工程教育認證背景下工程制圖類課程教學改革

王振寧

（安陽工學院機械工程學院，河南安陽455000）

0 引言

工程教育專業認證是保障高等院校工科專業教育質量的重要機制和手段,也是實現工程教育國際化的主要途徑[1]。其教育理念的核心是以學生為中心，以培養目標為導向，認證過程是把培養目標和畢業要求作為評價學生是否合格的標準[2]。工科類專業畢業的學生，其能力是否達到行業認可的要求，應作為教學目標重要的評價指標之一。

“工程制圖”是工科專業一門重要的專業基礎課，工程制圖在經歷了尺規制圖，二維CAD繪圖階段后，隨著計算機技術的不斷發展，國內外優秀的CAD軟件在我國工程領域的應用面的不斷擴大，主流的三維設計軟件，已經不僅局限于繪圖功能，還集成了零件設計、裝配、工程圖、仿真、模具、加工、產品數據庫管理等功能，涉及產品開發和生產的各個環節。三維設計軟件已成為工程上普遍采用的設計工具。

因此工程制圖理論、二維CAD軟件、三維CAD軟件的教學成為了一個系統的工程制圖課程體系，各學校對這些課程的叫法不一，此處分別以“工程制圖”、“計算機輔助設計（2D）”、“計算機輔助設計（3D）”稱呼，三者之間是各自獨立但又緊密相關的課程，三門課程的教學目標即培養繪制（尺規繪圖、二維CAD繪圖、三維設計軟件設計與繪圖）以及識讀機械工程圖樣的能力。從而使學生不僅掌握制圖理論，而且能夠運用軟件熟練進行機械產品設計及工程圖繪制。這一目標正符合工程教育專業認證的核心導向。

1 現階段制工程制圖類課程存在的問題

現階段，在各高校中，三門課程的教學比較獨立，雖然有學校或教師嘗試把計算機繪圖教學的內容引入“工程制圖”理論課程中，甚至從培養計劃，教材、教學大綱、考試考核辦法入手組成了全新的“工程制圖”理論課，但是效果值得商榷，主要問題有以下幾點：

1）制圖課理論教學中引入大量的計算機繪圖內容，造成學生對理論課程學習的不連貫，而且學生學習的焦點放在了趣味性較強的計算機繪圖部分。筆者認為在理論教學中引入三維軟件對三維模型進行展示，能夠極大降低學習制圖理論的難度，提高學生的學習興趣，但學習重點還是要圍繞制圖理論進行，三維軟件的使用或教學比重應適當。

2）學時無法滿足教學要求。通過對不同專業“工程制圖”課程多學時和少學時教學的長期教學總結，對于普通本科學校機械大類各專業學生來說工程制圖分兩個學期授課是適當的。如果在理論教學中參入大量的計算機教學，理論教學部分學時無法保證。

3）教學場地無法滿足要求，對于一門課程，理論課教室和計算機機房交替排課，多數學校都無法滿足要求。

因此，三門課程仍需要獨立教學。但需要設法使制圖類各課程緊聯系在一起。

2 基于培養目標為導向的教學改革

工程制圖類課程應嘗試從培養計劃、教學內容、教學手段和方法、教學大綱，考核辦法上入手，制定一套全新的制圖類課程培養方案，使三門課程緊密聯系在一起，從而保證學生制圖理論扎實、識圖能力強、同時能夠熟練使用制圖工具進行機械產品設計以及工程圖的繪制。現以安陽工學院機械工程學院為例介紹。

表1 工程制圖類課程培養方案

2.1 培養計劃

2.1.1 工程制圖

1）工程制圖（1）、（2）系機械學院各專業學生專業基礎必修課，工程制圖總學時為120，分為兩個學期，考試課，考核方法為閉卷。課程只講授工程制圖理論課程，但是會在新生入學教育中開辟一個專題，介紹①制圖在機械類課程中的地位、作用、內容；②制圖技術經歷的各階段及其特點，③各種主流三維設計軟件的功能、特點及使用領域，④相關制圖競賽（如“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、全國三維數字化創新設計大賽等）的比賽內容及獲獎情況。通過介紹使學生了解到，設計軟件是機械類學生必須掌握的設計工具，同時也認識到在競賽中獲獎，在以后的就業和考研中將具有很強的優勢。激發學生對制圖理論課程和制圖軟件的學習興趣。在工程制圖課程的緒論環節，會對上述內容重點介紹，從而吸引一部分感興趣的學生，在第一學期提前準備電腦，介入三維軟件的學習。

2）在制圖課程中引入三維軟件和三維模型。傳統的實體模型在制圖課程教學中存在諸多缺點，PPT貼圖不能多角度實時展示模型，在制圖課程中逐步引入三維軟件和三維模型進行教學，大大降低了教與學的難度，激發了學生的學習興趣，同時通過課堂上的演示，使學生再次認識到三維設計在機械設計中的強大功能及重要性。

現階段很多出版社都在制圖類教材中引入了新技術，通過手機拍照引入三維模型，作為課堂教學的輔助手段。方法一是通過手機中用于三維展示的APP掃描書中二維碼，可以實現學生自主瀏覽三維模型，這種方法目前較成熟，效果好，如機工出版社出版《工程圖學基礎教程》一書，方法二是引入VR技術，但現階段因為技術問題效果并不理想。上述兩種方法可以在一定程度上通過三維模型輔助學生自學，課堂授課老師則可以通過Edrawings軟件對三維模型進行展示。

通過給學生分享各類軟件的教學視頻及學習資料，促使一部分學生較早地開始學習三維設計軟件，從中我們會發現一些對此有興趣的學生，加以重點培養，為制圖競賽和各設計團隊儲備人才。

2.1.2 計算機輔助設計（3D）、計算機輔助設計（2D）

計算機輔助設計（3D）是各專業學生專業基礎必修課，以UG NX教學為例，現階段總學時為42學時，周學時為3學時，較以前的28的總學時有所增加，但考慮到其他課程設計或者節假日放假的占用，實際每學期包括本門課程考試只有14周教學時間，學時較少。

在長期的課程設計教學和畢業設計輔導中，逐漸認識到傳統的尺規繪圖、二維CAD繪圖的不足，以及制圖軟件學期安排滯后的不利之處，我們不斷前置制圖軟件課程，現階段將計算機輔助設計（3D）安排在第二學期，計算機輔助設計（2D）安排在了第三學期，不僅促進了制圖理論課程的學習，而且因為課程前置，從而為后續制圖測繪、機械設計等課程設計提供了強有力的技術支持，也為學生下一步進實驗室，加入老師組織的設計團隊提供了一定的人才儲備。

在培養計劃討論中，有另外一種觀點，即計算機輔助設計（3D）教學應該更加提前，否則到第二個學期開始教學學習，再經過自學和練習，真正能夠熟練使用各模塊進行機械設計，就要到大二下學期，大三專業課大量鋪開，同時一部分同學要考研，對于學生進入實驗室或者設計團隊參與設計或者學科競賽，在時間上無法保障。因此教學目標應著眼于引導學生入門，至于學生的熟練使用，應通過后期自學及練習達到，因此我們在機械設計制造及其自動化專業進行教學試點，將計算機輔助設計（3D）放在第一學期，通過兩年的試行，確實如上述觀點所描述，學生入門較早，后期很多同學會進入實驗室和設計團隊，真正參與設計實踐，對激發學生的學習興趣，提高學生的專業水平，帶動學風的提升有非常大的影響。但缺點是因為工程制圖理論課還沒有講解機件的多種表達方法以及零件圖、裝配圖，對三維軟件建模學習有一定影響，

2.2 教學內容和考核方法

2.2.1 工程制圖

工程制圖（1）、（2）考試內容選擇題15%，作圖題85%，重點考察學生對幾何體畫圖以及零件圖、裝配圖識圖的掌握。

上學期授課內容為制圖基礎、畫法幾何，考察要點是截交線、相貫線、組合體；下學期內容為機械制圖部分。考察要點為機件的常用表達方式（重點為剖視圖、斷面圖、螺紋緊固件裝配圖的作圖，以及零件圖、裝配圖的識圖）。

2.2.2 計算機輔助設計（3D）

因為學時較少，對于模塊功能多，命令及其參數設置較多的UG NX來說，學時遠遠不夠，教學內容只能大幅度刪減，挑選最常用的模塊及命令，具體內容如下：1）包含草圖和特征建模及編輯的常規零件建模命令；2）裝配模塊；3）工程圖模塊。其他如曲面建模、裝配圖中的爆炸圖、裝配序列動畫、運動仿真等模塊由學生自學。

考核方式為機試，時間2小時，考核內容為小型部件（7～10個零件）零件建模和裝配。

2.2.3 計算機輔助設計（2D）

計算機輔助設計（2D）授課內容以AutoCAD軟件的二維制圖教學為主，后期穿插CAXA電子圖板的使用，以及三維軟件工程圖轉AutoCAD格式文件，之后通過CAXA處理，直到打印出圖的使用流程，使學生不論是三維軟件生成工程圖，或是轉檔CAD出圖，都能夠熟練使用，以適應現階段企業對制圖工作新的需求。

考核方式為機試，時間2小時，考核內容為支架類、殼體類零件圖繪制和打印出圖。

3 教學改革效果

通過制圖類課程三年內教學方面不斷改革，成效非常明顯，學生識圖、繪圖能力極大增強，完全可以達到行業對制圖能力的需求，符合工程教育專業認證對課程的要求。

1）學生學習制圖類課程興趣提高；對工程制圖中的截交線、相貫線、組合體、機件的常用表達方法等難點理解能力大幅度增強，成績提高明顯；制圖測繪，機械設計等課程設計增加了計算機建模、繪圖、出圖工作，學生繪圖實踐能力極大增強。

2）學生學習制圖類軟件的興趣濃厚，積極參加各類制圖類、數字建模類比賽，取得了優異的成績，2016年至今僅參加“高教杯”先進成圖技術與產品信息建模創新大賽的省賽和國賽，獲得省賽獲團體特等獎、一等獎多項，省賽、國賽個人一、二、三等獎若干項的好成績，其他如全國三維數字化創新設計大賽等，同樣獲獎頗豐。

3）因為制圖類課程的前置和加強，許多學生大一進入教師設計團隊，能夠從事很過實際工作，對學生專業能力的提升效果明顯，部分學生畢業時無需較長的實習階段，可以直接從事機械產品的設計、研發工作。