工程圖學系列課程實踐教學探討

劉梅英，任奕林，王巧華，夏俊芳

（華中農業大學工學院，湖北 武漢 430070）

0 引言

工程制圖能力是機械類專業大學生一項重要的基本技能。工程圖樣是表達和交流技術思想的必備工具，是工程界的共同技術語言，如果學生不通曉這門語言，不僅很難學好其他專業知識，更無法勝任以后的工作。工程圖學的實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑，也是培養具有創新意識的高素質工程技術人員的重要環節。然而隨著“少學時多內容”的教改趨勢，實踐性環節被壓縮減少，導致學生的工程制圖能力、實踐能力和創新設計能力降低。課程設計、畢業設計中不會畫圖的現象普遍存在，如何提高機械類專業大學生的制圖能力是目前面臨的一個迫切需要解決的課題。

1 工程圖學課程的教學現狀與存在問題

工程圖學課程是高等院校中一門重要的技術基礎課，用圖形來研究工程與產品的圖形信息表達、圖形理解和圖樣的繪制，具有較強的系統性、抽象性和實踐性等特點。

目前工程圖學的教學主要有三種模式:1）兩段式。第一段主要為制圖基礎和計算機繪圖;第二段主要為專業圖并向設計方向拓展。2）融合式。將機械制圖、機械零件、機械原理三門課融為一體。3）模塊式。將課程分為投影原理、制圖基礎、專業圖、計算機繪圖和工程圖學新技術等模塊，各模塊可連續也可分段進行教學［1］。由于前兩種模式對教學組織機構在資源調配上和教師知識結構上要求都很高，所以目前大多院校采用模塊式進行，將工程圖學分兩學期上，采用講練結合型教學，以課堂面授為主，學生作業練習為輔。但教學過程中老師和學生都感覺到學時少、內容多、作業量大，部分學生空間思維能力跟不上等問題存在，直接影響教和學的效果，進而影響學生工程制圖能力的提高。

另外從工程圖學課程結束到課程設計、畢業設計，其間少有制圖的學習與訓練，這就勢必造成知識鏈、記憶鏈的斷裂，使得專業知識學習的連續性、系統性和完整性受到影響。常常是課程設計、畢業設計時學生對所學的制圖內容大多已遺忘，出現高年級反而不會畫圖的現象。課程設計和畢業設計圖紙中圖樣表達不清或表達不規范，計算機輔助繪圖能力不強等問題普遍存在［2］。

由此可見工程圖學的實踐教學對于提高教學效果和學生的制圖能力非常重要，但工程圖學的改革不能是封閉式的自我完善，還必須考慮與圖學緊密相關的系列課程的整體性與動態性的改革，從多個時間階段多方位強化圖學實踐教學，全面提升機械專業大學生工程制圖能力。

2 強化工程圖學系列課程的實踐教學

2.1 加強工程圖學實踐教學

工程圖學傳統的教材體系中畫法幾何部份求距離、角度、交線等圖解理論占工程圖學理論課學時近三分之一，內容偏多、偏細，而且較抽象，學生雖然聽了很多課，卻不能完全轉化成自己的技能。美國大學畫法幾何內容幾乎不單獨講授，投影基本理論及圖示法基本上被保留，圖解法部分被取消或被大大削弱，但對圖學應用非常重視。強調徒手繪圖能力的培養，同時重視項目設計，將某一產品設計過程貫穿在教學過程中。課程內容強調實用性，與生產實際緊密結合。教材內容詳盡、有深度，但教學過程不求面面俱到，有取有舍，相當多的內容由學生在設計繪圖過程中鉆研［3］。因此在課時不多的情況下需要對教學內容的安排必須作適當調整。畫法幾何部分適當精簡，有興趣的同學可以單獨輔導，考查比重可以降低。目前國內已有多所高校調整教學體系和內容，壓縮畫法幾何的內容和學時，強化計算機繪圖和計算機三維造型，取得了良好的教學效果［4］。

工程圖學課程主要是采用二維圖形表達圖形的三維信息，非常抽象，對大一新生而言，很難在二維與三維之間反復轉換，也難將點、線、面與零部件聯系起來。因此在教學過程中引入現場教學法，充分利用電子模型庫、實物模型庫與視頻庫等，甚至可以采用玩具拼接、雕刻橡皮泥或蘿卜等素材讓學生自己動手制作實物模型，輔助空間感的建立，對于提高教學效果和學生的學習興趣非常重要。

工程圖學課不僅要完成教學內容授課，還承擔著工程實踐知識（機器、制造、加工等）的啟蒙教育。因此在零件圖與裝配圖章節中，如果能結合一些項目設計、生產實踐活動或者視頻、零部件的實物模型和展示工程實體的動態拆裝過程的動畫，不僅能提高學生對零部件的認知能力，而且能開闊視野，增強專業學習興趣。

2.2 加強工程應用軟件實踐教學

隨著計算機和圖形學技術的進步與發展，工程設計業和制造業已經進入到了三維設計時代，從三維構形開始的設計也更符合人的設計思維邏輯，因此三維設計被越來越多的設計人員所接受和認可。

目前，參數化三維造型設計軟件種類很多，Pro/E，Solid-Works，UG等。各類三維造型軟件在三維實體建模、虛擬裝配、生成工程圖方面對工程圖學教學都有很大幫助。將三維幾何建模引入工程圖學中有兩種方式，融合式和分段式。融合式引入是將三維建模的原理、方法和技能融入滲透到工程圖學課程中，形成新的教學體系、教學內容和教學過程。分段式引入是設置另外的課程，與原來的工程圖學課程一起構成新的課程體系［5］。美國高校工程圖學教學目前也多是從三維設計開始，圍繞產品設計、制造這一主題，從形體的三維構形和表達出發，向二維視圖輻射，突出多種視覺表達方式在設計和加工過程中的綜合應用［3］。

縱觀近幾年由教育部高等學校工程圖學教學指導委員會和中國工程圖學學會制圖技術專業委員會聯合舉辦的全國大學生先進圖形技能與創新大賽，競賽項目包括尺規繪圖、計算機二維繪圖以及計算機三維建模三部分，考察學生的工程制圖綜合能力，因此工程圖學系列課程的教學也應注重培養學生的實際綜合應用能力。

目前部分高校由于教學計劃或師資等原因還沒有開設相應的工程應用軟件課程，三維軟件的學習以學生自學為主。也有部分高校開設時間較晚，注重的是三維軟件在結構設計、機構分析、數控加工等方面的功能，導致學生基本實體建模的應用能力不足，在其他一些實踐環節如拆裝測繪、全國制圖大賽等環節中得不到充分的鍛煉，因此學校需統籌安排一些三維軟件用于教學。同時，教師應做到有意識地、立體化地將三維建模等技術應用到工程圖學課程教學的諸多環節之中，如創建教學及習題集中用到的模型;制作教學幻燈片中的三維動畫;利用軟件的三維和二維的聯動功能創建零件與裝配工程圖等，以提高學生學習該軟件的興趣與熱情，激發學生的創新意識，全面提高學生的創造設計和動手能力［6-7］。此外，三維造型技能的掌握，使學生可以根據視圖或自己的想象構造形體，并實時驗證思維正確性。促進了學生三維形體和二維圖形之間直覺思維的形成，是不可多得的自主學習的好方式。

2.3 加強拆裝與測繪實踐教學

對工程技術人員而言，測繪技術是一項重要的基本技能。工程實際中經常會應用實物反求技術，將性能測試和實物測繪的結果作為被研究的原始資料。拆裝與測繪實踐環節是依據機械專業大學生將來的工程設計需要而設計的，體現了理論與實踐的緊密結合，綜合考察學生的制圖能力。

學生在研究測繪對象的結構、原理和功能后，對部件進行系統的拆裝、測量和繪圖，既有徒手作圖，也有尺規制圖和計算機繪圖，充分鍛煉了學生的制圖能力。然而實際操作過程中，組織形式、內容要求、拆裝對象選擇、拆裝測量工具是否齊備、評價方法等都會直接影響到該實踐環節的教學效果，達不到設計的要求和目的。

筆者在教學實踐中考慮可以在以下方面做些改進，進一步提高該實踐環節的教學效果:

1）在零件和部件測繪中下工廠、進車間的制圖測繪現場進行現場教學，研究實用工程零部件和工程圖樣，增加生產實踐的感性認識，提高學生對零件和部件的認知能力和測繪能力。

2）在該實踐環節前先修三維造型軟件，如Solid-Works，Pro/E等，學生可以對測繪的部件進行三維零件建模和虛擬裝配，然后生成二維工程圖。使學生了解現代設計方法和理念，培養構型思維和創新實踐能力，提高先進技術的應用能力。

3）分組討論方案或進行答辯。由于拆裝測繪環節是采用小組進行，組員的分工略有不同，如果不進行小組討論確定方案或進行答辯，勢必能者多勞或個別學生只完成自己的任務，對其他任務完全依賴組員，并沒有真正地深入了解該部件的結構、功能和整體表達方案。采用分組討論和答辯的方式可以督促小組成員全方位的參與，同時讓其他組成員也參與到討論中，互相學習，充分發揮該實踐環節的教學效果。

3 建立課外競賽激勵機制

英國教育家斯賓塞于1854年提出了“快樂教育”的思想。他認為學習如果能給學生帶來精神上的滿足和快樂，即使無人督促，亦能自學不輟。他的理論完全符合人的心理活動規律和發展過程。競賽激勵式教學正是快樂教育思想的體現。工程圖學課程非常適合采用競賽激勵機制進行輔助教學，課程內容不僅具有很好的啟發性和創造性，還具有廣泛的實用性。陳亮等通過對比教學試驗，采用競賽激勵機制可以顯著增加學生的學習興趣，提高學習積極性和主動性，總體成績良好，收獲較大。在采用競賽激勵制度輔助教學的班級中學生問卷調查顯示，學生參與各類制圖競賽和繪圖員職業技能鑒定考試的興趣非常濃厚［8］。

工程圖學競賽的形式可以多樣，如徒手繪圖、尺規制圖、CAD繪圖、CAD抄畫工程圖，三維建模等，另外還可以選拔學生參加全國制圖大賽或進行職業技能鑒定考試等，通過一系列的課外賽事活動，提高學生的學習積極性與參與意識。但實際操作中需要教學管理部門和教師全力協作，很好地解決經費問題、命題問題和閱卷問題等。

4 結語

提高機械專業大學生工程制圖能力是一項重要的系統工程，需要教學管理部門、教師和學生共同努力實現。教學管理部門需系統制定工程圖學系列課程的專業培養計劃，保證知識鏈的連續性和完整性，組織編寫實踐教材，同時需為實踐環節提供各種資源保障。教師是理論與實踐的實施者，需精心組織，積極導學，充分調動學生學習的主觀能動性。學生是學習的主體，在教學實踐中要學會思考、積極動手，自主學習。此外結合競賽激勵機制組織一些制圖課外競賽活動，將會進一步強化工程圖學系列課程的教學實踐，全面提升機械專業大學生工程制圖能力。

［1］童秉樞，田凌，馮涓.10年來我國工程圖學教學改革中的問題、認識與成果［J］.工程圖學學報，2008，29（4）:1-5.

［2］陳忠.從畢業設計看制圖課教學與改革［J］.科技教育創新，2009，（17）:205-206.

［3］馮涓.美國高校工程圖學教育特色分析［J］.工程圖學學報，2008，（3）:139-144.

［4］張梅琳.工程圖學教學的幾點思考［J］.東華大學學報（自然科學版），2010，36（4）:473-476.

［5］童秉樞，易素君，徐曉慧.工程圖學中引入三維幾何建模的情況綜述與思考［J］.工程圖學學報，2005，（4）:130-135.

［6］劉梅英.Pro/E在創建工程圖學虛擬模型庫中的應用［J］.機械制造與自動化，2008，37（1）:132-133.

［7］王小玲，陳書劍.大學生圖形大賽給予《工程圖學》教學的啟示［J］.科技創新導報，2010，（1）:176.

［8］陳亮，陳錦昌，張瑞秋.工程制圖教學中的競賽激勵機制［J］.工程圖學學報，2009，5（5）:144-147.