基于三維設計的《工程制圖》課程教學改革

　　摘要：針對大學本科高級實用性和應用型人才培養問題，根據現代工程設計的特點，滿足適應現代社會發展的人才需要，嘗試對《工程制圖》課程進行相應的教學改革，以三維設計為基礎，采用新型的教學手段，刪減和組合課程教學內容，著力于構建滿足于現代社會人才需求的《工程制圖》課程教學的新體系。
　　關鍵詞：三維設計；工程制圖；教學改革
　　
　　隨著計算機和電子技術的飛速發展，制造業已經進入了數字化設計和制造的新時代。數字化三維設計與制造促使設計理念、設計方法和設計手段均發生了巨大的變化，正在逐步向“數字化無紙設計”時代過渡。以二維圖形為核心傳統《工程制圖》課程，已經跟不上社會發展的步伐。因此，《工程制圖》課程教學改革勢在必行。
　　一、傳統教學模式與三維設計教學模式
　　傳統《工程制圖》教學是以正投影法為基礎，這種教學方法的教學效果不夠理想。通過這種方式培養出來的學生，三維思維能力和創造能力都比較差。采用二維圖形設計產品，在設計產品時只能采用投影的方式把三維圖形抽象的表達在二維圖紙上，制約了產品設計和制造信息的交流和傳遞，束縛了設計者的創新思維。例如，當某視圖上對某個尺寸進行修改，不能自動地反映在其他相對應的視圖上，更不能自動地更新零件、裝配上的相應修改部分的尺寸。用這種方法生成的幾何模型數據不能直接用于CAE分析和CNC數控加工等，嚴重地制約了產品設計CAD與CAM、CNC之間的有機集成。
　　三維設計教學模式能夠直觀清晰地表達物體的空間結構，有利于培養學生的空間想象能力。學生從三維物體出發構思產品形狀，在三維CAD軟件支持下，建立數字化三維幾何模型，克服了二維設計的缺點。三維設計優勢還在于能夠直接利用三維零件設計模型數據進行有限元分析、運動分析、數控加工及快速成型等后置處理，繪制符合國家標準的零件圖、裝配圖，還可以在計算機上進行虛擬裝配和仿真等。無論是對設計人員的設計，還是學生的學習都有使用價值。
　　二、突出三維設計的教學內容
　　1. 調整教學內容
　　《工程制圖》課的教學應該與相關專業的專業課程相結合，對于機械專業的學生，可以把機械制圖與機械原理、機械設計、機械設計課程設計等課程緊密結合起來；對于土木建筑專業的學生，可以把建筑制圖與陰影、透視，房屋建筑學，建筑施工，土建設計等課程相結合。這種教學模式對于提高學生運用綜合知識的能力、分析和解決問題的能力起到重要作用。
　　為了滿足上述教學模式的需要，有必要對教學內容進行調整。精選和更新有利于學生能力培養的內容和知識；刪減不必要的煩瑣部分；把三維設計技術融入教學體系之中，加強對三維圖形構造和分析能力的培養；鑒于三維軟件對工程制圖教學具有強大輔助性作用，在《工程制圖》教學過程中應該增加三維建模內容，要求在識圖的基礎上對有關的組合體、零件圖甚至裝配圖進行建模，培養學生利用現代設計技術進行工程設計與表達的能力；對于畫法幾何理論中有些內容可以進行刪減，工作中大量的制圖任務并不需要太深奧的畫法幾何知識。所以，教學中沒有必要追求畫法幾何的深度和廣度，而是應該強調教學內容的實用性。
　　2. 調整尺規、徒手與計算機繪圖三者的關系
　　傳統的制圖教學方法是以學生使用尺規儀器繪圖為主，徒手繪圖為輔。現代的制圖教學不但要學生使用尺規繪圖、徒手繪圖，而且要讓學生掌握計算機繪圖，其中徒手繪圖可以訓練學生對投影關系、投影規律的掌握。因此，在教學中應重視徒手繪圖能力的培養，適當減少尺規繪圖，并將尺規繪圖、徒手繪圖、計算機繪圖三者有機地融合起來，使學生對計算機繪圖與傳統教學內容理解更深刻、掌握更牢固、應用更靈活，便于學生自學其他更先進的三維軟件，從而使其畢業后很快進入工作角色，真正做到學有所長和學有所用。
　　三、教學方法和教學手段改革
　　1. 現代教學手段與傳統授課方法相結合
　　傳統的教學方法以教師為主，以傳統的教學手段進行灌輸式的講授，學生被動地接受知識，這種教學方法不利于學生的思維能力培養。CAI多媒體教學集聲音、圖像、動畫和文字為一體，信息量豐富，能改變以教師為中心的單向式教學方法，轉變為交互式和形象化的教學方式，提高學生的空間思維能力，增加學生的學習興趣，提高教學效果。CAI多媒體教學不能完全取代傳統的教學方法，教師應該將現代化教學手段與傳統教學方式相結合，根據教學內容特點和教學的實際情況選取不同的教學手段，彌補教學手段的不足，會收到更好的效果。
　　2. 充分運用三維設計軟件
　　傳統電子教案圖形大多是二維的，不能清楚地表達空間幾何體圖形?？梢圆捎没趨祷吞卣髟煨偷娜S設計軟件，例如，機械專業可以使用Pro/Engineer進行輔助教學，建筑專業可以使用3DS MAX軟件等。它們具有強大三維設計、爆炸視圖和動畫制作功能。在教學過程中，運用三維設計軟件進行實時造型，能增強學生的感性認識，培養學生的空間思維能力。運用實時造型演示功能，它具有形象性、具體性、直接性、真實性的特點，能使學生更容易理解空間構造思想，使學生以直接感知的方式學習，從而使學生真正理解所學的知識。例如，在機械制圖教學中，利用Pro/E等三維軟件仿真功能，將其做成動畫文件插入到課件中，進行動態演示，幫助學生理解和掌握專業知識，并培養學生的實踐能力。
　　四、結束語
　　在三維CAD技術飛速發展的今天，傳統的《工程制圖》教學內容和方法已不能適應現代設計特點的要求。因此，《工程制圖》課程從教學內容、教學方法和教學手段等都應不斷地進行改革，把三維設計技術融入《工程制圖》教學環節中，培養學生三維空間思維能力和創造能力，培養更加合格的高級實用性和應用型工程技術人才。
　　
　　參考文獻：
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