基于三維設計的工程制圖課程改革探討

孫士陽 徐平平 王 斌

內蒙古科技大學 內蒙古包頭 014010

工程圖學是一門用圖形研究工程與產品圖形信息表達、圖形理解和圖樣繪制的課程，在包括工科幾乎所有學生及非工科相當大的一部分學生中開設[1]。由于面向數量龐大的學生群體，被稱為“量大面廣”的課程，在人才培養中影響深遠。雖然，隨著教學改革的不斷深入，特別是計算機技術的引入，工程圖學教學體系、教學內容及教學手段已發生了重大變化，取得了許多優異成果，但也存在一些問題，如在企業調查中發現，不少企業的管理層常常抱怨，認為從高校畢業的學生制圖知識掌握不扎實，不能滿足企業發展的實際需要，與此同時，許多學生也認為在學校學到的制圖知識和能力與企業要求不符，不能夠馬上適應畢業后工作。針對上述問題，內蒙古科技大學進行了基于三維設計的工程制圖混合教學實踐的課程改革。課程改革包括教學體系的建立、教學內容的調整、考核方式的改變和教材的編排等。由于工程圖學課程的基礎性，目前在大學本科教學中一般分為機械類、非機械工科類以及非工科類3種類型[2]，其培養目標和教學安排都不盡相同，因此僅就非工科類工程圖學的教學內容進行討論。

1 教學目標

工程制圖在各個高校開設都比較早，都有著優秀的傳承。雖然這有利于學生建立完整的知識體系，保證了教學質量，但同時在外部環境改變下，特別是大幅壓縮學時并提出工程素質要求下，容易造成顧此失彼，一方面學生在眾多課程中無暇分出更多時間深入學習，另一方面由于課時所限，教師努力付出但教學效果不佳。工程圖學主要目標是培養學生的3種能力和3種意識的建立[3]。對于非工科類學生，重點把握學生圖形素質的培養，弱化理論知識，強調實用性、工程性，把計算機二維、三維技術溶入教學內容之中。

2 教學內容

教學思路的轉變必然帶動教學內容調整。工程制圖課程一般包括國家標準、畫法幾何、工程圖等教學內容，為適應現代工程需要還需要添加測繪和計算機繪圖技術。在“大課堂，少學時”的教學現狀下，以“組合體”教學為核心，通過刪減投影理論、畫法幾何、立體截切等部分內容，調整國家標準溶入實踐教學，改變空間思維表達方式，加大學生直觀感受的實踐教學等實現了學生空間想象能力的培養和圖學表達能力的培養；并利用考核方式的改變使學生主動建立工程意識、規范意識。

表1 非工科類工程制圖教學內容

3 教學過程

《組合體》章節是工程制圖學習的核心章節，是培養學生畫圖和讀圖能力的關鍵環節[4]。同時，本章的教學效果對后續章節知識的掌握和靈活運用起到決定性作用。本文以《組合體》一章學習為例，介紹教學改革后組合體識圖教學過程的開展。

傳統教學把組合體構型分為疊加、挖切和綜合方式，強調線框和基本立體的對應關系。基于三維設計的工程制圖，立體的造型主要由拉伸、旋轉以及掃略方式形成，對空間構型思考應以此為主[5]，結合傳統方式進行。

圖1 某組合體二維視圖及三維造型

圖1a所示為某組合體二維視圖。可先以主視圖的外形輪廓和圓為草圖，按照左視圖的總寬度拉伸完成立體的畸變形狀(如圖1b所示)，再以左視圖的外輪廓為草圖，切除外側，得到該立體的側視方向基本形狀(如圖1c所示)，作圓切除左視圖方向的孔(如圖1d所示)。

在教學過程中，首先采用動畫演示讀圖過程，然后進行分組討論并點評；再然后以簡單形式進行總結，幫助學生記憶，如采用“分(畫線框，分形體)”“對(對投影，辨位置)”“想(細分析，想形狀)”“合(合起來，想整體)”四字進行總結。最后，要求學生分組進行讀組合體練習，采用三維軟件進行造型并采用二維軟件繪制第三幅視圖。

4 教學手段

針對不同教學內容和要求，使用不同的教學媒介(PPT演示、動畫演示、實物模型、黑板板書)，強調學生自主學習。采用“大課堂”講解，“小范圍”指導，以分組討論和項目考核方式激勵學生主動性，提供網絡資源幫助學習線下學習。

5 考核方式

當前工程制圖課程常采用平時成績和期末考試的形式對學生進行考評[6]，為改變現階段“重理論、輕實踐”的考核方式，課程改革加大了平時作業成績的占比，并增加了設計項目的考核，形成“平時(20%)+期末考試(40%)+計算機繪圖(20%)+設計項目(20%)”的考核方式，實現了考核的多樣化和階段性要求。

6 結語

基于三維設計的工程制圖教學改革，優化了教學目標，構建了新的課程體系，調整了教學內容，重新思考了教學過程，采用多種教學手段和多樣的考核方式提高了學生學習的積極主動性，保證了教學質量，實現了培養目標，滿足了現代工業的需求。