《畫法幾何與工程制圖》課程信息化教學(xué)應(yīng)用研究

尹迪 杜智超

摘要：高校《畫法幾何與工程制圖》課程是土木工程專業(yè)必修的一門技術(shù)性基礎(chǔ)學(xué)科，該門課程的特點就是教學(xué)內(nèi)容十分抽象化、各類圖形較多，對空間想象力的要求極高，而同時教師要完全通過口頭講授來表達教學(xué)知識就會有些力不從心。因此，在高校《畫法幾何與工程制圖》課程中應(yīng)用信息化教學(xué)手段，不僅能有效化解上述所提到的實際問題，還有利于幫助學(xué)生拓展專業(yè)知識視野，激發(fā)他們良好的學(xué)習(xí)興致，強化他們的空間思維能力，獲得高質(zhì)量的教學(xué)成果。

關(guān)鍵詞：《畫法幾何與工程制圖》;課程;信息化教學(xué);應(yīng)用

一、引言

高校《畫法幾何與工程制圖》課程是土木工程專業(yè)必修的一門技術(shù)性基礎(chǔ)學(xué)科，它主要研究的是如何解決空間的幾何問題，還有讓學(xué)生學(xué)會繪制并閱讀工程圖樣，培養(yǎng)學(xué)生對三維圖形及有關(guān)位置的空間思維邏輯及形象思維能力[1]。近年來，隨著社會科技及教育行業(yè)的快速發(fā)展，高校教育改革的步伐也在與時俱進，為有效滿足社會經(jīng)濟發(fā)展的需求，高校的人才培養(yǎng)戰(zhàn)略呈現(xiàn)出寬口徑、多元化的發(fā)展趨勢，高校所開設(shè)的專業(yè)課程越來越豐富，大學(xué)生所要學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容也越來越多，與此同時的是對教學(xué)課時的不斷減少和擠壓。在此教學(xué)形勢下，原來傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)模式顯然無法適應(yīng)教學(xué)的需求，而課程信息化教學(xué)手段的應(yīng)用則成為勢在必行之舉，將多媒體教學(xué)、微課、藍墨云班課、AutoCAD 二維軟件、SolidWorks 三維軟件等現(xiàn)代化教學(xué)工具應(yīng)用到該《畫法幾何與工程制圖》課程中，不僅有效節(jié)省課堂教學(xué)時間、加快課程進度，在提高學(xué)生空間想象力的同時，還能引導(dǎo)他們對真實的二維平面及三維立體空間圖形實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，提高他們以二維平面來化解三維空間問題的思維能力。基于此，筆者結(jié)合自身的實踐教學(xué)經(jīng)驗，提出《畫法幾何與工程制圖》課程信息化教學(xué)的應(yīng)用手段，希望能給廣大教育同仁以參考借鑒。

二、多媒體手段的應(yīng)用

高校《畫法幾何與工程制圖》課程作為一門研究性技術(shù)學(xué)科，與其他普通的數(shù)學(xué)、物理學(xué)科存在很大不用，這些學(xué)科更為強調(diào)知識的邏輯推理思維，對于學(xué)生而言并不陌生;然而《畫法幾何與工程制圖》是要學(xué)生用二維的圖形和符號來表述三維的空間物體，它所要強調(diào)的是對圖形的空間想象力及構(gòu)思性，這些對于學(xué)生來說是十分陌生的，同時加之課程內(nèi)容的抽象和枯燥，因此學(xué)習(xí)起來具備較大的挑戰(zhàn)難度。綜上原因分析，這主要還是和學(xué)生的思維方式存在必然關(guān)系，換言之也就是他們依舊習(xí)慣用原來學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理那樣的邏輯推理思維來學(xué)習(xí)這門課程，那么其學(xué)習(xí)的效果則必定差強人意。然而，通過在《畫法幾何與工程制圖》課程中采用多媒體教學(xué)手段，制作工程制圖CAI多媒體課件，將教學(xué)內(nèi)容以圖文并茂、聲音視頻、動畫動漫的方式呈現(xiàn)出來，并搭配相應(yīng)的案例課題，則讓課堂教學(xué)擁有了更多更便捷的知識信息，并促使教學(xué)知識更為直觀清晰，實現(xiàn)高重復(fù)性、低強度性的效率化教學(xué)，通過向?qū)W生傳輸更多形式的信息資源，讓學(xué)生全面獲得信息的沖擊，以此加強自身對工程圖形的空間思維能力及解讀能力。

此外，在《畫法幾何與工程制圖》課程中采用多媒體教學(xué)手段的優(yōu)勢是明顯的，然而教師也要注意合理適度。因為長期過多的開展多媒體教學(xué)，多媒體課件中的大信息量與學(xué)生的接受速度必然會構(gòu)成新的教學(xué)矛盾，當(dāng)信息量太多而又未能占據(jù)信息主導(dǎo)地位時，學(xué)生則會表現(xiàn)出學(xué)習(xí)上的一知半解、茫然無措，像是學(xué)了很多但似乎又沒完全掌握要點。所以結(jié)合多媒體教學(xué)的特點，教師應(yīng)有針對性地選擇在一些較為抽象化、不易理解的內(nèi)容中應(yīng)用。

三、微課視頻的應(yīng)用

微課在教學(xué)中具備短小、精悍的特點，一般視頻時長被控制在5-15分鐘以內(nèi)，主要針對一兩個知識重點進行明確清晰的講解，在教學(xué)中的應(yīng)用靈活性較強。因此，微課憑著其學(xué)時短、項目化、半結(jié)構(gòu)化、情境真實化的優(yōu)勢特征，可有效解決以往傳統(tǒng)教學(xué)中忽視學(xué)生認知需求、學(xué)習(xí)目標不明確、教學(xué)情境不真實的問題。關(guān)于繪圖軟件的使用、基本三維圖的繪制等都可先行制作微課短視頻以供學(xué)生課前導(dǎo)學(xué)，而學(xué)生則根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況，合理調(diào)整微課視頻的觀看時間和次數(shù)，繼而達到高效的課前預(yù)習(xí)及課后鞏固復(fù)習(xí)的效果。同時，通過微視頻的學(xué)習(xí)，學(xué)生還可及時了解自身在學(xué)習(xí)中存在的缺陷，提升知識的掌握熟練程度;尤其是針對學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不同、學(xué)習(xí)能力各異的學(xué)生而言，微課不僅可照顧到后進生同時也可兼顧到優(yōu)等生，在學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時間的選擇上極其靈活自由，能夠滿足學(xué)生個細化、針對性的學(xué)習(xí)需求。

四、AutoCAD 軟件的應(yīng)用

高校《畫法幾何與工程制圖》課程教學(xué)內(nèi)容可劃分為畫法幾何與工程制圖兩大部分，其中工程制圖要以畫法幾何作為理論依托，教學(xué)內(nèi)容抽象性強、理論結(jié)合實踐性強，教學(xué)課件中圖形占據(jù)極大部分，教師要開展講授教學(xué)的語言表達難度較大。在傳統(tǒng)板書教學(xué)模式下，教師要在課堂上用粉筆親自繪圖，這樣不僅加大自身工作量，同時還會占用過多的課時，其教學(xué)效果還不見得理想。然而，教師如果將AutoCAD二維繪圖軟件應(yīng)用到畫法幾何這部分教學(xué)中，則可合理化解這個問題。教師只需要提前做好電子教案在課堂上引入即可，因為電子教案中已經(jīng)把要講授的教學(xué)內(nèi)容通過圖文并茂的形式預(yù)設(shè)好，教師只需要輕點鼠標，則可根據(jù)預(yù)先編排好的順序進行投屏教學(xué)。這種教學(xué)方式的優(yōu)點就在于能夠大大節(jié)省課堂板書的時間，提升課堂教學(xué)的效率，在很大程度上化解了原先課時緊張的問題。

經(jīng)過筆者實踐教學(xué)，在《畫法幾何與工程制圖》課程的圖形制作中歸納到如下體會：制圖時可充分使用軟件中的圖層方法，也就是將繪圖對象放置在不同層次上，從而實現(xiàn)分類的目的，圖層分別標注圖層名稱，利用圖層的特點比如顏色的不同、線性的差異來去區(qū)別不同的繪圖對象。與此同時，還可借助圖層管理功能來組織圖形，比如一軸線為鉛垂線的圓錐體與一正垂面相交，截交線的空間形狀是一橢圓，此時截交線的投影已知與正垂面的投影相互重合，求截交線的投影[2]。在使用AutoCAD二維繪圖軟件制作該圖形時，則可創(chuàng)建三個圖層，同時分別給它們以標注特性，也就是分別標出軸線層、圓錐線層以及截交線層。把軸線層作為當(dāng)前層繪出圓錐線層的兩面投影，然后再把圓錐線層作為當(dāng)前層繪出圓錐的兩面投影，最后再把截交線層繪出正垂面的投影。整個操作之后使用復(fù)制命令將該圖形粘貼下來，這樣繪制好的兩個圖形一個將其作為題目圖、一個作為答案圖備用。接下來，需要在答案圖上求取截交線，先把繪圖軟件中的“0”層認作是當(dāng)前層，借助緯圓法在截交線的投影上繪出輔助同心圓，確定好截交線上的各個點，接著切換到截交線層連接點，這樣就可求得截交線的投影。為讓圖形表面更為清晰直觀，可先關(guān)閉“0”層，這樣輔助同心圓就不會顯示出來了，學(xué)生也就能夠更為清楚地看到截交線的兩面投影。這樣的繪圖方法，通過色彩的強烈對比則可更好地呈現(xiàn)出圖形投影的相互對應(yīng)性關(guān)系，同時做題時的輔助線可根據(jù)圖層管理工具進行顯示或關(guān)閉，給教師省去不少麻煩，不僅節(jié)省了課堂時間還提升了教學(xué)效率。

五、藍墨云班課的應(yīng)用

移動互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，智能手機已實現(xiàn)全民普及，大學(xué)生對于手機的依賴性也越來越高，課堂上學(xué)生偷摸玩手機的現(xiàn)象屢禁不止。任何事物總是利弊共存，針對學(xué)生的這一特點，高校可應(yīng)用藍墨云班課實施教學(xué)，讓手機搖身一變成為學(xué)生學(xué)習(xí)的輔助工具。在《畫法幾何與工程制圖》課程中，通過手機下載藍墨云班課APP，每個學(xué)生開通一個獨立賬號登錄使用，教師及時上傳一些微課短視頻、電子教程、教學(xué)PPT、教學(xué)安排及測試習(xí)題等相關(guān)內(nèi)容，利用APP開展一系列互動學(xué)習(xí)。比如實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，要求學(xué)生在課前登錄APP進入班課，接受并完成教師安排的課前學(xué)習(xí)任務(wù)，這樣教師也能及時了解學(xué)生預(yù)習(xí)情況，以便課中有針對性地組織教學(xué)活動;課中教學(xué)時，由于課前經(jīng)過了充分預(yù)習(xí)，教師則可適當(dāng)加快講授進度，針對重難點知識、學(xué)生預(yù)習(xí)時的疑問進行側(cè)重講解，留有足夠課堂時間進行設(shè)問、答疑、互動以及檢測，以此調(diào)動學(xué)生的課堂興趣，提高學(xué)習(xí)專注力和主動性;課后復(fù)習(xí)時，教師則可通過APP上傳課后作業(yè)，開展在線答疑，進行學(xué)習(xí)評價等，這樣教師不僅將課前、課中與課后全程銜接起來，還能通過后臺數(shù)據(jù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，繼而及時做出合理調(diào)整和安排，提高課程教學(xué)的有效性。

六、SolidWorks 軟件的應(yīng)用

SolidWorks 是一款三維計算機輔助設(shè)計應(yīng)用軟件，作為一款參數(shù)化建模軟件，它主要是被用在機械產(chǎn)品的開發(fā)層面，包括零件、裝配體以及工程圖三個模塊部分，通過SolidWorks 的可參數(shù)化三維模型開展產(chǎn)品設(shè)計，其設(shè)計過程就和企業(yè)真實產(chǎn)品的構(gòu)造或是加工制作的過程一模一樣，能夠反映出產(chǎn)品的幾何形狀，讓整個設(shè)計過程能夠完全符合設(shè)計者的設(shè)計習(xí)慣及思維方式[3]。由于SolidWorks 能夠?qū)⑷S模型直接轉(zhuǎn)換為二維圖形，這也就在很大程度上提高了產(chǎn)品的設(shè)計效率。

比如，教師在教學(xué)通過投影表示點線面，線面相對為主與基本體的開始階段，可利用多媒體手段、AutoCAD軟件的輔助作用來講解基本理論知識以及手工作圖，以便讓學(xué)生加深知識理解，厘清三維空間物體與二維平面圖形間的關(guān)系;但是，在講解相貫線及后續(xù)知識時，一般空間思維能力不足的學(xué)生將倍感吃力，這時教師就應(yīng)合理插入? SolidWorks 軟件的應(yīng)用，借助其具備的二維圖轉(zhuǎn)化三維模型功能，幫助學(xué)生從三維立體模型中自動生成空間思維能力，促進他們提高自主分析和問題解決的能力。此外，在該門課程中應(yīng)用SolidWorks更關(guān)鍵的是能讓學(xué)生認識和了解三維計算機輔助設(shè)計軟件，與工程實踐形成密切聯(lián)系，將三維建模與二維圖樣設(shè)計加工結(jié)合起來，提高學(xué)生應(yīng)用三維軟件輔助設(shè)計的能力，為學(xué)生未來就業(yè)發(fā)展打牢實踐基礎(chǔ)[4]。

SolidWorks軟件在該門課程中的應(yīng)用包括組合相貫線、組合體及剖視圖三個部分。首先是組合相貫線，組合相貫線是指三個及以上立體相交組成的表面交線。通常組合相貫線的空間形狀不好想象，在求解時往往會令學(xué)生手足無措，所以教師在講解相貫線有關(guān)內(nèi)容時，可借SolidWorks軟件由二維草圖生成三維實體圖的功能，直觀呈現(xiàn)出相貫體的類型、組合方式、空間形狀、對應(yīng)位置等，從而讓學(xué)生快速提升空間想象能力，最終了解并掌握組合相貫線方面的知識。

其次是組合體，組合體是指由若干個基本體疊加或分割所形成的立體，教學(xué)的重難點是要讓學(xué)生讀組合體的三視圖及補組合體的三視圖，培養(yǎng)學(xué)生良好的空間想象力及使用二維圖表達空間立體感的能力，然而由于很多學(xué)生的空間想象力不夠，針對組合體的學(xué)習(xí)效果并不明顯。通過在此部分應(yīng)用SolidWorks三維建模，可幫助學(xué)生更好地理解基本體相互間的組合方法、基準和尺寸之間關(guān)系、表面連接方法、組合體的空間形狀等。此外，通過SolidWorks將三維模型自動生成工程圖，能夠幫助學(xué)生校核補組合體三視圖的正確性與否。

最后是剖視圖，剖視圖是用以表示零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀的投影圖，也是工程制圖中的重難點。應(yīng)用SolidWorks 可通過工程圖模塊完成各種不同的剖視圖;在零件模塊下選擇“剖切平面”可在指定位置剖開零件，這樣就能以直觀立體化的三維旋轉(zhuǎn)動態(tài)形式呈現(xiàn)在課堂上，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興致，獲得良好的教學(xué)效果。比如將零件的主視圖以全面的剖視圖表示出來，第一步可根據(jù)已知視圖創(chuàng)建它的三維實體圖;第二部通過零件模塊選擇“剖切平面”在合適的位置剖開零件，同時也可用工程圖形式制作零件的全剖視圖。

七、結(jié)束語

綜上實踐表明，在《畫法幾何與工程制圖》課程中應(yīng)用信息化教學(xué)手段，通過應(yīng)用多媒體教學(xué)、微課視頻、AutoCAD 軟件、藍墨云班課、SolidWorks 軟件等其教學(xué)優(yōu)勢諸多，不僅可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生加強空間想象力，還可解決課程課時不足、講授不明的問題;更為重要的一點是，能夠?qū)⒍S設(shè)計與三維建模有機結(jié)合起來，加強學(xué)生對于計算機輔助設(shè)計的應(yīng)用能力，這些對于提高課程質(zhì)量而言都具有積極的促進意義。

作者單位：尹迪? ? 杜智超? ? 滄州交通學(xué)院

參? 考? 文? 獻

[1] 高會鮮. 信息化技術(shù)在《工程制圖與識圖》教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇， 2018，17（8）：216-217.

[2] 尚琛煦，張曉玲. 現(xiàn)代化教學(xué)手段在《畫法幾何及工程制圖》中的應(yīng)用[J]. 鄭州經(jīng)濟管理干部學(xué)院學(xué)報，2006，21（1）：78-80.

[3] 王通. 《畫法幾何及工程制圖》教學(xué)方法探討[J]. 機械管理開發(fā)，2012（3）：164-165.

[4] 馮欣蕊. 畫法幾何及土木工程制圖微課教學(xué)改革與實踐[J]. 高等建筑教育， 2015，24（6）：167-169.