基于畢業(yè)設計圖樣的工程圖學教學改革

高征兵,秦永法

(揚州大學機械工程學院,江蘇揚州225127)

畢業(yè)設計是高等學校人才培養(yǎng)的最后一個教學環(huán)節(jié),是人才培養(yǎng)品質(zhì)的重要體現(xiàn)。機械專業(yè)工程設計類專業(yè)畢業(yè)設計所要完成的任務和提交的材料包括畢業(yè)設計前期材料(內(nèi)含畢業(yè)設計任務書、開題報告、實習報告、外文資料翻譯)、畢業(yè)設計說明書及相應課題的設計圖樣等內(nèi)容。其中設計圖樣的品質(zhì)是評價畢業(yè)設計品質(zhì)的重要指標,而工程圖學學習品質(zhì)的優(yōu)劣,是畢業(yè)設計圖樣品質(zhì)的決定性因素之一。筆者對所在學校近幾年機械專業(yè)工程設計類畢業(yè)設計圖樣中存在的問題進行了分析,從教學內(nèi)容、教學方法、教學手段及教師自身水平等方面提出了對工程圖學進行教學改革的一些措施,提出以傳統(tǒng)教學、多媒體教學與三維造型設計為主線的教學相互結(jié)合的方法,并將徒手繪圖、尺規(guī)繪圖及計算機繪圖融為一體的教學模式。

1 畢業(yè)設計圖樣存在的問題

1.1 繪圖不符合國家標準和制圖規(guī)范

圖樣既然是“工程師的語言”,那么規(guī)則應統(tǒng)一。在我國工程圖樣必須符合一系列制圖國家標準,包括標題欄、線型、比例、字體、尺寸標注等方面。但在畢業(yè)設計所提交的圖樣中存在多處不符合規(guī)范的地方。有的數(shù)字、漢字字體不分;有的標題欄格式不規(guī)范,甚至圖名、單位(校名班級)等信息填錯位置;有的線型使用不正確,如粗細不分、虛實不分、細點畫線和細實線不分、圖線是否相交不分;有的尺寸標注錯誤或不規(guī)范,如在裝配圖上標注了零件的詳細尺寸等等。

1.2 視圖表達不準確

對于稍復雜的零件工程圖和裝配工程圖的表達常常錯誤較多。比如,使用視圖、剖視圖、斷面圖等表達方法時,概念模糊、目的不明確、投影關系不清楚。再如,在選擇視圖表達方案時,沒有從零件的形狀特征、工作位置、加工位置等方面來確定,而是機械地套用三視圖,致使所畫的圖樣不能完整地表達出零件的結(jié)構(gòu)形式。

1.3 標準件和常用件不遵守標準手冊要求

對于螺紋堅固件、軸承、銷、彈簧、齒輪等標準件和常用件,國家標準規(guī)定了具體的畫法。但圖樣上存在著明顯的錯誤。這些反映了學生不善于查標準手冊,而是想當然。

1.4 技術要求標注混亂

從圖上所標注的表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料及熱處理等技術要求及畢業(yè)答辯來看,學生沒有真正掌握這些技術要求的含義及應用,如有的標注格式混亂,甚至錯誤;有的選用不合理或直接一抄了事。

2 存在問題的原因分析

2.1 課程安排不合理

工程圖樣是產(chǎn)品制造、檢驗的重要技術文件和工程界的共同語言,因此許多院校都把工程圖學看作是為后續(xù)課程服務的公共基礎課而被安排在大一學完。多年來的教學實踐表明,這是一個認識上的錯誤[1]。眾所周知,機械類工程圖學包括畫法幾何、制圖基礎、機械圖及CAD繪圖等內(nèi)容,是一門有理論、有認識,而且實踐性很強的技術基礎課,其中的機械圖及CAD繪圖需要一定相關專業(yè)知識為基礎,而把該課程安排在金工實習等教學環(huán)節(jié)之前,由于學生缺乏相應的實踐環(huán)節(jié)及對零部件的感性認識,造成學生對課程上的內(nèi)容不理解是理所當然的。另外,工程圖學與后續(xù)課程相脫節(jié),學生在大一學完該課程,到大三大四課程設計、畢業(yè)設計時很多制圖知識已遺忘,圖樣上錯誤較多也就不足為奇了。

2.2 學生基本技能訓練不夠

隨著教學大綱的不斷修訂,工程圖學課時逐漸減少而教學內(nèi)容不變,教學中尺規(guī)繪圖、徒手繪圖訓練等傳統(tǒng)的尺規(guī)制圖內(nèi)容被逐漸淡化了,造成繪圖基本技能的訓練不足,而且這一現(xiàn)象隨著計算機繪圖的應用而日益明顯。事實上尺規(guī)繪圖是學習工程圖學一種有效的、無法替代的教學手段。學生只有通過一定數(shù)量的習題及尺規(guī)繪圖作業(yè)的訓練,才能掌握國家標準中制圖的有關技能和規(guī)定;才能培養(yǎng)嚴肅認真、一絲不茍的工作作風;才能逐漸培養(yǎng)繪圖、讀圖能力;才能更好地掌握計算機這一繪圖工具。

2.3 學生學習積極性不高

工程圖學的教學目的旨在培養(yǎng)學生的空間想象能力和空間構(gòu)思能力,從而能夠繪制和閱讀工程圖樣。對于剛進大學校門的大學生來說,他們的空間概念不是很強,部分學生感到學習困難,漸漸地感到該課程枯燥乏味,于是學習的積極性、主動性下降。教師如果不注重教學的生動性,只滿足于講解,那么就不能激發(fā)學生的學習興趣,從而達不到應有的教學效果。

2.4 實踐性教學環(huán)節(jié)存在不足

雖然在第二學期初安排了制圖實訓周,內(nèi)容是根據(jù)裝配示意圖拼畫裝配圖及由裝配圖拆畫零件圖,由于沒有專業(yè)知識,圖上的工藝結(jié)構(gòu)、技術要求并不能真正理解;到了大三大四課程設計,工程圖學及互換性與測量技術等課程的內(nèi)容已生疏,圖上的內(nèi)容同樣沒有真正掌握;生產(chǎn)實習在車間的時間有限,認真研究工序卡片、工程圖樣的機會也不多。因此,實踐性教學環(huán)節(jié)在整個教學過程中沒有起到應有的作用。

3 工程圖學課程的教學改革和相應措施

3.1 合理安排教學內(nèi)容

3.1.1 分階段全程教學

第一階段:在第一學期安排畫法幾何及制圖基礎,為金工實習奠定了一定的繪圖和讀圖能力;第二階段:在第二學期或第三學期初先安排金工實習,而金工實習又為緊跟其后的機械圖及CAD繪圖的學習提供了必要的機械制造基礎知識;第三階段:在講授完互換性與測量技術后,安排制圖實踐訓練周,進一步鞏固和提高學生的繪圖技能;其他階段:工程圖學教師應和專業(yè)教師共同指導含有工程設計類的課程設計和畢業(yè)設計,并側(cè)重指導裝配圖和零件圖的表達方法及圖面品質(zhì)。在該階段教師可發(fā)現(xiàn)學生的薄弱環(huán)節(jié),從而總結(jié)教學中的不足,以便更好地進行教學。這種課程設置能將工程圖學的教育貫穿于在校的全程教育,從而保證學生的繪圖訓練不間斷,繪圖技能、工程設計的能力不斷得以提高。

3.1.2 教學內(nèi)容調(diào)整

a)尺規(guī)繪圖、計算機繪圖及徒手圖并重的技能培養(yǎng)

目前雖然計算機繪圖已經(jīng)普及,但尺規(guī)繪圖仍是學生掌握制圖規(guī)范、培養(yǎng)學生繪圖技能及空間思維能力的重要途徑。計算機繪圖技術是一種繪圖環(huán)境和工具,是圖板和丁字尺的發(fā)展和延伸[2]。實踐證明,只有掌握制圖知識的人,才能更好地掌握和使用計算機繪圖。徒手圖具有快速、靈活、高效的特點,在機器測繪、方案討論、技術、現(xiàn)場記錄均要用到徒手圖。因此,在教學內(nèi)容中應有尺規(guī)繪圖、計算機繪圖及徒手圖三種繪圖能力的培養(yǎng)。

b)調(diào)整畫法幾何及制圖基礎的內(nèi)容

1)畫法幾何點、線、面及基本體部分,實質(zhì)上講了兩個問題:圖示法和圖解法。圖示法揭示了視圖間的投影規(guī)律,是制圖部分的理論基礎,必須重點掌握;圖解法是研究空間幾何元素的度量、定位等問題。隨著學時數(shù)的減少及計算機繪圖技術的應用,該部分內(nèi)容應作相應調(diào)整。具體做法是:在介紹投影法的基礎上將點、線、面融入到基本體中介紹,因為借助于基本體的三面投影圖可講清楚點、線、面的投影規(guī)律及性質(zhì);刪除在制圖部分應用極少或用計算機可方便求解的圖解法內(nèi)容,如一般位置線與面、面與面的相互位置問題,空間幾何元素的角度、距離等問題。

2)去掉在制圖部分應用較少的投影變換這一章節(jié),所需內(nèi)容可在斜視圖、斜剖視圖中補充介紹。

3)截交線、相貫線這兩類題目的共同點是求平面與立體、兩立體共有點,在新的國家標準中規(guī)定相貫線可用模糊畫法來表示及在企業(yè)常由簡單的直線或曲線代替。因此,教學中可通過常規(guī)例題,如圓柱類、圓錐類、球類等,著重介紹這兩類線的概念及共有點的求法,題目的難度及數(shù)量可適當降低。

4)軸測圖內(nèi)容不必單獨成章,可將其內(nèi)容穿插到基本體、組合體及視圖中進行講解,這樣更有利于學生借助于軸測圖進行讀圖和繪圖。

c)增加三維造型設計內(nèi)容

傳統(tǒng)設計中,由于受工具的制約,二維投影圖是傳遞設計信息的介質(zhì);但在現(xiàn)代工程設計中,計算機生成的三維幾何造型可直接用于后續(xù)生產(chǎn)、制造階段,二維投影圖不再是這一過程中所必須的文件[3]。因此,傳統(tǒng)畫法幾何及制圖基礎內(nèi)容在減少的同時,與三維造型技術有關的計算機圖形學內(nèi)容應得到加強,這樣的調(diào)整可進一步培養(yǎng)學生的空間思維及動手的能力。

d)調(diào)整制圖實踐訓練的內(nèi)容

改變過去單純由零件圖拼畫裝配圖的模式,將制圖實踐訓練周的內(nèi)容調(diào)整為以機用虎鉗、齒輪泵或減速器為模型,讓學生測繪出除標準件以外所有零件的草繪圖,然后指定部分零件用尺規(guī)或計算機繪制出零件圖,最后繪制出模型的部分裝配圖(某條裝配干線)或整個裝配圖。通過對典型零件的認知和測繪,不僅可以提高學生的工程設計能力及動手能力,同時還將工程圖學和后續(xù)課程有機地結(jié)合在一起。

3.2 合理應用教學方法及手段

3.2.3 加強實踐性教學環(huán)節(jié)

通過實踐訓練階段使學生重點掌握徒手繪圖、尺規(guī)繪圖、計算機繪圖的技能和設計思維方法。學生除了可以對現(xiàn)有產(chǎn)品進行測繪外,還可以對產(chǎn)品進行改進設計或自由選題。具體分為三個階段:1)繪制草圖,包括軸測圖,展示產(chǎn)品的設計結(jié)構(gòu)及方案。2)對零件進行三維建模、裝配、分解并生成二維工程圖,掌握機械CAD軟件的應用及機械工程圖樣的表達。3)通過尺規(guī)繪圖完成主要零件的零件圖或部件的二維裝配圖,鞏固機械制圖國家標準的有關規(guī)定。通過這種將徒手繪圖、尺規(guī)繪圖及計算機繪圖融為一體的實踐教學模式,有助于培養(yǎng)學生的設計思維方式,掌握先進的設計表達方法,引導學生的工程設計意識[6],培養(yǎng)其工程實踐能力。

3.2.1 教學模式的轉(zhuǎn)變

3.2.4 完善校園網(wǎng)絡教學資源

前面已經(jīng)提到貫穿于工程設計、制造一體化全過程的是產(chǎn)品的計算機三維模型,二維投影圖不再是這一過程中所必須的文件。這些變化不可避免地對傳統(tǒng)的工程圖學的教學體系、教學內(nèi)容及教學手段提出了挑戰(zhàn)。因此,以二維投影圖為核心的傳統(tǒng)教學模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀S造型設計為核心的教學模式是機械類專業(yè)工程圖學教學改革的趨勢。

3.2.2 堅持傳統(tǒng)教學、多媒體教學與三維造型設計為主線的教學相互結(jié)合的教學方法

1)工程圖學傳統(tǒng)的教學方法是板書、教學模型、幻燈片、掛圖等的應用,因板書重點突出、對照模型或軸測圖作圖過程清楚,在教學中發(fā)揮了重要作用。但由于模型、掛圖的局限性,再加上現(xiàn)在是合班課,學生人數(shù)較多,單一使用該方法效果不佳。

2)多媒體教學的特點是將教學內(nèi)容生動、形象、直觀地展現(xiàn)在投影屏幕上,具有畫面清晰、色彩鮮明、信息量大等優(yōu)點,但由于其速度快,留給學生思考的時間少,而且學生的注意力都集中在屏幕,而不是教師,教師的主導地位較少得到學生的注意[4]。若采用單一播放式的多媒體教學,教學效果當然也不理想。

3)以三維造型設計為主線的教學方法。如何培養(yǎng)學生的空間想象能力和構(gòu)思能力,是工程圖學教學過程中的主線。以三維造型設計為主線的教學特點體現(xiàn)在:三維形體具有較強的可視性,能準確地反映出工程師的設計思想;能直接利用零件模型數(shù)據(jù)進行虛擬裝配、生成相應的二維投影圖,還可進行有限元分析、運動分析、數(shù)控加工及快速成型等后置處理[5];能夠和后續(xù)課程,如計算機圖形學、機械CAD/CAM等較好地銜接起來。實踐證明,這種教學方法對激發(fā)學生的學習興趣、培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維是非常有益的。

綜上所述,在教學中應當根據(jù)教學內(nèi)容實時地綜合應用上述教學方法,以達到最佳的教學效果。

教務處在校園網(wǎng)上開設了“網(wǎng)絡教學綜合平臺”,教師應當健全網(wǎng)絡課程的內(nèi)容,如將教學大綱、教學日歷、電子教案、CAI課件、三維虛擬模型庫、習題解答、在線答疑、在線測試等項目放到該平臺上,通過這些項目可實現(xiàn)師生之間的溝通與交流,從而對學生的學習起到檢查、鞏固和提高。

3.3 提高教師自身水平

工程圖學雖是一門技術基礎課,但其教學內(nèi)容不僅包含畫圖、讀圖等一系列制圖本身的內(nèi)容,還包含了機械制造基礎、互換性、機械設計、工程材料等學科的內(nèi)容,這就要求工程圖學教師具有豐富教學經(jīng)驗的同時,還必須有相應的專業(yè)知識和實際經(jīng)驗。但事實上大部分制圖教師教學活動單一,只擔任制圖類課程的教學。教師隊伍的知識結(jié)構(gòu)較為單一、實際設計經(jīng)驗缺乏、科研經(jīng)歷不足是目前大部分制圖教師的現(xiàn)狀[7]。因此,工程圖學教師除了必須掌握后續(xù)課程的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢外,還應多參加生產(chǎn)實習、實踐,積極參與科研項目,只有具備這樣的實踐經(jīng)驗和科研經(jīng)歷并將其滲透到教學中,才能成為合格的工程圖學教師。

4 結(jié)語

要提高機械類專業(yè)畢業(yè)設計圖樣的品質(zhì),必須對工程圖學的教學進行改革,這種改革體現(xiàn)在教學內(nèi)容、教學方法及教學手段等方面。采用以三維造型設計為核心且綜合其他手段的教學方法,并將徒手繪圖、尺規(guī)繪圖及計算機繪圖有機地結(jié)合在一起的教學模式,對培養(yǎng)學生的讀圖能力、繪圖能力、創(chuàng)新能力和工程設計意識有較強的系統(tǒng)性和可行性。學生具備這些能力將為后續(xù)課程的學習和畢業(yè)設計及今后的實際工作打下堅實的基礎,從而更好地適應社會的需求。

[1]丁茹.從畢業(yè)計看工程圖學全程教育問題[J].遼寧商務職業(yè)學院學報,2003(4):83-84.

[2]裴善報.機械制圖課程教學改革與實踐[J].安徽工業(yè)大學學報,2010(27),3:128-129.

[3]楊光,黃毓瑜,劉靜華,等.突出“設計”和“三維”的觀點改革工程圖學教學[J].工程圖學學報,2002(2):150-156.

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[5]王宗彥,馮敬華,暴建崗.從三維設計出發(fā)改革傳統(tǒng)機械制圖教學[J].華北工學院學報,2004(2):70-72.

[6]陳東祥,徐健,鄭惠江,等.面向“卓越工程師”培養(yǎng)目標的“工程圖學”教學改革[J].教育教學論壇,2012(33):27-28.

[7]舒宏,胡清泥,高菲.中日機械制圖教材的比較及對教學改革的啟示[J].工程圖學學報,2010(4):166-171.