工程圖學(xué)教學(xué)體系的重構(gòu)研究

盧旭珍

摘要：針對(duì)目前工程圖學(xué)教學(xué)中存在的弊端，從教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和考核方式等三個(gè)方面入手分析，提出了以二維、三維同步并重的教學(xué)模式。該模式在圖學(xué)教學(xué)中有效地融入了計(jì)算機(jī)輔助繪圖技術(shù)的思想和方法，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來(lái)進(jìn)行圖學(xué)教學(xué)，這樣有利于啟發(fā)與培養(yǎng)大學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)與科研工作奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工程圖學(xué)；教學(xué)體系；計(jì)算機(jī)輔助繪圖

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）10-0188-03

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端

1.在教學(xué)手段上。圖學(xué)課程仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，大部分高校采用了多媒體課件進(jìn)行教學(xué)，這樣使學(xué)生能更直觀地看到形體的三維立體圖形。但是我們有些年輕的教師缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，有時(shí)候沒(méi)有把教學(xué)內(nèi)容吃透，上課時(shí)，沒(méi)有將書面的語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成通俗的語(yǔ)言來(lái)跟學(xué)生進(jìn)行講解，這樣多媒體教學(xué)就變成了機(jī)械的宣讀幻燈片。這樣的教學(xué)勢(shì)必使教師的講課速度過(guò)快，學(xué)生聽課時(shí)如同走馬觀花，聽不懂教師的講解，學(xué)生聽不懂就懶得繼續(xù)聽，如此惡性循環(huán)，上課效率低下。還有的教師課件設(shè)計(jì)只是將教材上的文字和圖片進(jìn)行堆砌、羅列，這樣的課件形式過(guò)于呆板，教學(xué)內(nèi)容過(guò)多，再加上課時(shí)少、課程進(jìn)度快，學(xué)生對(duì)課程的部分基本內(nèi)容不能透徹掌握，學(xué)生上課聽不懂，作業(yè)練習(xí)中的錯(cuò)誤就不斷，且作業(yè)抄襲現(xiàn)象非常普遍。另外雖然我們一直倡導(dǎo)互動(dòng)式教學(xué)，但是，在實(shí)際教學(xué)中，師生之間還是很少交流與溝通，課堂氣氛不活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏積極性，課堂教學(xué)效果得不到提高，學(xué)生普遍認(rèn)為工程圖學(xué)課程枯燥乏味，逐漸對(duì)本課程的學(xué)習(xí)失去了興趣。再有，大部分教師在圖學(xué)教學(xué)中還是只注重知識(shí)的傳授，對(duì)學(xué)生的具體需求缺乏了解，這樣學(xué)生只能感性理解，主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)得不到有效發(fā)揮，這樣的教學(xué)有悖于“實(shí)施創(chuàng)造性教育，培養(yǎng)開拓型人才”的教學(xué)目的。

2.在教學(xué)內(nèi)容上。因?yàn)椤豆こ虉D學(xué)》這門課是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，所以大部分的高校都是在學(xué)生剛上大一的第一個(gè)學(xué)期就開設(shè)本課程。但是其實(shí)一幅完整的工程圖樣包含的信息非常豐富，對(duì)剛上大一的學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)難度很大。完整的工程圖樣包含一組圖形、尺寸、技術(shù)要求和圖樣繪制時(shí)的基本信息等內(nèi)容的繪制，將整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等各個(gè)階段的諸多信息貫穿其中。圖樣上所包含的這些信息往往與設(shè)計(jì)意圖、加工方法和工藝、配合安裝，裝配要求、材料性能等方面緊密聯(lián)系，這就需要學(xué)生了解一些相關(guān)的專業(yè)知識(shí)。另外，現(xiàn)代的產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)都普遍采用計(jì)算機(jī)輔助繪圖技術(shù)，所以高校普遍開設(shè)了《計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)》和一些三維軟件建模課程來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的虛擬開發(fā)和設(shè)計(jì)，這樣有利于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化應(yīng)用性人才的培養(yǎng)目標(biāo)。但是我們?cè)趫D學(xué)教學(xué)內(nèi)容上仍然傳統(tǒng)守舊，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）在圖學(xué)教學(xué)中，有些教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)過(guò)時(shí)或者該內(nèi)容在后續(xù)課程中基本不用，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中也已經(jīng)很少用或者幾乎不用了，而我們有些教師由于缺少創(chuàng)新性，跟不上信息時(shí)代發(fā)展的步伐，繼續(xù)將這些內(nèi)容花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行講解。表現(xiàn)在我們的授課過(guò)程中讀圖訓(xùn)練普遍偏少，畫圖訓(xùn)練有點(diǎn)偏多，講授中還是習(xí)慣將大部分的學(xué)時(shí)用于畫法幾何部分，而對(duì)于零件圖和裝配圖的讀圖部分這種在專業(yè)實(shí)踐中應(yīng)用更廣泛的內(nèi)容安排的課時(shí)卻較少，這樣學(xué)生的讀圖能力得不到有效訓(xùn)練；另外教學(xué)中采用的例子很少與實(shí)際產(chǎn)品相結(jié)合，導(dǎo)致工程圖學(xué)的教學(xué)與企業(yè)的實(shí)際需求脫節(jié)。

（2）當(dāng)前，我校工科專業(yè)的《工程圖學(xué)》與《計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)》兩門課程是分開單獨(dú)開設(shè)的，這樣兩門課的課時(shí)雖然增加了，但是把有關(guān)聯(lián)的兩門課程分開，就不能有效利用計(jì)算機(jī)繪圖工具來(lái)輔助圖學(xué)課程的教學(xué)，致使兩門課的教學(xué)效果都不是很好，計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)的內(nèi)容也不能有效地融入到制圖課程中去。長(zhǎng)期分開來(lái)講授這兩門課程，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)圖學(xué)中的手工繪圖和計(jì)算機(jī)繪圖基本知識(shí)的內(nèi)容銜接不連貫，學(xué)生在后面課程的講授中應(yīng)用不上圖學(xué)的基本知識(shí)等問(wèn)題，造成了知識(shí)的脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重。另外大部分高校制圖模型室的實(shí)物模型資源不足，并且實(shí)物模型本身不能動(dòng)態(tài)的表現(xiàn)形體的構(gòu)型過(guò)程，這樣就不能適應(yīng)不同教學(xué)對(duì)象、不同教學(xué)內(nèi)容等千變?nèi)f化的情況。所以，為了能讓學(xué)生快速理解空間形體的結(jié)構(gòu)，建立三維空間的概念，對(duì)某些抽象難理解的內(nèi)容，應(yīng)將計(jì)算機(jī)三維繪圖軟件來(lái)作為輔助教學(xué)手段應(yīng)用到圖學(xué)課程的教學(xué)中。那么，如何能合理、高效的將三維建模的內(nèi)容融合到制圖教學(xué)中就是面臨的另一個(gè)主要問(wèn)題。

3.在考核評(píng)價(jià)體系上。制圖課程的考核評(píng)價(jià)體系仍然沿用期末卷面筆試成績(jī)?yōu)橹鳌⑵綍r(shí)習(xí)題練習(xí)和繪圖大作業(yè)為輔的單一考核模式，并且平時(shí)作業(yè)沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)范和要求，所以就流于形式。這種考核評(píng)價(jià)體系側(cè)重的是考核學(xué)生對(duì)《工程圖學(xué)》基本理論知識(shí)的掌握，而學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力沒(méi)有得到足夠的體現(xiàn)。

二、構(gòu)建工程圖學(xué)二維、三維同步并重的教學(xué)模式

1.將多種教學(xué)手段綜合有效地應(yīng)用到工程圖學(xué)的理論教學(xué)中。我們?cè)诮虒W(xué)中要突出學(xué)生在教與學(xué)活動(dòng)中的主體地位，要真正以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力為目的，將以往教師只管講課的“滿堂灌”形式，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生積極參與到教學(xué)活動(dòng)中來(lái)的新模式。在教學(xué)實(shí)踐中，我們可以在現(xiàn)有多媒體課件的教學(xué)基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的講課內(nèi)容，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程等資源，要求學(xué)生分組，每組學(xué)生對(duì)課程中某一個(gè)知識(shí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，提出問(wèn)題，查閱相關(guān)資料，解決問(wèn)題。要求學(xué)生對(duì)某一個(gè)知識(shí)節(jié)點(diǎn)自己組織上課內(nèi)容，讓學(xué)生積極參與到課程教學(xué)中來(lái)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力。為了能讓學(xué)生查找到課程的相關(guān)資料，將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)充分利用起來(lái)，教師以定期與學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)討論。我們可以建立學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，將自己課程的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、相關(guān)的多媒體課件和一些素材資源、電子教案與習(xí)題解答等資源上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，這樣采用課堂現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、課外網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、學(xué)生實(shí)踐教學(xué)等多樣化的教學(xué)形式，有利于學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)。

2.對(duì)教材的內(nèi)容體系進(jìn)行整合，打破教材體系，重選內(nèi)容，重構(gòu)模式。在教學(xué)內(nèi)容上，將《工程制圖》和《計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)》以及三維建模軟件等課程的教學(xué)內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建二維、三維同步并重的教學(xué)模式。圖學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容上，可以對(duì)圖學(xué)理論知識(shí)體系的講授學(xué)時(shí)進(jìn)行必要的壓縮，刪減畫法幾何部分中的直角三角形法求一般位置直線實(shí)長(zhǎng)、直角投影定理求垂直關(guān)系，還有直線與面以及面與面的相對(duì)位置關(guān)系，等等內(nèi)容，適度增加計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)的教學(xué)學(xué)時(shí)，同時(shí)將三維建模軟件的三維構(gòu)型設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行一些補(bǔ)充，這樣就將軟件作為輔助的教學(xué)手段合理、有機(jī)地與圖學(xué)理論知識(shí)的講授過(guò)程同步進(jìn)行了。

具體的教學(xué)內(nèi)容可以分為以下幾個(gè)知識(shí)節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行講解。

知識(shí)節(jié)點(diǎn)一：在制圖基本知識(shí)教學(xué)中，可以用計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件畫一幅A3大小的圖紙，并且設(shè)置線型、線寬、顏色等內(nèi)容，將圖學(xué)課程中的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)制圖的規(guī)定如：圖幅、圖框、比例、字體、圖線標(biāo)題欄等相關(guān)知識(shí)融入進(jìn)去。還可以利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件的相應(yīng)功能對(duì)一些平面圖形繪制中的等分線段、圓弧連接、正多邊形畫法、平面圖形的線段分析和尺寸標(biāo)注等內(nèi)容進(jìn)行逐一介紹，這樣讓同學(xué)感受繪圖軟件在制圖基本知識(shí)方面的應(yīng)用，達(dá)到從兩個(gè)方面理解課程內(nèi)容的目的。

知識(shí)節(jié)點(diǎn)二：在基本立體的教學(xué)中，可以有效地融入三維建模練習(xí)。例如：對(duì)于平面立體六棱柱的投影問(wèn)題分析，可以先教授如何建立六棱柱的三維模型，即如何進(jìn)行六棱柱的構(gòu)型設(shè)計(jì)。如圖1所示，我們首先在三維建模軟件中畫一個(gè)平面六邊形，然后將平面六邊形通過(guò)拉伸的方法拉伸成六棱柱模型，最后再到三維建模軟件中觀察六棱柱的前視圖、俯視圖和左視圖的三面投影特征。將六棱柱的三維模型與二維投影相比較，六棱柱的各個(gè)面和各條棱線的投影特征就可以分析清楚了?；玖Ⅲw是學(xué)習(xí)建立復(fù)雜形體的基礎(chǔ)，在基本立體的教學(xué)中引入三維造型概念，使學(xué)生了解和掌握拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠和放樣等三維實(shí)體建模的基本方法。通過(guò)這種方式不僅可以讓學(xué)生了解到一些基本構(gòu)型過(guò)程，而且還能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于三維形體的觀察能力，同時(shí)對(duì)立體概念有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，能將形體的三維模型和二維投影有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。

知識(shí)節(jié)點(diǎn)三：在立體表面的截交線和相貫線以及組合體的教學(xué)中，我們可以減少課堂黑板作圖和多媒體課件的純演示性講解，而利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件的三維建模方法以及布爾差、并、交等布爾運(yùn)算的概念進(jìn)行操作性演示。例如：如圖2所示的軸承座模型創(chuàng)建過(guò)程。我們首先利用繪圖軟件創(chuàng)建軸承座組合體的積聚性投影，因?yàn)閳D形中間有圓孔，所以通過(guò)布爾差運(yùn)算挖掉圓孔。然后運(yùn)用面域和拉伸等命令將整體進(jìn)行拉伸，創(chuàng)建出組合體部分模型。接下來(lái)同樣的方法創(chuàng)建三棱柱肋板的三維模型。最后，通過(guò)布爾并運(yùn)算將兩部分模型并到一起，就得出了軸承座組合體的模型。通過(guò)這種方式不僅讓學(xué)生看到了所要講授的立體截交線和相貫線的產(chǎn)生過(guò)程，可以利用軟件對(duì)同一實(shí)例進(jìn)行擴(kuò)展式舉例，而且使學(xué)生將圖形幾何概念同數(shù)學(xué)概念進(jìn)行了聯(lián)系對(duì)比，加深了學(xué)生對(duì)形體構(gòu)型過(guò)程的理解。

知識(shí)節(jié)點(diǎn)四：在形體的表達(dá)方式教學(xué)中，為了讓學(xué)生了解剖視圖的產(chǎn)生過(guò)程以及對(duì)剖視圖的畫法進(jìn)行熟練掌握，可以利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件中三維圖形直接生成二維工程圖的功能，將軟件中的三維剖切、三維旋轉(zhuǎn)等功能以及三維動(dòng)態(tài)觀察器、渲染等工具逐一進(jìn)行介紹和學(xué)習(xí)。這樣可以使學(xué)生對(duì)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的強(qiáng)大功能有更深刻的認(rèn)識(shí)，并且可以比較出用計(jì)算機(jī)軟件直接生成的二維工程圖與符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的二維工程圖的差異。通過(guò)差異的比較，學(xué)生可以對(duì)制圖基礎(chǔ)上的二維工程圖進(jìn)行合理的修改，這樣學(xué)生就對(duì)剖視圖的概念更加清晰了，并且對(duì)繪制剖視圖中需要注意的問(wèn)題掌握的更加透徹、熟練。

知識(shí)節(jié)點(diǎn)五：在標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的教學(xué)過(guò)程中，可以利用計(jì)算機(jī)輔助軟件中的圖塊的概念，結(jié)合工具選項(xiàng)板的一些功能介紹，讓學(xué)生掌握如何在圖樣中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的一些現(xiàn)有圖塊等有效資源來(lái)節(jié)約繪圖時(shí)間，并且可以通過(guò)一組標(biāo)準(zhǔn)件的動(dòng)態(tài)裝配過(guò)程來(lái)展現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件的裝配圖生成過(guò)程。

知識(shí)節(jié)點(diǎn)六：在零件圖和裝配圖的教學(xué)中，我們可以綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，利用計(jì)算機(jī)輔助繪圖和三維建模的軟件作為教學(xué)工具，結(jié)合圖學(xué)課程中的徒手繪圖知識(shí)，讓學(xué)生親自實(shí)踐利用三維建模軟件完成一些零件和裝配的三維模型，再將三維立體模型生成二維工程圖樣，按照工程圖的基本要求，利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件對(duì)生成的二維工程圖樣進(jìn)行修改的全過(guò)程，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

3.以培養(yǎng)學(xué)生能力為目的的考核方式改革。以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力為目的工程制圖系列課程教學(xué)中，我們應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程的考核，不應(yīng)該只通過(guò)最后的卷面考試成績(jī)來(lái)決定學(xué)生的課程總成績(jī)。我們可以改變這種“一卷定論”的做法，建立分階段、多方位的考核體系，將學(xué)生的卷面考核與平時(shí)的實(shí)際繪圖能力、構(gòu)型設(shè)計(jì)能力、形體表達(dá)能力，還有產(chǎn)品等的設(shè)計(jì)創(chuàng)新意識(shí)等多方面進(jìn)行綜合考評(píng)。在整個(gè)課程的教學(xué)中，每一個(gè)知識(shí)節(jié)點(diǎn)都要具體落實(shí)到課堂教學(xué)和課外實(shí)踐中，分階段設(shè)置課堂測(cè)試、課堂討論、零件測(cè)繪、圖樣最佳表達(dá)等環(huán)節(jié)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握程度進(jìn)行跟蹤。為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，重點(diǎn)考核學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，加強(qiáng)學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)督，可以將期末卷面成績(jī)、工程制圖大作業(yè)成績(jī)、平時(shí)練習(xí)作業(yè)成績(jī)、參與課堂教學(xué)討論成績(jī)、計(jì)算機(jī)繪圖上機(jī)考試成績(jī)等多方面成績(jī)結(jié)合，按照合理的權(quán)重設(shè)置，全面評(píng)定學(xué)生的課程總成績(jī)。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和教育信息技術(shù)的快速發(fā)展，按照適應(yīng)高度信息化、數(shù)字化的現(xiàn)代企業(yè)所需要的合格應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，重新整合《工程圖學(xué)》、《計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)》和三維建模軟件等工程圖學(xué)系列課程的教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)以二維、三維同步并重的教學(xué)模式是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求。利用計(jì)算機(jī)輔助繪圖和三維建模軟件工具，將計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件的思想和方法同傳統(tǒng)的圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容有機(jī)地融合起來(lái)，有利于學(xué)生的空間想象能力、創(chuàng)造性的構(gòu)形設(shè)計(jì)能力和形象思維能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件技能的極大提高，這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生才能更加符合現(xiàn)代企業(yè)對(duì)人才的需求。

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Research of Engineering Graphics Teaching System Constructing

LU Xu-zhen

(School of Mechanical Engineering,Anhui University of Technlogy,Ma'anshan,Anhui 243002,China)

Abstract:Aiming at the existing disadvantages of the teaching of engineering graphics,from the teaching means,teaching content and the way of evaluation and so on three aspects of analysis,put forward to paying equal attention to both 2 d and 3 d synchronous teaching mode. The model in the graphics teaching effectively integrated into the thought and method of computer aided drawing technology,using computer aided design tools to do the graphics teaching,it is helpful to inspire and cultivate students' engineering ability and innovation ability,the study for follow-up professional courses,graduation design and lay a good foundation for scientific research.

Key words:engineering graphics;teaching system;computer aided drafting