新工科背景下工程制圖課2-3D協同實踐教學改革

張浬萍 楊軍 賴佳欣

摘 要：隨著新工科發展戰略的推進，高等教育院校的人才培養的目標逐步向創新型和實用型復合人才轉變。在新形勢下，工程制圖課程的教學方法依然沿用傳統方法的現實普遍存在，無法滿足新時代人才培養要求。本文以2-3D思維轉換訓練為途徑，以工程案例為實訓載體，以二三維工具學習為輔助，以思維能力和制圖技能培養為目標的工程制圖課程教學改革，著力于培養實踐與創新型人才，以切合新工科背景下的工程人才培養需求。

關鍵詞：新工科 工程制圖 教學改革 思維轉換 實踐教學

隨著智能制造等新技術的發展，新工科建設將是教育改革的必然趨勢。在工程制圖學領域，因數字化應用的普及，國內外均發布了《技術產品文件數字化產品定義數據通則》系列標準，基于數字化模型的技術語言正在成為新的技術規范，平面圖紙將被三維圖紙所取代的發展趨勢正在萌生，但高校制圖課程的“理論講授+舉例說明+課后練習”的教學方法仍在延續，課程內容變化甚微，對于學生工程能力和創新能力的培養不足，與當代圖學數字化的大勢不符，明顯滯后于時代技術的發展。本文以切合實際、可落地實施為原則，提出以2-3D思維轉換訓練為途徑，以工程案例為實訓載體，以二三維工具學習為輔助，以思維能力培養為核心，構建工程制圖課程教學方法改革，以使制圖課教學符合新工科背景，切合圖學數字化發展趨勢。

一、現狀簡述

工程制圖課作為高校工科類專業學生最早接觸的技術基礎課程，具有極廣的授課學生群體。現對當前的教學現狀存在的普遍現象略做說明。

（1）空間思維能力培訓不足。

（2）工程案例實踐訓練不足。

（3）課堂內容滯后時代技術發展。

此外，畢業生在畢業設計中體現的制圖水平低下、為了找工作而慌忙自學繪圖軟件、對復雜幾何形體對象不能有效運用表達方法等現象在高校內也十分普遍。

二、制圖課程2-3D協同教學方法改革

從宏觀角度講，工程制圖課程包括二部分內容：一是以投影理論為主線的圖形學基礎;二是以基本制圖標準以及技術制圖標準等標準體系所規定的制圖規范。投影理論強調的是2-3D思維轉換方法，制圖規范則是技術圖紙的繪圖規則，其中，2-3D思維轉換使教師施教和學生學習的根本難點。因此，本文提出了一種以2-3D思維轉換訓練為核心，以工程案例為實訓載體，以二三維工具學習為輔助，以思維能力和制圖技能培養為目標的工程制圖課程教學改革，切實提升教學質量，培養空間思維能力突出、制圖技能扎實、初具實踐經驗和專業素養，且符合當代工程人才需求的實踐性創新人才。

（1）重構制圖課程內容體系。針對空間思維能力培訓不足、工程案例脫節、繪圖工具技能缺乏的問題，重構制圖課程內容體。在傳統教學內容和方法的基礎上，重視基于立體本源經驗的課堂應用，重視以2-3D思維轉換為側重點，將三維建模思想和投影表達方法相結合，生動地表達和表述投影規律和知識理論。針對不同學科專業需求分配培訓案例和課時等。按此原則，將三維軟件的應用引入工程制圖課程的學習，對現有的教材，特別是案例對象進行整合，刪除陳舊的、不適應時代的內容，增加制圖課程相關的新內容，重新構建適應時代的制圖課程的授課內容，以達到專項培訓和訓練的目的，加快學生思維方法的形成和轉變。

另外，隨著信息技術的不斷發展，線上的課堂將是未來的主流，開設線上制圖課程學習平臺，實現線上線下共同教學，有利于教學質量提升。

（2）“實訓為基，能力為重”的教學方法改革。制圖課程本身是一門應用于工程踐行的技術課程。因此，工程實踐的案例繪制，即滿足了課程教學本身的需要，也極大地提升了學生的專業熱情、實踐經驗、工程素養等，并綜合為學生的思維能力和技術制圖能力。具體而言：其一，空間思維能力的培養必須依賴于基于立體的實訓過程，采用三維實訓的方法去構建學生的立體思維是直接而有效的方法，有利于引導學生建立自身對投影理論的理解和應用，快速實現思維能力的培養。其次，工程經驗必須在實踐與實訓中才能建立。應用工程案例和當下普及的二三維制圖工具進行制圖實踐，有助于實現目前以能力為導向的OBE現代教學理念。其三，使用基本示例進行實訓，引導學生從“不樂意為之”到主動學習的轉變，讓學生學習課程基本技能的同時，獲得一定的工程案例經驗，幫助學生“為用而學、學以致用”，同時有效地提升學生的參與性、操作性和實踐性，促進學生能力的高速提升。其四，以項目驅動為導向的工程案例實踐教學促進教學互動和引發教學方法的豐富性，例如教師通過任務驅動法引導學生對工程對象進行充分的思考和分析，組織學生自行進行討論，甚至課堂翻轉促使學生為主進學習。其五，完成制圖教學任務的同時，通過促進學生對工程應用的充分認知，有利于激發學生的創新思考和創造熱情。

（3）培養與時俱進知識架構。技術制圖標準和技術要求是工程技術制圖中非常重要的內容，通過二、三維繪圖工具的訓練不但促使學生有效地快速具備2-3D思維轉換方法，也普及了基于數字化模型技術的技術制圖認識，構建學生與時俱進的技術制圖知識系統。引導學生從規范的圖紙中提前獲取工藝知識，促進相關課程的學習。同時使得學生初步了解數字化制圖和設計過程，同時對基于三維模型的技術制圖標準進行必要的了解和學習。總之，在新工科建設的時代中，教師的教學內容也應與時代的發展相適應，以便拓展學生的知識面，全面提升學生的綜合素質。

結語

在新工科建設的實踐和探索中，工程制圖課程的改革勢在必行。在考慮時代背景和數字化技術制圖發展趨勢的時代背景下，以基于數字化模型的2-3D思維轉換方法培訓為內在動力，以工程案例應用進行能力培養為重點，重建工程制圖課程的內容體系，并以內容促進教學方法的深度變革，從而實現“重能力”的、符合OBE教學理念的教學設計，才能培養出符合時代發展所需的優質人才。