代”的東西接受緩慢，不能跟上發(fā)展的步伐；另一方面是單純追求“現(xiàn)代”的東西，對“傳統(tǒng)”的繪圖、讀圖技巧丟失嚴重，直接影響到對制圖的理解和應用。這種兩極化主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）以教師為中心授課。當前教師授課雖然采用了模型、多媒體的課件，一定程度上提高了課堂教學效率，但課堂教學仍以傳授知識為主，忽略學生能力培養(yǎng)和素質(zhì)提升。

（2）課程體系、教學內(nèi)容沒有與時俱進，與人才需求脫節(jié)。很多學校由于時時有限，工程制圖課程教學內(nèi)容仍局限在傳統(tǒng)內(nèi)容范圍，即使加入了計算機繪圖，內(nèi)容也只局限于AUTOCAD的操作應用。

（3）實踐課程課時不足，缺乏必要的實踐性訓練，動手能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)上缺乏有效的途徑。

（4）對學生學習效果缺乏科學、合理的評價方式，很多學校仍然以傳統(tǒng)的考試方式為主。

1．2 兩極化對圖學教學的影響

由于對圖學教育中傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學的認識差異，嚴重影響了學生對后續(xù)課程的學習，學生在課程設計、畢業(yè)設計中常常出現(xiàn)以下情況：在方案設計階段，不會繪制方案草圖，徒手繪圖能力較差；在結(jié)構(gòu)設計階段，不會選擇裝配體的表達方案（如主視圖的選擇等）；在繪制裝配圖階段，不能完全按照國家標準規(guī)定正確表達標準件、常用件；在拆畫零件圖階段，不能正確表達零件的加工信息，甚至出現(xiàn)零件的結(jié)構(gòu)與裝配體不一致。許多機械類專業(yè)畢業(yè)的大學生畫不出正確用于生產(chǎn)的工程圖紙。

2 “傳統(tǒng)”與“現(xiàn)代”教學的融合策略

2．1 以國際先進的教學理念引導融合

美國密西根大學突出培養(yǎng)工科學生的3種能力：（1）把想法變?yōu)閳D形的能力；（2）把圖形變?yōu)槟Ｐ偷哪芰?；?）把模型變?yōu)楫a(chǎn)品的能力。這3種能力都以形象思維為基礎。其中第一種能力通過傳統(tǒng)的工程圖學教學內(nèi)容即可解決；第二種能力雖然通過傳統(tǒng)的工程圖學教學也能解決，但是效果欠佳，最有效的方法是借助于計算機三維建模技術，幫助學生直接將圖形變?yōu)槟Ｐ?；第三種能力則是要以前兩種能力為基礎，結(jié)合專業(yè)知識的學習和訓練而獲得［2］。

學生的這3種能力是系統(tǒng)的、不可偏廢的，教師只有用先進的教學理念調(diào)整、融合傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學手段，才能培養(yǎng)出優(yōu)秀的、素質(zhì)全面的工科學生。

2．2 以全國圖學大賽的內(nèi)容導向融合

自2008年以來，每年由教育部組織，由教育部高等學校工程圖學教學指導委員會和中國圖學學會制圖技術專業(yè)委員會聯(lián)合舉辦了 “全國大學生先進圖形技能與創(chuàng)新大賽”。其宗旨：其一，考察學生的工程圖形表達能力，考察學生的繪制和閱讀工程圖樣的能力；其二，考察學生的空間思維能力及其創(chuàng)新能力；其三，考察學生的空間思維以及分析和解決空間問題的能力；其四，考察學生的工程意識及其工程思想方法；其五，考察學生的認真負責的工作態(tài)度和嚴謹細致的工作作風。

這一比賽的特點：一是規(guī)范，采取了政府支持、專家主導、學生主體、社會參與的組織運行模式；二是規(guī)模大，參賽人數(shù)多，具有權威性和影響力；三是涉及的專業(yè)知識面廣，大賽分為機械類、建筑類、水利類和道橋類。以機械類為例，其中包括機械制圖（手工）、金屬工藝學、機械原理、機械零件、材料力學、三維建模（計算機繪圖）等多門課程；四是綜合應用性強，競賽題目中大都是工程實踐知識，必須依靠多學科知識才能完成［2］。

大賽每年舉辦一屆，至今已經(jīng)舉辦了七屆。競賽中規(guī)定了組隊規(guī)模、競賽時間、競賽規(guī)則及評審要求等，將傳統(tǒng)的手工制圖基礎和現(xiàn)代圖學建模結(jié)合在一起。圖學大賽，無形之中引導了教師教學理念的改變和教學內(nèi)容、教學評價標準的調(diào)整，同時圖學教學中“傳統(tǒng)”與“現(xiàn)代”兩極化現(xiàn)象也得到了調(diào)整。

2．3 以改變系統(tǒng)的教學內(nèi)容促進融合

對于各類圖學教育，不要再人為地將“傳統(tǒng)”與“現(xiàn)代”分開，應適當調(diào)整教學的內(nèi)容和時間，制圖教師素質(zhì)應全面，“兩輪”齊全，“兩翼”齊備。

圖學教學改革分兩步走：一是將投影原理、制圖基礎和計算機繪圖3個模塊放在低年級開課；二是將專業(yè)圖放到高年級進行，參數(shù)化CAD在畢業(yè)設計中進行。這樣既有利于學以致用，也解決了低年級學生在不了解專業(yè)的情況下，難于掌握專業(yè)圖的困難。

以機械類課程為例，將《機械制圖》《機械零件》《機械原理》融為一體，成為一門課。首先從《機械設計》原理入手，講投影原理、制圖基礎和計算機繪圖；其次將專業(yè)制圖與《機械原理》及設計融合在一起；最后用CAD軟件繪制零件圖、裝配圖。

投影理論是教材的主線，充分融合機械制圖和幾何畫法的內(nèi)在聯(lián)系；增加徒手繪草圖訓練，為進行現(xiàn)代工程技術設計尤其是創(chuàng)意設計打下基礎；結(jié)合平面圖形、基礎立體和組合體、零件圖、裝配圖等，將構(gòu)型設計的訓練貫穿到全教學過程中，有效地培養(yǎng)形體想象、空間思維、創(chuàng)新和創(chuàng)造能力，誘發(fā)和調(diào)動學生潛在知識和非智力因素；選用AUTOCAD軟件，并將計算機繪圖貫穿到全過程中。恰當融合傳統(tǒng)和現(xiàn)代的教育手段。

2．4 以圖學理論標準技能的教學深化融合

圖學教學應該從圖學理論、圖學標準和作圖的技能與技巧3個方面逐漸進行深度融合［3］。

（1）圖學理論融合。理論來自于實踐，反過來又指導和推動著實踐活動。近幾十年來，我國的圖學理論一直在隨著社會生產(chǎn)實踐的快速發(fā)展而發(fā)展著，但理論往往會落后于實踐，常反映在教材上，解決了教材的問題，就基本上能夠解決圖學理論與實踐相脫節(jié)、傳統(tǒng)與現(xiàn)代兩極化的問題。當前制圖教材的改革大致趨勢是：由大部頭、系統(tǒng)型教材向簡明、實用型教材發(fā)展；由教材與習題分開向教材與習題結(jié)合方面發(fā)展；在教材內(nèi)容上加強了軸測投影在教學中的應用，降低了讀、繪零件圖、裝配圖以及草圖訓練的難度。

（2）圖學標準融合。講究標準的目的是確保材料、產(chǎn)品、過程和服務能夠符合需要。制定標準是一件嚴肅、精確、權威的事情，在整個學與用的過程中必須嚴肅對待。在制圖基本知識體系中，投影理論是成熟的內(nèi)容，相對穩(wěn)定，機械常識要求不高，所以制圖知識的更新是制圖標準及其相關標準的修訂。新標準要反映新的知識結(jié)構(gòu)。

（3）作圖技能與技巧融合。技能是能力，技巧是動作。動手能力培養(yǎng)、工程素質(zhì)培養(yǎng)是工程制圖課程的職責。學生在課堂上、書本里所學到的理論知識，只有經(jīng)過自己的親身實踐、親力所為的動手操作，才能將所學知識轉(zhuǎn)化為實踐行為和能力。加強訓練是培養(yǎng)學生動手能力、工程素質(zhì)的有力舉措［4］。

2．5 以調(diào)整加強模擬訓練融合

在先進工業(yè)國家中，工程圖學教育各有特色，這些特色在某種程度上對我國的工程制圖教學具有借鑒價值如，借鑒國外圖學課程設置，對工程制圖課程的教學環(huán)節(jié)做必要的調(diào)整，減少理論課堂課時，利用虛擬現(xiàn)實技術［4］，降低實踐成本，加強實踐環(huán)節(jié)，引入同步建模［5］模擬訓練。實踐環(huán)節(jié)的課時應多于理論課堂課時，少講多練，讓學生“做中學”，以期有效培養(yǎng)學生的動手能力及工程素質(zhì)。

（1）驗證性模擬訓練。驗證性模擬訓練可以降低課程的教學難點，例如，立體表面交線模擬訓練，觀察截交線和相貫線的空間投影，使學生由淺入深地掌握三維造型軟件進行立體造型的基本方法，樹立模型設計理念。

（2）生成性模擬訓練。使用三維造型軟件模擬生成復雜立體的三維實體模型，綜合運用所學知識模擬生成復雜立體的多種表達方案，對這些表達方案進行分析比較，選出優(yōu)秀的表達方案。以虛擬現(xiàn)實加強模擬訓練［4］，既培養(yǎng)了學生綜合運用所學知識的能力，也提高了學生的科學研究的素養(yǎng)。

（3）產(chǎn)品性模擬訓練。讓學生根據(jù)機械設計手冊完成常用標準件的模塊建庫，例如參數(shù)化彈簧、齒輪、螺栓等建模。進行各種類型的常用零件建模，將零部件進行虛擬裝配、拆卸，進行零件圖、裝配圖的生成編輯等操作。通過同步建模［5］，加強模擬訓練，使學生對機械設計過程有一個初步了解，培養(yǎng)綜合運用所學知識的能力、工程素質(zhì)以及工程實踐能力。

（4）3D數(shù)字化設計制造性模擬訓練?，F(xiàn)代工程設計正在從圖樣設計向產(chǎn)品模型設計過渡，以產(chǎn)品的幾何模型為核心實現(xiàn)CAD／CAE／CAM 一體化，三維圖樣直接指導生產(chǎn)加工正在逐步成為現(xiàn)實，3D打印技術基本成熟［6］。有必要重新構(gòu)建圖學教育的新體系，從三維設計入手進行工程制圖教學。

3 結(jié)語

針對圖學教育出現(xiàn)的兩種極端傾向，應調(diào)整融合教育理念，使其并行不悖。針對不同的教學對象，實施相應匹配的教材，夯實基礎，讓制圖傳統(tǒng)教學與現(xiàn)代計算機制圖發(fā)展協(xié)調(diào)并進，在教學安排上兩者并重；改變師資導向偏離傾向，在克服兩個極端的同時，解決以設計為主線安排教學內(nèi)容；以應用為目的選用教學方法，形成規(guī)范的教學模式，使傳統(tǒng)技術制圖和現(xiàn)代計算機繪圖兩者之間交融推進。

［1］ 何援軍，童秉樞，丁宇明、蔡鴻明，張強．圖與圖學［J］．圖學學報，2013（4）:1-9．

［2］中國圖學會．圖學學科發(fā)展報告［R］．北京:中國科學技術出版社，2014:4．

［3］童秉樞．對工程圖學學科和圖學學科的若干認識［J］．工程圖學學報，2010（6）:1-5．

［4］ 合作編輯者．百度百科:虛擬現(xiàn)實［EB／OL］．［2013-06-08］．http: ／／baike．baidu．com ／view ／7299．htm．

［5］ 合作編輯者．百度百科:同步建模［EB／OL］．［2013-06-08］．http: ／／baike．baidu．com ／view ／2170476．htm．

［6］ 合作編輯者．百度百科:3D 打印技術 ［EB／OL］．［2013-10-31］．http: ／／baike．baidu．com ／view ／5403239．htm．