工程圖學(xué)課程教材新體系研究

陳鵬飛

陜西理工學(xué)院 陜西漢中 723003

作者：陳鵬飛，講師，研究方向為圖學(xué)教育及計算機圖形學(xué)。

工程圖學(xué)作為工科專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，對于該專業(yè)的后續(xù)學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用，它可以給予學(xué)生掌握閱讀與繪制工程圖樣的能力，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，養(yǎng)成嚴謹細致、一絲不茍的工程素養(yǎng)。近幾十年，隨著計算機圖形學(xué)、計算機軟硬件的發(fā)展，以及這些技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中的大規(guī)模的應(yīng)用，對工程圖學(xué)提出很大的挑戰(zhàn)，同時也是工程圖學(xué)大發(fā)展的一個重要契機。要適應(yīng)現(xiàn)代化的發(fā)展，就要首先對工程圖學(xué)教材內(nèi)容體系進行改革研究。

1 工程圖學(xué)教材體系的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的工程圖學(xué)教材體系基本上由畫法幾何、機械制圖或者工程圖和計算機繪圖三部分組成。第一部分為畫法幾何，主要包括投影理論、以圖解法為主的綜合解題、曲線曲面的投影、換面法、旋轉(zhuǎn)法、映射法等；第二部分為機械制圖，主要包括國標圖樣畫法的基本規(guī)定、工程圖樣的繪制與閱讀；第三部分為計算機繪圖，以AutoCAD繪圖軟件為主。傳統(tǒng)的工程圖學(xué)教材體系內(nèi)容對于不同工科專業(yè)來講，各有取舍，各有側(cè)重，各部分所占學(xué)時比例因?qū)I(yè)不同而有所不同，但大體格局相同。

2 當前計算機繪圖軟件和機械行業(yè)的發(fā)展特點及趨勢

隨著計算機圖形學(xué)和計算機硬件的迅猛發(fā)展，各種高級繪圖軟件、設(shè)計軟件如雨后春筍般蓬勃發(fā)展，由最初的二維繪圖軟件向三維軟件發(fā)展，由平面繪圖向三維建模直接生成二維圖形發(fā)展，以及在三維建模上進行虛擬加工、虛擬裝配、運動仿真、動力學(xué)分析和其他一些高級應(yīng)用分析，這些發(fā)展變化主要體現(xiàn)在軟件的種類不斷擴大以及每種軟件的版本在不斷升級，軟件的功能在不斷增強和擴大。

在二維繪圖軟件中主要是AutoCAD，三維繪圖高級應(yīng)用軟 件 主 要 有 Inventor、Pro/E、SolidWorks、UG、Catia、ANSYS、MasterCAM、Topsolid等，其中發(fā)展速度比較快的軟件有SolidWorks、UG、Catia等幾種。

在機械加工行業(yè)中，不同行業(yè)所采用的應(yīng)用軟件各有不同。例如，飛機行業(yè)大多采用的是Catia；模具行業(yè)采用的軟件是MasterCAM和UG；其他一些機械企業(yè)中用SolidWorks和UG軟件比較多，因為這兩個軟件不僅功能強大，而且有較強的項目管理能力，能保證不同部門之間的協(xié)同工作。在加工領(lǐng)域里，數(shù)控自動加工應(yīng)用越來越廣泛。

可以看出，當前計算機軟件及其在機械行業(yè)中應(yīng)用的特點和趨勢是：軟件功能的增強化、集成化、多樣化、管理和設(shè)計網(wǎng)絡(luò)化，而且和企業(yè)的需求發(fā)展緊密聯(lián)系。

3 計算機繪圖軟件對工程圖學(xué)的挑戰(zhàn)及分析

計算機繪圖軟件從最早出現(xiàn)的AutoCAD開始，就對工程圖學(xué)提出是否要“甩圖板”的沖擊和挑戰(zhàn)，而且隨著三維繪圖軟件的迅猛發(fā)展，對工程圖學(xué)的各個層面都產(chǎn)生非常巨大的沖擊和挑戰(zhàn)，可以歸納出：甩圖板、畫法幾何的取舍、計算機繪圖軟件的選擇。

3.1 對“甩圖板”的分析

“甩圖板”就是在教學(xué)中去掉手工繪圖而用計算機軟件繪圖來代替?！八D板”是在繪圖軟件發(fā)展的初期所提出來的，這一提法是基于二維繪圖軟件的高效性、精確性的特點提出的。

盡管二維繪圖軟件有這樣的特點和優(yōu)勢，但是手工繪圖不能去掉，反而要稍微加強一些。這是因為計算機繪圖軟件相當于只提供了手工繪圖教學(xué)中的鉛筆、橡皮、尺子和圓規(guī)，繪圖軟件所繪的圖樣是否正確、標注是否合理、視圖布局是否合理等，這些問題卻是繪圖軟件所不能解決的，而這些正是手工繪圖的教學(xué)目標，正如學(xué)習(xí)音樂的學(xué)生要進行抄譜子的教學(xué)活動一樣不可缺少。

3.2 對“畫法幾何的取舍”的分析

“畫法幾何的取舍”是基于三維軟件中的由三維模型向二維視圖直接轉(zhuǎn)換這一功能而提出來的，也就是說，既然三維軟件有這樣的功能，畫法幾何中的投影理論就沒有必要再學(xué)習(xí)了。

畫法幾何在工程圖學(xué)中的地位和作用是不可忽視的。畫法幾何是工程圖學(xué)課程中的理論基礎(chǔ)，如果把畫法幾何去掉的話，就如同釜底抽薪一般，工程圖學(xué)的其他一些部分就會失去理論支撐。另一方面，畫法幾何從點線面的投影講起，能給學(xué)生培養(yǎng)起初步的空間想象能力和空間分析能力，為更深入學(xué)習(xí)工程圖學(xué)的其他內(nèi)容打下堅實的基礎(chǔ)。故而，畫法幾何部分不能去掉，只能是根據(jù)專業(yè)不同，畫法幾何的內(nèi)容和講解的深度可適當調(diào)整。

3.3 對“計算機繪圖軟件選取”的分析

現(xiàn)階段，工程圖學(xué)中所選用的主流計算機繪圖軟件是AutoCAD。相對于其他一些高級三維繪圖軟件來講，AutoCAD的二維繪圖功能是其他三維繪圖軟件所不能比擬的，但就三維功能而言，AutoCAD的就大大不如其他三維繪圖軟件了。但是其他一些高級三維軟件又是種類較多，這就存在“計算機繪圖軟件的選取”問題——選哪一種、選取哪些模塊功能等。原因就在于這些高級三維軟件有自己明顯的特點，功能各有千秋。例如，Solidworks是基于特征的，ProE是基于參數(shù)化設(shè)計的；Solidworks的主要功能是將設(shè)計、驗證和仿真集于一身，ProE有26種功能模塊；其他一些如前所述的三維軟件也各有自己的特點。

就工程圖學(xué)而言，它是一門工科類的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)目標是培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀工程圖樣的能力，培養(yǎng)學(xué)生具有初步的計算機繪圖能力。結(jié)合各種計算機繪圖軟件的特點和類型，適合于工程圖學(xué)教學(xué)的計算機軟件可以這樣來選?。阂訟utoCAD為基礎(chǔ)部分、Solidworks為提高部分的組合教學(xué)，也可以增加一個計算機繪圖的課程設(shè)計。另一方面，三維軟件的基本功能是零件三維建模，而三維建模的基礎(chǔ)是繪制出一個平面圖形，然后經(jīng)過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等建模方法形成三維模型，而平面圖形的分析與繪圖方法步驟，正是工程圖學(xué)中的制圖基礎(chǔ)中要教授的一個重要內(nèi)容。

4 工程圖學(xué)教材新體系的結(jié)構(gòu)框架

通過以上對工程圖學(xué)教材體系的形狀分析，計算機繪圖軟件及機械行業(yè)對工程圖學(xué)的挑戰(zhàn)分析，建立工程圖學(xué)教材新體系結(jié)構(gòu)框架的構(gòu)建框架：

1)對畫法幾何部分可以根據(jù)專業(yè)需求不同做適當?shù)恼{(diào)整，如對于機械類專業(yè)可以稍微加深難度和寬度，對于近機類和電子類專業(yè)可以降低難度，對于較難的綜合應(yīng)用只做了解即可；

2)應(yīng)該加強平面圖形的分析及繪圖方法和步驟的篇幅及訓(xùn)練力度；

3)在組合體部分除了保留形體分析法和線面分析法之外，要增加形體建模的一些方法，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等，以及構(gòu)型設(shè)計分析的一些基本方法；

4)工程圖部分的難度也要和相應(yīng)的專業(yè)特點相適應(yīng)；

5)計算機繪圖部分不僅包括AutoCAD的基礎(chǔ)部分(側(cè)重點：繪制平面圖形、零件圖、裝配圖的操作)和Solidworks提高部分(側(cè)重點：零件建模)，還應(yīng)增加計算機繪圖課程設(shè)計這一綜合性教學(xué)內(nèi)容(側(cè)重點：中低復(fù)雜部件模型的裝配)。