基于數字化“工程圖學”教學分析研究*

閔祥梅 ， 王長虎 ， 李風武

（1.濟寧市工業技師學院，山東 濟寧 272000；2.山東農業工程學院，山東 濟南 250100）

“工程圖學”課程在工科各個專業中具備基礎性的作用，是學生需要掌握的一門專業基礎課，在實踐教學中能夠使學生養成正確的工程意識，養成工作細心的習慣和強烈的責任感。本文研究“工程圖學”課程在專業教學中如何使學生適應當今制造技術要求，并對新時代數字化教學改革進行探討。“工程圖學”實踐教學不僅可以增強學生動手能力，促進教學改革，運用工程意識將基礎知識轉變成培養創新能力的教學內容，而且可以根據專業要求創新大學的人才培養發展模式，培養符合當前制造產業創新需要的技術人才隊伍。采用數字化技術形象的教學情境，培育學生多種思維方式，發揮數字化信息傳遞優勢，使數字化信息融入教學過程中，創建具備靈性的學習氛圍。數字化技術在教學創新中應用普遍，在課程中可以準確展示零部件的平面圖以及結構設計，并對零部件的設計進程和結果進行優化。

1 “工程圖學”教學改革研究現狀

1.1 結合專業建設進行教學改革

“工程圖學”課程在工科學科中對學生知識體系的構建具有十分重要的作用，其要求學生掌握圖樣的繪制以及識讀的規律，以培育學生圖形制圖的才能。但手工繪圖教學需要花費大量課時，學生也需要花費很多時間去練習和操作繪圖[1]。隨著三維軟件的快速發展，“工程圖學”課程順應形勢也擴充了計算機繪圖方面的知識，在教學中結合專業要求進行教學改革，擴展新的教學內容，吸收、采用三維軟件繪圖，提升各專業學生識圖繪圖和識讀規律的能力[2]。“工程圖學”課程借助計算機軟件進行教改，提高了學生識圖繪圖的能力，也促進了數字化技術以及制造業的發展。

1.2 結合重點教學內容進行改革

“工程圖學”課程以形體構思為著力點，加強繪圖操作，在教學過程中根據投影規律和不同視圖的對應關系，培養學生駕馭手工繪圖的技巧。教學中按照視圖之間的位置差異關系，講述展開投影面時，俯視圖的下方和上方表示物體不同前后面[3]。當側面向右旋轉展開以后，左視圖的左右兩方分別表示物體的前后兩個面，俯視圖和左視圖分別顯示物體的不同方面[4]。提高學生對視圖的理解能力，明白零件的結構設計，然后根據零件圖和裝配圖生產設計和制造產品。

2 “工程圖學”教改發展路徑研究

“工程圖學”教學理念和教學方式需要根據發展形勢做出改變，過去注重這門課程的工具性，側重講授，如今注重培育學生數字化創新意識。過去側重二維繪圖講授，看重手工繪圖，現在則更多借助三維繪圖軟件顯示零部件或局部的結構特征、建立三維模型授課，經過數字化技術的在線學習，學生對零件圖、裝配圖的讀圖能力有了很大的提高。

2.1 “工程圖學”課程意義

2.1.1 調動學生積極性

工科類專業“工程圖學”課程強調對學生識圖繪圖能力的培養，工程圖樣的表達要準確和齊全，以實物線條為基礎，培養學生創新意識以及手工繪圖的基本技能，培養學生運用工程圖學知識解決復雜零部件的結構問題，以增強學生在企業實踐中生產產品的能力[4]。教學中對學生強調工程意識，培育學生空間構想能力，并在課程教學中貫穿工程化思想，為學生職業生涯發展打下堅實的基礎[5]。

2.1.2 注重能力培養

工科類各個專業十分重視對學生的過程性考核，為保證教學質量，讓學生積極參與“工程圖學”課程與實踐不僅可以豐富其工科方面的素養，也可以提高學生解決實際工程問題的能力，加深對專業的掌握程度[6]。

2.2 三維軟件輔助教學

2.2.1 鼓勵學生學習三維軟件

激發學生興趣，引導學生采用三維軟件新技術畫剖面圖，解決軸測圖繪制中存在的難點問題。零件圖和裝配圖等教學內容在“工程圖學”課程中十分重要，體現了產品各部分之間的聯結裝配關系，在上課時向學生展現三維模型的構造特點[7]，對學生讀圖、繪圖以及零部件制造工序理解有很大幫助。

2.2.2 灌輸工程意識

激勵領頭雁企業以及中小企業加強與學校的合作，注重培養學生工程意識，在“工程圖學”課程的基礎知識中添加優化設計、創新意識以及產品特征等學科知識，提升學生對零部件視圖繪制畫法的學習能力[8]。教學改革不僅可以提高學生的工科素養，還可以提升學生繪圖、識圖的能力。在“工程圖學”課程各章節中，以基本體作為基礎講授投影規律，教學中要做到精煉講授，重點講授識讀零件圖以及零件的工藝結構，并向學生傳輸工程思想，培養學生工程意識。

2.3 構建立體模型輔助教學

2.3.1 立體模型促進直觀教學

傳統授課一般會應用教具進行實物展示，但教具受實物限制，所以類型較少。三維建模功能豐富，對不規則空間曲面建模方便，通過軟件旋轉和剖切等操作，可以動態展示內外結構，并且可以修改模型，使學生可以更直觀和形象地理解知識[9]。課堂講授時融入“工程學”“機械優化設計”等課程[10]，通過結合機械結構與使用要求，增強學生對正投影法根本理論的學習，啟發學生利用各種技術資料主動學習零部件結構。

2.3.2 合理分配教學內容

“工程圖學”課程需要根據教學大綱要求，使學生更好地理解工程圖學知識。怎樣實現工程圖學內容與其他專業知識的結合，恰當合理地分配教學內容，是“工程圖學”教學中需要考慮的。學生在剛開始學習時，對點、線、面的分析能力比較差，所以需要采用由易到難、由簡單到復雜的教學方式。在教學中，三維立體模型可以給學生更直觀的感受，也更易于學生接受對視圖的學習。針對學生面臨的實際問題，采取啟示疏導的方式逐步處理問題，使學生掌握與工程實際密切聯系的知識內容，從而便于學生學習其他具有工程基礎的課程。

2.4 數字化制造技術輔助教學

2.4.1 三維數據生成二維圖形

三維軟件具有數據轉換功能，可以利用三維數據生成二維圖形，降低了對二維繪圖能力的要求，加強了學生學習制圖的信心，并且提高了學生的繪圖能力。計算機網絡信息技術的迅猛發展促進了設計制造數字化、一體化的發展，教學時應更加注重對學生應用三維軟件的培訓。“工程圖學”這門課程在工科類專業中地位重要，有助于學生在繪制圖形的過程中形成嚴謹認真的工作作風。現代技術發展迅速，三維軟件數字化建模強化了“工程圖學”和相關課程的教學形式。在學習工程圖學時，學生能夠根據實物進行視圖、剖面圖等圖形的繪制，并把上課學到的工程圖學知識運用到產品的實際生產中，同時掌握拆畫零件圖知識，了解常見工藝，可以根據技術要求進行尺寸標注，并能夠拆畫零件圖。此外，在經過對裝配體的拆卸及裝配以后，學生能夠運用工程圖學知識解決零部件加工過程中遇到的問題。

2.4.2 推陳出新培養創造性思維

教學變化重在改變，培育學生創新性思想，利用三維設計軟件在計算機上構建三維模型，可以使學生更好地學習識圖繪圖知識。同時，在教學中讓學生明白不同投影之間的投影關系，但像利用圖解法求空間相對位置這種難度較大的內容可以讓學生根據自身情況選擇是否進行學習。此外，培養學生數字化制造理念，數字化深刻影響著企業技術的方方面面，數字化制造和數字化工藝改造推動了傳統制造業的發展，縮短了產品研發時間，提高了企業生產效率。在“工程圖學”課程教學中，借助軟件進行教學，使學生掌握現代設計理念，為將來步入社會打下基礎。

3 “工程圖學”教學改革反思

3.1 側重實踐教學

傳統的制圖教育主要包括繪圖和讀圖兩方面，但現代數字化制造加入了計算機輔助教學，首先構思三維產品，建立三維模型，并借助計算機對產品進行輔助分析，所以在教學改革中側重實踐教學。學校教室多媒體運用較為廣泛，多媒體教學不僅可以形象地展現物體投影及其相對位置關系，而且課堂內容容量大，還能夠提高講課效率，激發學生學習的積極性。同時，可以建立工程圖學專門的實驗場所進行現場教學，為學生學習工程圖學現場繪圖提供穩定的學習環境。此外，教師可以通過融合“機械設計”等其他課程，嘗試實施多種形式的教學，由多媒體演示零部件構造和三維造型等，并根據專業培養方案要求優化提升“工程圖學”教學能力，提升學生的創新創業意識。

3.2 培養工程意識，強化工程應用

在教學過程中，以探究式和因材施教的培養方式為主，注重教學過程性評價；嚴格把控教師教學業績考核，重在培育學生的才能；加大對學生學業過程性評價方面的考核力度，以不同方式展開課程教學，打牢工程圖學的知識儲備。在教學改革中培養學生表達工程設計的能力，在“工程圖學”課程教學的核心內容中加入案例分析，引導學生學習，并結合工程實際繪制工程圖樣，使學生掌握徒手繪圖和計算機繪圖兩項技能。在教學過程中，強調工程情境應用與繪圖技藝，借助三維軟件促進學生對“工程圖學”課程的學習。

4 “工程圖學”教改創新發展

4.1 運用工程化思路

考慮不同專業的教學要求，編寫適應新教學改革模式下“工程圖學”教學發展要求的教材，調整學時和教學內容，結合不同院校發展實際，圍繞不同教學措施和教學方法進行教學改革探討。充分利用多層次教學因材施教，充分發掘TBL（團隊教學模式）和PBL（問題導向模式）等不同教學方法，并將其應用到實際教學中，構建高效課堂。同時，多媒體教學視頻包含的圖形、圖像內容多，教材人性化改革可以使學生更容易理解知識，在教學時結合其他專業課程講解可以更貼近工程實際，加強學生對工程圖學理論基礎知識的學習。此外，教師需要掌握計算機軟件，積極進行教學變革創新，緊跟教學改革發展前沿趨勢，以適應現代教學改革的發展，培養學生的多種能力。

4.2 優化教學情境

經過剖析“工程圖學”教學現狀與教學大綱的培育要求可知，教學上側重傳統講授，學生培養要求與現代日益發展的智能制造數字化技術要求不太適應，學生工程應用能力與社會發展要求有較大差距。因此，應優化設計教學情境，以裝備圖樣為主線，根據工程化思想擴展、發散思維，運用數字化等新技術，為國家培養更多的高素質人才。

4.3 培養創新意識

利用信息化技術進行創新意識的培訓，在教學中發揮三維軟件優勢，通過三維實體展示物體實物，并在教學中結合三維實體和平面圖形，以促進數字化技術與“工程圖學”教學內容的深度交融，造就圖學創新思想，激發學生創新意識。