工程图学教学体系的重构研究
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摘要：针对目前工程图学教学中存在的弊端，从教学手段、教学内容和考核方式等三方面入手分析，提出了以二维、三维同步并重的教学模式。该模式在图学教学中有效地融入了计算机辅助绘图技术的思想和方法，利用计算机辅助设计工具来进行图学教学，这样有利于启发与培养大学生的工程能力和创新能力，为后续专业课程的学习、毕业设计与科研工作奠定良好的基础。
关键词：工程图学；教学体系；计算机辅助绘图
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）10-0188-03
一、传统教学模式的弊端
1.在教学手段上。图学课程仍然采用传统的教学模式，大部分高校采用了多媒体课件进行教学，这样使学生能更直观地看到形体的三维立体图形。但是我们有些年轻的教师缺乏教学经验，有时候没有把教学内容吃透，上课时，没有将书面的语言转换成通俗的语言来跟学生进行讲解，这样多媒体教学就变成了机械的宣读幻灯片。这样的教学势必使教师的讲课速度过快，学生听课时如同走马观花，听不懂教师的讲解，学生听不懂就懒得继续听，如此恶性循环，上课效率低下。还有的教师课件设计只是将教材上的文字和图片进行堆砌、罗列，这样的课件形式过于呆板，教学内容过多，再加上课时少、课程进度快，学生对课程的部分基本内容不能透彻掌握，学生上课听不懂，作业练习中的错误就不断，且作业抄袭现象非常普遍。另外虽然我们一直倡导互动式教学，但是，在实际教学中，师生之间还是很少交流与沟通，课堂气氛不活跃，学生学习缺乏积极性，课堂教学效果得不到提高，学生普遍认为工程图学课程枯燥乏味，逐渐对本课程的学习失去了兴趣。再有，大部分教师在图学教学中还是只注重知识的传授，对学生的具体需求缺乏了解，这样学生只能感性理解，主观能动性和创新意识得不到有效发挥，这样的教学有悖于“实施创造性教育，培养开拓型人才”的教学目的。
2.在教学内容上。因为《工程图学》这门课是一门专业基础课，所以大部分的高校都是在学生刚上大一的第一个学期就开设本课程。但是其实一幅完整的工程图样包含的信息非常丰富，对刚上大一的学生来说学习难度很大。完整的工程图样包含一组图形、尺寸、技术要求和图样绘制时的基本信息等内容的绘制，将整个产品设计、制造、检验等各个阶段的诸多信息贯穿其中。图样上所包含的这些信息往往与设计意图、加工方法和工艺、配合安装，装配要求、材料性能等方面紧密联系，这就需要学生了解一些相关的专业知识。另外，现代的产品开发和设计都普遍采用计算机辅助绘图技术，所以高校普遍开设了《计算机绘图基础》和一些三维软件建模课程来进行产品的虚拟开发和设计，这样有利于实现现代化应用性人才的培养目标。但是我们在图学教学内容上仍然传统守旧，表现在以下几个方面。
（1）在图学教学中，有些教学内容已经过时或者该内容在后续课程中基本不用，现实生产中也已经很少用或者几乎不用了，而我们有些教师由于缺少创新性，跟不上信息时展的步伐，继续将这些内容花费很长的时间来进行讲解。表现在我们的授课过程中读图训练普遍偏少，画图训练有点偏多，讲授中还是习惯将大部分的学时用于画法几何部分，而对于零件图和装配图的读图部分这种在专业实践中应用更广泛的内容安排的课时却较少，这样学生的读图能力得不到有效训练；另外教学中采用的例子很少与实际产品相结合，导致工程图学的教学与企业的实际需求脱节。
（2）当前，我校工科专业的《工程图学》与《计算机绘图基础》两门课程是分开单独开设的，这样两门课的课时虽然增加了，但是把有关联的两门课程分开，就不能有效利用计算机绘图工具来辅助图学课程的教学，致使两门课的教学效果都不是很好，计算机绘图基础的内容也不能有效地融入到制图课程中去。长期分开来讲授这两门课程，导致学生对图学中的手工绘图和计算机绘图基本知识的内容衔接不连贯，学生在后面课程的讲授中应用不上图学的基本知识等问题，造成了知识的脱节现象严重。另外大部分高校制图模型室的实物模型资源不足，并且实物模型本身不能动态的表现形体的构型过程，这样就不能适应不同教学对象、不同教学内容等千变万化的情况。所以，为了能让学生快速理解空间形体的结构，建立三维空间的概念，对某些抽象难理解的内容，应将计算机三维绘图软件来作为辅助教学手段应用到图学课程的教学中。那么，如何能合理、高效的将三维建模的内容融合到制图教学中就是面临的另一个主要问题。
3.在考核评价体系上。制图课程的考核评价体系仍然沿用期末卷面笔试成绩为主、平时习题练习和绘图大作业为辅的单一考核模式，并且平时作业没有一个系统的规范和要求，所以就流于形式。这种考核评价体系侧重的是考核学生对《工程图学》基本理论知识的掌握，而学生综合运用所学理论知识分析问题和解决问题的能力没有得到足够的体现。
二、构建工程图学二维、三维同步并重的教学模式
1.将多种教学手段综合有效地应用到工程图学的理论教学中。我们在教学中要突出学生在教与学活动中的主体地位，要真正以学生为中心，以培养学生的综合能力为目的，将以往教师只管讲课的“满堂灌”形式，转变为学生积极参与到教学活动中来的新模式。在教学实践中，我们可以在现有多媒体课件的教学基础上，结合自己的讲课内容，充分利用网络课程等资源，要求学生分组，每组学生对课程中某一个知识节点进行自主预习，提出问题，查阅相关资料，解决问题。要求学生对某一个知识节点自己组织上课内容，让学生积极参与到课程教学中来，提高学生的学习兴趣和学习能力。为了能让学生查找到课程的相关资料，将网络教学充分利用起来，教师以定期与学生进行学习讨论。我们可以建立学校的网络教学平台，将自己课程的教学大纲、教学日历、相关的多媒体课件和一些素材资源、电子教案与习题解答等资源上传到网络平台上，这样采用课堂现场教学、课外网络学习、学生实践教学等多样化的教学形式，有利于学生巩固所学知识。
2.对教材的内容体系进行整合，打破教材体系，重选内容，重构模式。在教学内容上，将《工程制图》和《计算机绘图基础》以及三维建模软件等课程的教学内容有机地结合起来，构建二维、三维同步并重的教学模式。图学课程的教学内容上，可以对图学理论知识体系的讲授学时进行必要的压缩，删减画法几何部分中的直角三角形法求一般位置直线实长、直角投影定理求垂直关系，还有直线与面以及面与面的相对位置关系，等等内容，适度增加计算机绘图基础的教学学时，同时将三维建模软件的三维构型设计内容进行一些补充，这样就将软件作为辅助的教学手段合理、有机地与图学理论知识的讲授过程同步进行了。
具体的教学内容可以分为以下几个知识节点来进行讲解。
知识节点一：在制图基本知识教学中，可以用计算机辅助绘图软件画一幅A3大小的图纸，并且设置线型、线宽、颜色等内容，将图学课程中的国家标准有关制图的规定如：图幅、图框、比例、字体、图线标题栏等相关知识融入进去。还可以利用计算机绘图软件的相应功能对一些平面图形绘制中的等分线段、圆弧连接、正多边形画法、平面图形的线段分析和尺寸标注等内容进行逐一介绍，这样让同学感受绘图软件在制图基本知识方面的应用，达到从两个方面理解课程内容的目的。
知识节点二：在基本立体的教学中，可以有效地融入三维建模练习。例如：对于平面立体六棱柱的投影问题分析，可以先教授如何建立六棱柱的三维模型，即如何进行六棱柱的构型设计。如图1所示，我们首先在三维建模软件中画一个平面六边形，然后将平面六边形通过拉伸的方法拉伸成六棱柱模型，最后再到三维建模软件中观察六棱柱的前视图、俯视图和左视图的三面投影特征。将六棱柱的三维模型与二维投影相比较，六棱柱的各个面和各条棱线的投影特征就可以分析清楚了。基本立w是学习建立复杂形体的基础，在基本立体的教学中引入三维造型概念，使学生了解和掌握拉伸、旋转、扫掠和放样等三维实体建模的基本方法。通过这种方式不仅可以让学生了解到一些基本构型过程，而且还能够加强学生对于三维形体的观察能力，同时对立体概念有一个直观的认识，能将形体的三维模型和二维投影有机地结合起来。
知识节点三：在立体表面的截交线和相贯线以及组合体的教学中，我们可以减少课堂黑板作图和多媒体课件的纯演示性讲解，而利用计算机绘图软件的三维建模方法以及布尔差、并、交等布尔运算的概念进行操作性演示。例如：如图2所示的轴承座模型创建过程。我们首先利用绘图软件创建轴承座组合体的积聚性投影，因为图形中间有圆孔，所以通过布尔差运算挖掉圆孔。然后运用面域和拉伸等命令将整体进行拉伸，创建出组合体部分模型。接下来同样的方法创建三棱柱肋板的三维模型。最后，通过布尔并运算将两部分模型并到一起，就得出了轴承座组合体的模型。通过这种方式不仅让学生看到了所要讲授的立体截交线和相贯线的产生过程，可以利用软件对同一实例进行扩展式举例，而且使学生将图形几何概念同数学概念进行了联系对比，加深了学生对形体构型过程的理解。
知识节点四：在形体的表达方式教学中，为了让学生了解剖视图的产生过程以及对剖视图的画法进行熟练掌握，可以利用计算机绘图软件中三维图形直接生成二维工程图的功能，将软件中的三维剖切、三维旋转等功能以及三维动态观察器、渲染等工具逐一进行介绍和学习。这样可以使学生对对计算机辅助设计软件的强大功能有更深刻的认识，并且可以比较出用计算机软件直接生成的二维工程图与符合国家标准的二维工程图的差异。通过差异的比较，学生可以对制图基础上的二维工程图进行合理的修改，这样学生就对剖视图的概念更加清晰了，并且对绘制剖视图中需要注意的问题掌握的更加透彻、熟练。
知识节点五：在标准件和常用件的教学过程中，可以利用计算机辅助软件中的图块的概念，结合工具选项板的一些功能介绍，让学生掌握如何在图样中应用标准件和常用件的一些现有图块等有效资源来节约绘图时间，并且可以通过一组标准件的动态装配过程来展现标准件的装配图生成过程。
知识节点六：在零件图和装配图的教学中，我们可以综合运用所学知识，利用计算机辅助绘图和三维建模的软件作为教学工具，结合图学课程中的徒手绘图知识，让学生亲自实践利用三维建模软件完成一些零件和装配的三维模型，再将三维立体模型生成二维工程图样，按照工程图的基本要求，利用计算机绘图软件对生成的二维工程图样进行修改的全过程，这样有助于培养学生的综合能力。
3.以培养学生能力为目的的考核方式改革。以培养学生的综合能力为目的工程制图系列课程教学中，我们应加强对学生的学习过程的考核，不应该只通过最后的卷面考试成绩来决定学生的课程总成绩。我们可以改变这种“一卷定论”的做法，建立分阶段、多方位的考核体系，将学生的卷面考核与平时的实际绘图能力、构型设计能力、形体表达能力，还有产品等的设计创新意识等多方面进行综合考评。在整个课程的教学中，每一个知识节点都要具体落实到课堂教学和课外实践中，分阶段设置课堂测试、课堂讨论、零件测绘、图样最佳表达等环节，对知识点掌握程度进行跟踪。为了培养学生的动手能力，重点考核学生运用所学理论知识分析问题和解决问题的能力，加强学习过程的监督，可以将期末卷面成绩、工程制图大作业成绩、平时练习作业成绩、参与课堂教学讨论成绩、计算机绘图上机考试成绩等多方面成绩结合，按照合理的权重设置，全面评定学生的课程总成绩。
三、结语
随着网络技术和教育信息技术的快速发展，按照适应高度信息化、数字化的现代企业所需要的合格应用型人才的培养要求，重新整合《工程图学》、《计算机绘图基础》和三维建模软件等工程图学系列课程的教学内容，重构以二维、三维同步并重的教学模式是顺应时展的要求。利用计算机辅助绘图和三维建模软件工具，将计算机辅助绘图软件的思想和方法同传统的图学教学内容有机地融合起来，有利于学生的空间想象能力、创造性的构形设计能力和形象思维能力的培养，有利于学生使用计算机绘图软件技能的极大提高，这样培养出来的学生才能更加符合现代企业对人才的需求。
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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