《畫法幾何與工程制圖》課程信息化教學(xué)應(yīng)用研究

尹迪 杜智超

摘要：高校《畫法幾何與工程制圖》課程是土木工程專業(yè)必修的一門技術(shù)性基礎(chǔ)學(xué)科，該門課程的特點(diǎn)就是教學(xué)內(nèi)容十分抽象化、各類圖形較多，對(duì)空間想象力的要求極高，而同時(shí)教師要完全通過(guò)口頭講授來(lái)表達(dá)教學(xué)知識(shí)就會(huì)有些力不從心。因此，在高?！懂嫹◣缀闻c工程制圖》課程中應(yīng)用信息化教學(xué)手段，不僅能有效化解上述所提到的實(shí)際問(wèn)題，還有利于幫助學(xué)生拓展專業(yè)知識(shí)視野，激發(fā)他們良好的學(xué)習(xí)興致，強(qiáng)化他們的空間思維能力，獲得高質(zhì)量的教學(xué)成果。

關(guān)鍵詞：《畫法幾何與工程制圖》;課程;信息化教學(xué);應(yīng)用

一、引言

高校《畫法幾何與工程制圖》課程是土木工程專業(yè)必修的一門技術(shù)性基礎(chǔ)學(xué)科，它主要研究的是如何解決空間的幾何問(wèn)題，還有讓學(xué)生學(xué)會(huì)繪制并閱讀工程圖樣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)三維圖形及有關(guān)位置的空間思維邏輯及形象思維能力[1]。近年來(lái)，隨著社會(huì)科技及教育行業(yè)的快速發(fā)展，高校教育改革的步伐也在與時(shí)俱進(jìn)，為有效滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，高校的人才培養(yǎng)戰(zhàn)略呈現(xiàn)出寬口徑、多元化的發(fā)展趨勢(shì)，高校所開(kāi)設(shè)的專業(yè)課程越來(lái)越豐富，大學(xué)生所要學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容也越來(lái)越多，與此同時(shí)的是對(duì)教學(xué)課時(shí)的不斷減少和擠壓。在此教學(xué)形勢(shì)下，原來(lái)傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)模式顯然無(wú)法適應(yīng)教學(xué)的需求，而課程信息化教學(xué)手段的應(yīng)用則成為勢(shì)在必行之舉，將多媒體教學(xué)、微課、藍(lán)墨云班課、AutoCAD 二維軟件、SolidWorks 三維軟件等現(xiàn)代化教學(xué)工具應(yīng)用到該《畫法幾何與工程制圖》課程中，不僅有效節(jié)省課堂教學(xué)時(shí)間、加快課程進(jìn)度，在提高學(xué)生空間想象力的同時(shí)，還能引導(dǎo)他們對(duì)真實(shí)的二維平面及三維立體空間圖形實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，提高他們以二維平面來(lái)化解三維空間問(wèn)題的思維能力?；诖?，筆者結(jié)合自身的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出《畫法幾何與工程制圖》課程信息化教學(xué)的應(yīng)用手段，希望能給廣大教育同仁以參考借鑒。

二、多媒體手段的應(yīng)用

高?！懂嫹◣缀闻c工程制圖》課程作為一門研究性技術(shù)學(xué)科，與其他普通的數(shù)學(xué)、物理學(xué)科存在很大不用，這些學(xué)科更為強(qiáng)調(diào)知識(shí)的邏輯推理思維，對(duì)于學(xué)生而言并不陌生;然而《畫法幾何與工程制圖》是要學(xué)生用二維的圖形和符號(hào)來(lái)表述三維的空間物體，它所要強(qiáng)調(diào)的是對(duì)圖形的空間想象力及構(gòu)思性，這些對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是十分陌生的，同時(shí)加之課程內(nèi)容的抽象和枯燥，因此學(xué)習(xí)起來(lái)具備較大的挑戰(zhàn)難度。綜上原因分析，這主要還是和學(xué)生的思維方式存在必然關(guān)系，換言之也就是他們依舊習(xí)慣用原來(lái)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理那樣的邏輯推理思維來(lái)學(xué)習(xí)這門課程，那么其學(xué)習(xí)的效果則必定差強(qiáng)人意。然而，通過(guò)在《畫法幾何與工程制圖》課程中采用多媒體教學(xué)手段，制作工程制圖CAI多媒體課件，將教學(xué)內(nèi)容以圖文并茂、聲音視頻、動(dòng)畫動(dòng)漫的方式呈現(xiàn)出來(lái)，并搭配相應(yīng)的案例課題，則讓課堂教學(xué)擁有了更多更便捷的知識(shí)信息，并促使教學(xué)知識(shí)更為直觀清晰，實(shí)現(xiàn)高重復(fù)性、低強(qiáng)度性的效率化教學(xué)，通過(guò)向?qū)W生傳輸更多形式的信息資源，讓學(xué)生全面獲得信息的沖擊，以此加強(qiáng)自身對(duì)工程圖形的空間思維能力及解讀能力。

此外，在《畫法幾何與工程制圖》課程中采用多媒體教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)是明顯的，然而教師也要注意合理適度。因?yàn)殚L(zhǎng)期過(guò)多的開(kāi)展多媒體教學(xué)，多媒體課件中的大信息量與學(xué)生的接受速度必然會(huì)構(gòu)成新的教學(xué)矛盾，當(dāng)信息量太多而又未能占據(jù)信息主導(dǎo)地位時(shí)，學(xué)生則會(huì)表現(xiàn)出學(xué)習(xí)上的一知半解、茫然無(wú)措，像是學(xué)了很多但似乎又沒(méi)完全掌握要點(diǎn)。所以結(jié)合多媒體教學(xué)的特點(diǎn)，教師應(yīng)有針對(duì)性地選擇在一些較為抽象化、不易理解的內(nèi)容中應(yīng)用。

三、微課視頻的應(yīng)用

微課在教學(xué)中具備短小、精悍的特點(diǎn)，一般視頻時(shí)長(zhǎng)被控制在5-15分鐘以內(nèi)，主要針對(duì)一兩個(gè)知識(shí)重點(diǎn)進(jìn)行明確清晰的講解，在教學(xué)中的應(yīng)用靈活性較強(qiáng)。因此，微課憑著其學(xué)時(shí)短、項(xiàng)目化、半結(jié)構(gòu)化、情境真實(shí)化的優(yōu)勢(shì)特征，可有效解決以往傳統(tǒng)教學(xué)中忽視學(xué)生認(rèn)知需求、學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確、教學(xué)情境不真實(shí)的問(wèn)題。關(guān)于繪圖軟件的使用、基本三維圖的繪制等都可先行制作微課短視頻以供學(xué)生課前導(dǎo)學(xué)，而學(xué)生則根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況，合理調(diào)整微課視頻的觀看時(shí)間和次數(shù)，繼而達(dá)到高效的課前預(yù)習(xí)及課后鞏固復(fù)習(xí)的效果。同時(shí)，通過(guò)微視頻的學(xué)習(xí)，學(xué)生還可及時(shí)了解自身在學(xué)習(xí)中存在的缺陷，提升知識(shí)的掌握熟練程度;尤其是針對(duì)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不同、學(xué)習(xí)能力各異的學(xué)生而言，微課不僅可照顧到后進(jìn)生同時(shí)也可兼顧到優(yōu)等生，在學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時(shí)間的選擇上極其靈活自由，能夠滿足學(xué)生個(gè)細(xì)化、針對(duì)性的學(xué)習(xí)需求。

四、AutoCAD 軟件的應(yīng)用

高?！懂嫹◣缀闻c工程制圖》課程教學(xué)內(nèi)容可劃分為畫法幾何與工程制圖兩大部分，其中工程制圖要以畫法幾何作為理論依托，教學(xué)內(nèi)容抽象性強(qiáng)、理論結(jié)合實(shí)踐性強(qiáng)，教學(xué)課件中圖形占據(jù)極大部分，教師要開(kāi)展講授教學(xué)的語(yǔ)言表達(dá)難度較大。在傳統(tǒng)板書教學(xué)模式下，教師要在課堂上用粉筆親自繪圖，這樣不僅加大自身工作量，同時(shí)還會(huì)占用過(guò)多的課時(shí)，其教學(xué)效果還不見(jiàn)得理想。然而，教師如果將AutoCAD二維繪圖軟件應(yīng)用到畫法幾何這部分教學(xué)中，則可合理化解這個(gè)問(wèn)題。教師只需要提前做好電子教案在課堂上引入即可，因?yàn)殡娮咏贪钢幸呀?jīng)把要講授的教學(xué)內(nèi)容通過(guò)圖文并茂的形式預(yù)設(shè)好，教師只需要輕點(diǎn)鼠標(biāo)，則可根據(jù)預(yù)先編排好的順序進(jìn)行投屏教學(xué)。這種教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)就在于能夠大大節(jié)省課堂板書的時(shí)間，提升課堂教學(xué)的效率，在很大程度上化解了原先課時(shí)緊張的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)筆者實(shí)踐教學(xué)，在《畫法幾何與工程制圖》課程的圖形制作中歸納到如下體會(huì)：制圖時(shí)可充分使用軟件中的圖層方法，也就是將繪圖對(duì)象放置在不同層次上，從而實(shí)現(xiàn)分類的目的，圖層分別標(biāo)注圖層名稱，利用圖層的特點(diǎn)比如顏色的不同、線性的差異來(lái)去區(qū)別不同的繪圖對(duì)象。與此同時(shí)，還可借助圖層管理功能來(lái)組織圖形，比如一軸線為鉛垂線的圓錐體與一正垂面相交，截交線的空間形狀是一橢圓，此時(shí)截交線的投影已知與正垂面的投影相互重合，求截交線的投影[2]。在使用AutoCAD二維繪圖軟件制作該圖形時(shí)，則可創(chuàng)建三個(gè)圖層，同時(shí)分別給它們以標(biāo)注特性，也就是分別標(biāo)出軸線層、圓錐線層以及截交線層。把軸線層作為當(dāng)前層繪出圓錐線層的兩面投影，然后再把圓錐線層作為當(dāng)前層繪出圓錐的兩面投影，最后再把截交線層繪出正垂面的投影。整個(gè)操作之后使用復(fù)制命令將該圖形粘貼下來(lái)，這樣繪制好的兩個(gè)圖形一個(gè)將其作為題目圖、一個(gè)作為答案圖備用。接下來(lái)，需要在答案圖上求取截交線，先把繪圖軟件中的“0”層認(rèn)作是當(dāng)前層，借助緯圓法在截交線的投影上繪出輔助同心圓，確定好截交線上的各個(gè)點(diǎn)，接著切換到截交線層連接點(diǎn)，這樣就可求得截交線的投影。為讓圖形表面更為清晰直觀，可先關(guān)閉“0”層，這樣輔助同心圓就不會(huì)顯示出來(lái)了，學(xué)生也就能夠更為清楚地看到截交線的兩面投影。這樣的繪圖方法，通過(guò)色彩的強(qiáng)烈對(duì)比則可更好地呈現(xiàn)出圖形投影的相互對(duì)應(yīng)性關(guān)系，同時(shí)做題時(shí)的輔助線可根據(jù)圖層管理工具進(jìn)行顯示或關(guān)閉，給教師省去不少麻煩，不僅節(jié)省了課堂時(shí)間還提升了教學(xué)效率。

五、藍(lán)墨云班課的應(yīng)用

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，智能手機(jī)已實(shí)現(xiàn)全民普及，大學(xué)生對(duì)于手機(jī)的依賴性也越來(lái)越高，課堂上學(xué)生偷摸玩手機(jī)的現(xiàn)象屢禁不止。任何事物總是利弊共存，針對(duì)學(xué)生的這一特點(diǎn)，高?？蓱?yīng)用藍(lán)墨云班課實(shí)施教學(xué)，讓手機(jī)搖身一變成為學(xué)生學(xué)習(xí)的輔助工具。在《畫法幾何與工程制圖》課程中，通過(guò)手機(jī)下載藍(lán)墨云班課APP，每個(gè)學(xué)生開(kāi)通一個(gè)獨(dú)立賬號(hào)登錄使用，教師及時(shí)上傳一些微課短視頻、電子教程、教學(xué)PPT、教學(xué)安排及測(cè)試習(xí)題等相關(guān)內(nèi)容，利用APP開(kāi)展一系列互動(dòng)學(xué)習(xí)。比如實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，要求學(xué)生在課前登錄APP進(jìn)入班課，接受并完成教師安排的課前學(xué)習(xí)任務(wù)，這樣教師也能及時(shí)了解學(xué)生預(yù)習(xí)情況，以便課中有針對(duì)性地組織教學(xué)活動(dòng);課中教學(xué)時(shí)，由于課前經(jīng)過(guò)了充分預(yù)習(xí)，教師則可適當(dāng)加快講授進(jìn)度，針對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)、學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)的疑問(wèn)進(jìn)行側(cè)重講解，留有足夠課堂時(shí)間進(jìn)行設(shè)問(wèn)、答疑、互動(dòng)以及檢測(cè)，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂興趣，提高學(xué)習(xí)專注力和主動(dòng)性;課后復(fù)習(xí)時(shí)，教師則可通過(guò)APP上傳課后作業(yè)，開(kāi)展在線答疑，進(jìn)行學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)等，這樣教師不僅將課前、課中與課后全程銜接起來(lái)，還能通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，繼而及時(shí)做出合理調(diào)整和安排，提高課程教學(xué)的有效性。

六、SolidWorks 軟件的應(yīng)用

SolidWorks 是一款三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，作為一款參數(shù)化建模軟件，它主要是被用在機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)層面，包括零件、裝配體以及工程圖三個(gè)模塊部分，通過(guò)SolidWorks 的可參數(shù)化三維模型開(kāi)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)過(guò)程就和企業(yè)真實(shí)產(chǎn)品的構(gòu)造或是加工制作的過(guò)程一模一樣，能夠反映出產(chǎn)品的幾何形狀，讓整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程能夠完全符合設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)習(xí)慣及思維方式[3]。由于SolidWorks 能夠?qū)⑷S模型直接轉(zhuǎn)換為二維圖形，這也就在很大程度上提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

比如，教師在教學(xué)通過(guò)投影表示點(diǎn)線面，線面相對(duì)為主與基本體的開(kāi)始階段，可利用多媒體手段、AutoCAD軟件的輔助作用來(lái)講解基本理論知識(shí)以及手工作圖，以便讓學(xué)生加深知識(shí)理解，厘清三維空間物體與二維平面圖形間的關(guān)系;但是，在講解相貫線及后續(xù)知識(shí)時(shí)，一般空間思維能力不足的學(xué)生將倍感吃力，這時(shí)教師就應(yīng)合理插入? SolidWorks 軟件的應(yīng)用，借助其具備的二維圖轉(zhuǎn)化三維模型功能，幫助學(xué)生從三維立體模型中自動(dòng)生成空間思維能力，促進(jìn)他們提高自主分析和問(wèn)題解決的能力。此外，在該門課程中應(yīng)用SolidWorks更關(guān)鍵的是能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，與工程實(shí)踐形成密切聯(lián)系，將三維建模與二維圖樣設(shè)計(jì)加工結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生應(yīng)用三維軟件輔助設(shè)計(jì)的能力，為學(xué)生未來(lái)就業(yè)發(fā)展打牢實(shí)踐基礎(chǔ)[4]。

SolidWorks軟件在該門課程中的應(yīng)用包括組合相貫線、組合體及剖視圖三個(gè)部分。首先是組合相貫線，組合相貫線是指三個(gè)及以上立體相交組成的表面交線。通常組合相貫線的空間形狀不好想象，在求解時(shí)往往會(huì)令學(xué)生手足無(wú)措，所以教師在講解相貫線有關(guān)內(nèi)容時(shí)，可借SolidWorks軟件由二維草圖生成三維實(shí)體圖的功能，直觀呈現(xiàn)出相貫體的類型、組合方式、空間形狀、對(duì)應(yīng)位置等，從而讓學(xué)生快速提升空間想象能力，最終了解并掌握組合相貫線方面的知識(shí)。

其次是組合體，組合體是指由若干個(gè)基本體疊加或分割所形成的立體，教學(xué)的重難點(diǎn)是要讓學(xué)生讀組合體的三視圖及補(bǔ)組合體的三視圖，培養(yǎng)學(xué)生良好的空間想象力及使用二維圖表達(dá)空間立體感的能力，然而由于很多學(xué)生的空間想象力不夠，針對(duì)組合體的學(xué)習(xí)效果并不明顯。通過(guò)在此部分應(yīng)用SolidWorks三維建模，可幫助學(xué)生更好地理解基本體相互間的組合方法、基準(zhǔn)和尺寸之間關(guān)系、表面連接方法、組合體的空間形狀等。此外，通過(guò)SolidWorks將三維模型自動(dòng)生成工程圖，能夠幫助學(xué)生校核補(bǔ)組合體三視圖的正確性與否。

最后是剖視圖，剖視圖是用以表示零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀的投影圖，也是工程制圖中的重難點(diǎn)。應(yīng)用SolidWorks 可通過(guò)工程圖模塊完成各種不同的剖視圖;在零件模塊下選擇“剖切平面”可在指定位置剖開(kāi)零件，這樣就能以直觀立體化的三維旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)形式呈現(xiàn)在課堂上，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興致，獲得良好的教學(xué)效果。比如將零件的主視圖以全面的剖視圖表示出來(lái)，第一步可根據(jù)已知視圖創(chuàng)建它的三維實(shí)體圖;第二部通過(guò)零件模塊選擇“剖切平面”在合適的位置剖開(kāi)零件，同時(shí)也可用工程圖形式制作零件的全剖視圖。

七、結(jié)束語(yǔ)

綜上實(shí)踐表明，在《畫法幾何與工程制圖》課程中應(yīng)用信息化教學(xué)手段，通過(guò)應(yīng)用多媒體教學(xué)、微課視頻、AutoCAD 軟件、藍(lán)墨云班課、SolidWorks 軟件等其教學(xué)優(yōu)勢(shì)諸多，不僅可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生加強(qiáng)空間想象力，還可解決課程課時(shí)不足、講授不明的問(wèn)題;更為重要的一點(diǎn)是，能夠?qū)⒍S設(shè)計(jì)與三維建模有機(jī)結(jié)合起來(lái)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用能力，這些對(duì)于提高課程質(zhì)量而言都具有積極的促進(jìn)意義。

作者單位：尹迪? ? 杜智超? ? 滄州交通學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 高會(huì)鮮. 信息化技術(shù)在《工程制圖與識(shí)圖》教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇， 2018，17（8）：216-217.

[2] 尚琛煦，張曉玲. 現(xiàn)代化教學(xué)手段在《畫法幾何及工程制圖》中的應(yīng)用[J]. 鄭州經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，21（1）：78-80.

[3] 王通. 《畫法幾何及工程制圖》教學(xué)方法探討[J]. 機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2012（3）：164-165.

[4] 馮欣蕊. 畫法幾何及土木工程制圖微課教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 高等建筑教育， 2015，24（6）：167-169.