韓靜國
(山西機電職業(yè)技術(shù)學院,山西 長治 046011)
基于構(gòu)型設(shè)計的高職院校機械制圖課程體系實踐與研究
韓靜國
(山西機電職業(yè)技術(shù)學院,山西 長治 046011)
基于構(gòu)型設(shè)計的《機械制圖》課程教學體系是一種全新的教學體系。在制圖教學過程中對學生進行有針對性的構(gòu)型設(shè)計訓練,不僅能激發(fā)學生學習的興趣,變被動學習為主動學習,同時在開發(fā)學生空間想象力、培養(yǎng)創(chuàng)新素質(zhì)方面具有重要意義。
高職;機械制圖;構(gòu)型設(shè)計;課程體系
《機械制圖》是高等職業(yè)工科類院校一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。其教學目的不僅在于使學生掌握投影理論和具有一定繪圖和讀圖能力,更要培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力。在《機械制圖》課程中,形體“構(gòu)型設(shè)計”能力是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是素質(zhì)教育的重點所在。構(gòu)型設(shè)計不僅包含有抽象思維、形象思維和創(chuàng)造性思維,同時又充分體現(xiàn)了“以學生為中心”的教學理念。培養(yǎng)學生的形體創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計能力也是制圖課程教學改革中一個倍受關(guān)注的熱點問題[1,2,3,4、5],文章就如何基于構(gòu)型設(shè)計的工程圖學課程教學體系進行了實踐與研究。
“構(gòu)型”是指對形體的結(jié)構(gòu)及形狀進行構(gòu)造,或者說是形態(tài)的組合與分解?!霸O(shè)計”是指人們在從事某種有目的的活動時所進行的創(chuàng)作行為,如構(gòu)思或策劃等,然后將抽象的事物由具體圖形表達出來。圖1所示為“∪*、∩*、-*”集合進行構(gòu)造組合體的三種路徑示意。
在基于構(gòu)型設(shè)計的工程圖學課程教學體系中,在課程的不同階段有不同形式的形體構(gòu)型設(shè)計的訓練方法。將形體的構(gòu)型設(shè)計作為教學體系中的一個重要部分,并作為一條主線貫穿于整門課程之中是該教學體系的一個特色。在構(gòu)型設(shè)計基礎(chǔ)中,引入了一般制圖課程中較少提及的構(gòu)型設(shè)計的關(guān)系法則,如對稱與均衡、對比與調(diào)和、比例和尺度等。構(gòu)型設(shè)計常用的方法有切割、疊加、拉伸、旋轉(zhuǎn)、仿形等。
在課程的基本概念部分,構(gòu)型設(shè)計體現(xiàn)在幾何作圖方法和草圖訓練中。平面圖形構(gòu)型設(shè)計的原則包括:①構(gòu)型應(yīng)表達功能特征。應(yīng)積極思維、廣泛聯(lián)想、大膽創(chuàng)造、敢于突破、超越現(xiàn)實,設(shè)計出更加抽象、更富有聯(lián)想和寓意的平面圖形來。②造型應(yīng)注意工程化。工程化是指圖形的取材、描述和表達的對象主要是工程產(chǎn)品、設(shè)備與工具等,如運輸設(shè)備(車、船、或飛行器類)、生產(chǎn)設(shè)備、儀器儀表、電器、機器人等。③便于繪圖與標注尺寸。應(yīng)盡可能考慮用常用的平面圖形來構(gòu)型,以便使用常用的繪圖工具作圖和標注尺寸。構(gòu)型設(shè)計要特別注意:徒手畫一條任意曲線是輕而易舉的事,但要標注這條曲線的尺寸卻是非常困難的。
圖1 構(gòu)造組合形體的三種路徑
一般地,便于繪制和標注尺寸的圖形也便于加工制造,且具有良好的工藝性。
課程的投影基礎(chǔ)部分突出形體的構(gòu)型設(shè)計,能有效地培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維和工程意識,也是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、使機械制圖課程成為學生素質(zhì)教育的一個組成部分。構(gòu)型設(shè)計的教學特點體現(xiàn)在帶有特殊點的形體造型、帶有特殊線的形體造型、帶有特殊面的形體造型以及與它們互為補型的基本體造型等訓練中。
在課程的構(gòu)型設(shè)計基礎(chǔ)部分,構(gòu)型設(shè)計體現(xiàn)在引入構(gòu)型設(shè)計的美學原則、構(gòu)型設(shè)計的關(guān)系法則。這一部分以組合體的構(gòu)型設(shè)計及訓練為重點展開。在組合體的構(gòu)型設(shè)計時要把空間想象和型體表達有機結(jié)合起來,引導學生發(fā)展空間想象力、開拓思維,提高畫圖、讀圖能力,培養(yǎng)創(chuàng)新意識和和開發(fā)創(chuàng)造能力。①以基本幾何體構(gòu)型為主。組合體構(gòu)型設(shè)計的目的,主要是培養(yǎng)學生利用基本幾何體構(gòu)造組合體的能力及掌握組合體視圖的畫法。所設(shè)計的組合體應(yīng)盡可能體現(xiàn)工程產(chǎn)品或零部件的結(jié)構(gòu)形狀并滿足其功能特點,以培養(yǎng)學生觀察、分析、綜合能力。②構(gòu)型應(yīng)多樣化,具有創(chuàng)新性。在給定的條件下,構(gòu)成一個組合體所使用的基本體的種類、組合方式、相對位置、表面連接關(guān)系盡可能多式樣、有變化。不強調(diào)必須工程化,所設(shè)計的組合體也可以是憑自己想象,以更利于開拓思路,培養(yǎng)創(chuàng)造力和想象力。構(gòu)型過程要積極思維,大膽創(chuàng)造,敢于突破常規(guī)。③構(gòu)型應(yīng)體現(xiàn)穩(wěn)定、平衡等造型藝術(shù)規(guī)則。構(gòu)型設(shè)計時,對稱的結(jié)構(gòu)能使型體具有平衡、穩(wěn)定的效果。而對于非對稱的組合體,要采用適當?shù)男腕w分布,以獲得力學與視覺上的平衡感與穩(wěn)定感。
在課程的表達基礎(chǔ)部分,構(gòu)型設(shè)計體現(xiàn)形體關(guān)于各種基本形體的補型構(gòu)型設(shè)計,從而給出這種構(gòu)型設(shè)計相應(yīng)的視圖表達、剖視圖表達等,使這部分的內(nèi)容與傳統(tǒng)的圖樣表達內(nèi)容相比在學生創(chuàng)新思維培養(yǎng)上更具特色。教師可引導學生作改型設(shè)計,對現(xiàn)有一些零、部件進行模仿、改造,以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。
在課程的專業(yè)圖表達部分,構(gòu)型設(shè)計體現(xiàn)一般零件的構(gòu)型設(shè)計,如日常用品的構(gòu)型設(shè)計,部件工藝結(jié)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計等,在訓練時可以讓學生以二維圖樣的形式或三維圖樣的形式進行構(gòu)型設(shè)計的表達。這種創(chuàng)新設(shè)計可以不受力學、材料、機械原理等條件限制,讓學生大膽地、充分地發(fā)揮想象力,以培養(yǎng)他們的圖學綜合素質(zhì)和構(gòu)型創(chuàng)新能力。
在《機械制圖》課程中,學生圍繞課程內(nèi)容動手實踐是學好課程的重要一環(huán)。動手操作是思維訓練的基礎(chǔ),動手過程也是知識運用的過程,知識只有經(jīng)常運用才能使得智力的發(fā)展成為可能。手工繪圖包括尺規(guī)繪圖和徒手畫圖。在傳統(tǒng)教學中,主要強調(diào)尺規(guī)繪圖的訓練,但隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,尺規(guī)繪圖將逐步被計算機所代替?,F(xiàn)在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計或工程設(shè)計中,由于受時間、空間等條件的限制,也常常采用徒手繪圖。徒手繪圖的能力對方案設(shè)計和構(gòu)思是十分重要的,是構(gòu)思、創(chuàng)新設(shè)計、概念設(shè)計的必備的素質(zhì)。因此我們加強了徒手繪圖的訓練,減少了尺規(guī)繪圖的數(shù)量。徒手繪圖訓練貫穿教學的整個過程,從繪制平面圖形,到組合體的繪制,到最后零件圖的繪制;同時加強手工繪圖與計算機繪圖的緊密結(jié)合。通過反復(fù)訓練,不但提高了同學們畫草圖的技能,而且培養(yǎng)了他們的圖樣表達能力。
工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計是工程中最重要的創(chuàng)新活動。產(chǎn)品設(shè)計過程涉及到諸多方面的因素,是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。單從工程角度講,設(shè)計過程主要分三個階段:①構(gòu)型設(shè)計階段;②結(jié)構(gòu)設(shè)計階段;③成品設(shè)計階段。構(gòu)型設(shè)計是產(chǎn)品構(gòu)思過程,這一過程需要資料的收集和素材積累,還要求發(fā)散的形象思維,最后達到概念的綜合成型。在我們的機類專業(yè)課程安排上,有結(jié)構(gòu)設(shè)計和專業(yè)設(shè)計的環(huán)節(jié),對構(gòu)型設(shè)計的訓練沒有給予足夠的重視。致使學生畢業(yè)設(shè)計模仿多于創(chuàng)新。構(gòu)型設(shè)計是概念性的設(shè)計,結(jié)合制圖課本身的特點,在大學一年級制圖課的教學過程中適時進行構(gòu)型設(shè)計的訓練對培養(yǎng)學生設(shè)計能力和創(chuàng)新能力是非常必要的。
以實驗班和普通班作為研究對象,從教學內(nèi)容、學生的理論知識成績、綜合素質(zhì)能力等方面進行了比對分析。
試卷考試成績在所有的考試班中處于中等,從卷面上的分數(shù)分布中可以看到,得失分的分布與普通班大體一致,但差異體現(xiàn)在組合體和截交線的相關(guān)考試內(nèi)容上,學生失分相對較少,相貫線、表達方法的考試內(nèi)容與普通班相似,實驗班的學生最高分達到98分,最低分只有20多分,從試卷題目內(nèi)容上可以看到,實驗班的學生空間思維能力、圖解空間幾何問題和讀圖能力都強于普通班,繪圖能力也較強,圖面質(zhì)量普遍比較好。但也存在有的學生成績不理想,主要原因是缺乏學習的自覺性,需要在后續(xù)的學習中進一步加強自律。
學生在第二學期的學習中,完成了17張圖樣的手工繪制、進行了測繪練習、零部件的初步設(shè)計。學生對設(shè)計、實踐的興趣和熱情高于理論學習,設(shè)計實踐內(nèi)容的考核成績遠遠超出了預(yù)期的設(shè)想。學生全部按照要求完成了零件圖和裝配圖的繪制,并按照要求進行了尺寸、簡單的技術(shù)要求的標注,可以根據(jù)實踐題目的需要自行查找資料和進行一定的自學,設(shè)計的形狀也各有特點,充分發(fā)揮了自己的想象力和創(chuàng)新力。好的實踐題目的設(shè)計能激發(fā)學生的學習興趣,并將理論知識與實踐設(shè)計內(nèi)容進行有效的融會,是培養(yǎng)、提高學生的工程意識、綜合能力、創(chuàng)新能力的有效的途徑。
將構(gòu)型設(shè)計融匯在制圖課程的各個階段對培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力能起到很有效的作用。因為常規(guī)的教學內(nèi)容和課后作業(yè)只能起到掌握基本方法、鞏固已有概念、利用所學知識解決常規(guī)問題的作用,并且解題思路和答案一般都是固定的,缺少創(chuàng)造性。而構(gòu)型設(shè)計恰恰彌補了這一擔缺陷,因為它是學生自己設(shè)計和構(gòu)思滿足特定要求的三維物體,也就是說只給最終目標,沒有限制路徑,這樣一來就可以充分發(fā)揮每個人的聯(lián)想和創(chuàng)造能力,得到多種方案,從而拓寬學生的視野,開闊思路,加強了形象思維的訓練,也鍛煉了創(chuàng)造性思維。同時,構(gòu)型設(shè)計做為一種新型的實用技能,可以誘發(fā)學生的創(chuàng)造興趣、調(diào)動學生的學習積極性,從而提高教學效果。
[1]陳錦昌等.基于構(gòu)型設(shè)計的工程圖學教學體系的探討[J].工程圖學學報,2006,(5):130-132.
[2]陳熾坤.現(xiàn)代工程圖學中的十大問題[A].圖學教育研究[C].機械工業(yè)出版社,2004,19-23.
[3]毛聽,黃英.關(guān)于我國圖學教育發(fā)展的若干思考[J].工程圖學學報,2004,25(3):96-100.
[4]田凌,童秉樞,馮娟.機類機械制圖新課程體系的研究及實踐[J].工程圖學學報,2005,26(5):120-125.
[5]黃向裕.構(gòu)形設(shè)計的研究與實踐[J].機械工程與自動化,2005,(8):121-122.
Abstract:The course systeMofmechanical drawing based on configuration design is different froMtraditional one.Contrapuntally training to students on configuration design can stimulate their interest and changed into active learning froMpassive learning.It has the importantmeaning to the students in developing the spatial imagination and raising innovation quality.
Keywords:higher professional colleges;mechanical drawing;configuration design;course system
(責任編輯 王建華)
Practice and Research on Course SysteMof Mechanical Draw ing Based on Configuration
Design for Higher Professional Colleges
HAN Jing-guo
(Shanxi Institute of Mechanical and Electrical Engineering,Changzhi,Shanxi046011)
TH126
A
1673-2014(2010)05-0071-03
2010-09-12
韓靜國(1966— )男,山西晉城人,副教授,主要從事機械制圖方面研究。