工程制圖課程教學(xué)方法改革與實(shí)踐

曹鋒 李雙營(yíng) 張麗娟

摘要：工程制圖課程是大部分工科專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且學(xué)生的接受效果不佳.本文通過對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式以及所存在的問題進(jìn)行分析，并進(jìn)一步闡述了與MIDAS軟件相結(jié)合的新的教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)及意義，對(duì)該課程的教學(xué)改革以及學(xué)生的空間想象力培養(yǎng)有重要的促進(jìn)作用.

關(guān)鍵詞：MIDAS軟件;工程制圖;傳統(tǒng)教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）01-0159-03

工程制圖課程教學(xué)中，對(duì)學(xué)生的空間想象力要求較高，然而學(xué)生在課堂講解的短短幾分鐘內(nèi)，又難以完全將空間立體模型在腦海中映射出來.工程制圖課程中，立體的投影、截?cái)嗯c貫穿以及立體的相貫部分內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求更高.在這部分內(nèi)容的講解中，短短幾分鐘時(shí)間要求學(xué)生完全想象出立體模型，一部分學(xué)生就會(huì)做不到.教學(xué)的結(jié)果，使得部分學(xué)生跟不上課堂節(jié)奏，從而脫離有效的課堂教學(xué).如果教學(xué)過程中，教師用了大量的時(shí)間去引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建空間形體，又會(huì)造成教學(xué)滯后，空間的想象能力也不會(huì)得到提高[1].

MIDAS FEA軟件可以快速地建立任何立體幾何模型，如果在工程制圖課程教學(xué)中，在講解立體的投影以及立體相貫部分內(nèi)時(shí)，結(jié)合軟件建立的未劃分網(wǎng)格的有限元模型，可以給學(xué)生非常直觀地反映.軟件中旋轉(zhuǎn)功能，可以將模型進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，以及其中的平視圖、正視圖和側(cè)視圖功能，可以很直接地形成立體模型的三面投影圖.

1 課程與軟件情況

1.1 課程介紹

工程制圖是一門主要研究應(yīng)用投影原理進(jìn)行圖示和圖解空間幾何問題的理論與方法的課程.它是工程專業(yè)必修的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的空間想象力，提高空間分析問題與解決問題的能力[2].

空間三維形體如何用二維平面表達(dá)或由二維平面圖樣如何想象三維空間形體，這是該課程特有的要解決的主要矛盾.其圖示理論雖然與立體幾何知識(shí)有密切關(guān)系，但又是用全新的投影概念去觀察、分析和解決問題的，初學(xué)者往往會(huì)感到陌生、抽象和困難[3].

1.2 MIDAS軟件

MIDAS軟件是一款專門適用于土木工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件.其中MIDAS CIVIL適用于橋梁結(jié)構(gòu)分析，MIDAS GEN和MIDAS BUILDING適用于結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，MIDAS FEA適用于土木結(jié)構(gòu)非線性及細(xì)部分析，MIDAS GTS適用于巖土結(jié)構(gòu)與隧道分析等.

本課題主要采用MIDAS FEA軟件，與畫法幾何課程教學(xué)相結(jié)合.MIDAS FEA軟件主要使用于土木結(jié)構(gòu)非線性及細(xì)部分析，也是目前唯一全部中文化的土木專用非線性及細(xì)部分析軟件[4].它的幾何建模和網(wǎng)格劃分技術(shù)采用了在土木領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的前后處理軟件MIDAS FX+的核心技術(shù)，同時(shí)融入了MIDAS強(qiáng)大的線性、非線性分析內(nèi)核，是一款專門適用于土木領(lǐng)域的高端非線性分析和細(xì)部分析軟件.MIDAS FEA擁有簡(jiǎn)潔直觀的用戶界面，即使是初學(xué)者也可以在短期內(nèi)迅速掌握.特別是工程中比較難處理的各種非線性分析問題，程序不僅提供了簡(jiǎn)單的參數(shù)化輸入方法，其全中文化的程序界面、全中文化的技術(shù)手冊(cè)、全中文化的培訓(xùn)例題，可以讓初學(xué)者迅速成長(zhǎng)為高級(jí)分析人員.另外，MIDAS FEA軟件強(qiáng)大的立體建模功能，快速而且簡(jiǎn)單，對(duì)立體模型的反映直觀明了.

2 傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)方式

傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)，在講解立體的投影以及立體的相貫部分內(nèi)容時(shí)，對(duì)學(xué)生空間分析能力的培養(yǎng)，成為教學(xué)的最大難題[5].課堂教學(xué)中，難以在短時(shí)間內(nèi)啟發(fā)學(xué)生的空間思維，課堂教學(xué)的效果也難以達(dá)到.傳統(tǒng)教學(xué)中，往往借助實(shí)體模型來直觀地給學(xué)生反映立體形狀，從而形成它的投影圖.

傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)中，還有一種經(jīng)常使用的教學(xué)方式，老師在黑板上畫出這個(gè)空間的立體模型，讓學(xué)生去分析它的三面投影圖.

2.2 傳統(tǒng)教學(xué)的問題

工程制圖教學(xué)中，立體的投影以及立體的相貫部分講解，需要學(xué)生較強(qiáng)的空間思維能力.由于部分學(xué)校教學(xué)資源匱乏，可供用于教學(xué)的實(shí)體模型又比較欠缺，尤其是相貫?zāi)Ｐ?實(shí)體模型一般比較小，也不一定能完全反映清楚.況且，看到的立體模型，在分析它的三面投影圖時(shí)，需要旋轉(zhuǎn)，老師在旋轉(zhuǎn)的過程中，角度很不好把握，導(dǎo)致所有學(xué)生看到的投影不完全一致.因此，如何找到一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又直觀的立體模型，非常有意義.

傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，一種方式是使用現(xiàn)有的立體模型，從而作它的投影圖，另一種方式是老師課堂上現(xiàn)場(chǎng)作圖，做出空間的立體模型，進(jìn)而作其投影.

方式一的教學(xué)中，立體模型的呈現(xiàn)，使得空間形體直觀地反映出來，從而進(jìn)一步直觀地得出其投影.但是，現(xiàn)有的空間實(shí)體模型種類較少，可完全滿足教學(xué)使用的更少.因此，不是輕易就能找到一個(gè)符合的立體模型，模型上的尺寸就更難確定了.另外，在立體模型形成三面投影的過程中，需要去手動(dòng)旋轉(zhuǎn).然而，旋轉(zhuǎn)的角度又難以把握，造成學(xué)生看到的投影又不是完全一致.

方式二的教學(xué)中，雖然作圖的過程比較清楚，對(duì)于簡(jiǎn)單的模型，可以清楚直觀地反映.對(duì)于復(fù)雜的模型，由于作圖全部由直線或曲線構(gòu)成，因此，完成的圖由于線條非常多，導(dǎo)致空間形體的反映不再直觀明了.在黑板的平面上由眾多線條組成的立體圖形，對(duì)學(xué)生的空間想象力造成極大的考驗(yàn).另外，一個(gè)復(fù)雜的空間圖形，在黑板上作圖，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，多數(shù)情況下一個(gè)立體模型的完成需要十多分鐘.因此，這種教學(xué)方式，不但不能提高學(xué)生的空間分析能力，還會(huì)對(duì)課堂教學(xué)的效果造成很大影響[6].

3 與MIDAS軟件相結(jié)合的教學(xué)方式

3.1與軟件結(jié)合的教學(xué)特點(diǎn)

在工程制圖教學(xué)中，對(duì)立體的投影以及立體的相貫部分內(nèi)容講解，結(jié)合MIDAS FEA軟件建立立體模型，能夠準(zhǔn)確直觀地反映其幾何形狀.

課堂的教學(xué)中，在給出兩面投影的情況下，做出三面投影的問題，需要學(xué)生較高的空間思維能力.或者沒有立體模型的情況下，給了三面投影圖，但是不完全，要求補(bǔ)全投影或者做出相貫線的問題.在學(xué)生難以想象其復(fù)雜模型的空間幾何形狀時(shí)，可以將軟件建立的有限元模型直接展示給學(xué)生們，從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思維、分析，如圖1所示.

在沒有立體模型的情況下，給出不完整的三面投影，要求補(bǔ)全其投影，或者作出相貫線.學(xué)生在足夠時(shí)間內(nèi)難以想象出其空間幾何模型的情況下，借助MIDAS FEA軟件建立其空間幾何模型，直觀地展示出來，如圖2所示.

立體模型展示后，還可以通過軟件的旋轉(zhuǎn)功能，將模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而觀察其各投影方向的幾何形狀，如圖3所示.

通過旋轉(zhuǎn)立體幾何模型，可以觀察各投影方向的幾何形狀，從而根據(jù)投影原理做出其各面投影圖.投影圖繪制完成以后，如何能夠確定所作圖形是否正確，也是很值得思考的問題.費(fèi)了大量的時(shí)間作圖，做出的圖形不正確，那么也是徒勞.再次借助MIDAS FEA軟件，所建立的空間立體模型，可以利用其主視圖、俯視圖及左視圖功能，校核其所作圖形是否正確，如圖4所示.

3.2 與軟件結(jié)合的教學(xué)意義

在工程制圖教學(xué)中，講解立體投影及立體相貫部分內(nèi)容，借助MIADS FEA軟件進(jìn)行圖示.這種軟件建立立體模型快而且簡(jiǎn)單，可以建立任何教學(xué)中所需要的立體模型.空間立體投影問題的求解，需要很強(qiáng)的空間想象力，在課堂教學(xué)中，短時(shí)間內(nèi)學(xué)生又難以想象其完整的空間形狀.因此，借助MIDAS FEA軟件建立其空間幾何模型，直觀地展示給學(xué)生，將會(huì)對(duì)學(xué)生的空間分析過程中的阻礙不解自開.

運(yùn)用軟件可以建立教學(xué)中需要的立體模型，并且利用其旋轉(zhuǎn)功能可以360°方位給學(xué)生展示各個(gè)方向的幾何形狀.通過立體的模型以及配合旋轉(zhuǎn)展示，可以引導(dǎo)學(xué)生空間想象力的開發(fā)，逐步提高其空間分析問題的能力.

通過軟件所建立的立體模型，配合軟件的旋轉(zhuǎn)功能，可以全方位地給學(xué)生展示其幾何形狀.從而充分發(fā)揮學(xué)生的空間想象力，逐步完成各面投影圖.最后，還可以借助軟件自帶的主視圖、左視圖及俯視圖的功能，來檢驗(yàn)已完成的投影圖是否正確.

MIDAS FEA軟件在工程制圖課堂教學(xué)中的應(yīng)用，簡(jiǎn)單易行且具有較強(qiáng)的可操作性.這樣的教學(xué)方式，不僅使得課堂教學(xué)有效，而且能夠切實(shí)提高學(xué)生的空間思維能力及空間分析能力.

4 結(jié)語(yǔ)

（1）工程制圖課程教學(xué)需要學(xué)生具備較強(qiáng)的空間想象能力及分析能力.傳統(tǒng)的教學(xué)方式，由于教學(xué)資源欠缺、實(shí)體模型展示過程中難以精準(zhǔn)把握以及板書及多媒體教學(xué)均無(wú)法做到全方位展示，因此該課程的教學(xué)效果極為不佳，對(duì)學(xué)生及教師的心理造成了嚴(yán)重的影響.

（2）與MIDAS軟件相結(jié)合的教學(xué)方式，很大程度上克服了實(shí)體模型不足、展示過程難以全面把握以及現(xiàn)場(chǎng)繪圖費(fèi)時(shí)費(fèi)力等弊端.教師易于展示、學(xué)生易于接受，對(duì)課程的學(xué)習(xí)起到良性的促進(jìn)作用.

（3）隨著教育教學(xué)改革的大力發(fā)展，部分課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式已不能滿足學(xué)生需求及社會(huì)發(fā)展的需要，尋求新的、有效的教學(xué)方式，使教師易于教、學(xué)生易于學(xué)，是教學(xué)改革的必由之路.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕冷繼梅.工程制圖教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2005（03）：180-181.

〔2〕韓麗艷，丁喬，張孟玫.面向工程制圖教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法研究與實(shí)踐[J].教學(xué)研究，2012，35（02）：76-78+82.

〔3〕薛愛文.多媒體技術(shù)在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2004（04）：49-50+52.

〔4〕馬小秋.計(jì)算機(jī)軟件在畫法幾何課程中的應(yīng)用[J].四川水泥，2015（01）：328.

〔5〕李雨桐，閆成新.《工程制圖》教學(xué)實(shí)踐中綜合培養(yǎng)學(xué)生工程表達(dá)能力的探討[J].裝備制造技術(shù)，2012（10）：213-215+234.

〔6〕周艷華，史佩，高華軍.工程制圖課程教學(xué)方式方法淺談[J].教學(xué)研究，2015，38（04）：83-86.