基于三維建模軟件下的啟發式教學法在工程制圖課程中的探索與應用

趙珍 戚丹 陸靜 馬琳

摘 要：工程制圖作為我國工科大學生必修的一門技術基礎課，目前存在授課方式單一、效率低、無法顧全不同知識水平的學生，學生對復雜體往往難以理解等問題。本文將以啟發式教學法為教學手段，以三維建模軟件為輔助工具，介紹關于對《工程制圖》課程教學的探索與應用。主要內容有：對學生進行合理分組以提高學習效率;利用三維建模軟件建立相應模型進行輔助教學以促使學生理解;選用啟發式教學法進行教學，提高學生興趣和加深學生記憶效果;將課上的重點內容和課后較難習題錄制成小視頻建設成庫以解決傳統課后答疑的局限性。

關鍵詞：工程制圖;工科;PBHT;三維建模

Abstract：Engineering drawing is a required basic technical course for college students of engineering in China.At present，there are many problems，such as single teaching method，low efficiency，inability to take into account students with different levels of knowledge，and students' difficulty in understanding complex objects.This paper will introduce the exploration and application of the course teaching of engineering drawing by using heuristic teaching method and 3d modeling software.The main content includes：to carry on the reasonable grouping to the student to improve the study efficiency;Three-dimensional modeling software is used to establish the corresponding model for teaching to promote students' understanding;Adopt heuristic teaching method for teaching，improve students' interest and deepen students' memory effect;In order to solve the limitation of traditional after-class question-answering，the key content in class and the difficult problems after class are recorded into a small video.

Key words：engineering drawing;engineering;PBHT;3d modeling

1 啟發式教學法簡介

啟發式教學（Problem Based Heuristic Teaching，PBHT），就是根據教學目的、內容、學生的知識水平和知識規律，運用各種教學手段，采用啟發誘導辦法傳授知識、培養能力，使學生積極主動地學習，以促進身心發展。在這種教學方法下，學生主動參與到課堂教學中去，不再是單純的“教師教—學生學”的被動模式，如此一來，便可以使得學生上課積極性大大提高，對課堂上的知識點也更為記憶深刻，從而在活躍課堂氛圍的同時提高班級整體學習效果。

2 工程制圖課程特點

工程制圖作為我國工科大學生必修的一門技術基礎課，這門課程主要是學習如何根據投影的基本知識，將所想象的建筑形體，在圖紙上用二維或三維圖形準確表達出來。同時通過正確閱讀和理解工程圖紙，培養學生的空間形象思維能力、工程基本素質和創造性構型設計能力。

目前，國內外相關研究表明，《工程制圖》教學主要面臨以下問題：（1）《工程制圖》課往往設置在低年級，學生缺乏實際經驗和工程觀念，在教學中沿用傳統的教材、教學計劃和模式相對固化，學生的圖形表達、實踐能力及工程意識的培養欠缺;（2）教學內容的授課方式單一、效率低、無法顧全不同知識水平的學生，不利于學生的學習能力、解決問題能力、創新能力和工程意識的培養與提高。（3）課程對于學生的空間形象思維能力要求較高，遇到較為復雜的立體，傳統教學法便難以幫助學生理解掌握這部分知識。（4）由于各專業教學計劃和教學內容的調整，工程制圖授課學時逐年縮減，造成了教師不得不在更少的學時下卻要完成比以往更多教學內容的情況。結果往往是課后輔導費時且效果不好。

本文主要介紹啟發式教學法在工程制圖課程教學的探索與應用。

3 教學方法的探索與應用

以工程制圖課程中《基本體的投影及表面上的點》這一小節為例，通過以下教學實施過程，在課堂上將學習的主動權交給學生，充分調動學生的積極性，提升課堂效果。具體實施步驟如下：

（1）對學生進行分組，將參加學習的學生以4-6人分為一組，以小組為單位進行課堂討論。小組組長由小組成員按照課次輪流擔任，主要負責課堂討論的組織和紀律維持，提高學習效率。

（2）利用三維建模軟件建立所需基本體，向同學們進行展示并開展教學活動。這種展示方法和傳統實體模型展示相比有較多優點，首先，它可供各組同學同時觀看各基本體的投影情況且觀察角度相同，避免出現不同方向的學生看到不同結果的情況，節約了傳統教學中輪流觀看模具的時間;其次，對于較為復雜的切割體和疊加體，教師可以很快時間內建立好模型，并可以直觀地向學生們演示其形成過程，利用軟件中的剖切功能，還可以向學生展示復雜體的內部結構，有利于學生理解。此外，將習題中的復雜體建立立體模型，然后將其各個方向投影的動態視頻加入電子資源習題庫中，可以方便課下所有同學的自主學習，在提高學生學習效果的同時大大節省了教師課后答疑的時間。

（3）啟發式教學法的應用。在《基本體的投影及表面上的點》這一小節中，關鍵內容的教學有以下三個部分：

①基本體按其表面的幾何性質可分為平面立體和曲面立體，其中平面體介紹棱柱體和棱錐體;曲面體介紹圓柱體、圓錐體和球體。各小組成員對熒幕顯示的各基本體三維模型進行三視圖投影特點歸納，探討總結出各自的投影特點，以棱柱體為例，棱柱體的三視圖投影特性為“兩個矩形和一個多邊形”，如圖1～圖2所示。這種教學法不但能提高學生對課程的興趣，還可以加深學生對本節課程知識的記憶效果。

②根據習題中的已知條件和總結的基本體投影特點，繪制出習題中的基本體三視圖。并將知識點延伸到簡單的疊加體和切割體。如圖3所示為三棱柱和四棱柱前后方向的模型，圖4為該模型所對應的的三視圖。

（4）課后作業的批改和問題反饋。將本節課關鍵內容知識點的講解錄制成幾分鐘的短視頻，供基礎功薄弱的學生進行課下學習和考前的復習。同時將習題冊中較為復雜的形體建成三維模型，并錄制講解視頻，將其加入習題庫中。

4 結論

工程制圖課程是我國工科大學生必修的一門專業基礎課程，涉及知識面多，應用范圍廣，對學生的空間想象力要求較高。本文以啟發式教學法為教學手段，以三維建模軟件為輔助工具，對《工程制圖》課程教學改革做了探索與應用。主要結論有：（1）對學生合理分組進行課堂討論，有助于使學生積極主動地學習，提高學習效率。（2）在課上利用三維建模軟件建立相應模型進行輔助教學，可以直觀地向學生們演示其形成過程，有利于學生理解。（3）選用啟發式教學法進行教學，不但能提高學生對課程的興趣，還可以加深學生對本節課程知識的記憶效果。（4）將課上的重點內容和課后較難習題錄制成小視頻并建設成庫以供學生進行課下學習和考前復習，可以解決傳統課后答疑的局限性。

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作者簡介：趙珍（1991-），女，陜西西安人，碩士研究生，助教，主要從事水工結構方面的教學與研究。