以圖形學(xué)為契機(jī),激發(fā)學(xué)生興趣

【摘 要】近年社會(huì)的發(fā)展，制造業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)有了更高的要求，伴隨著數(shù)控和先進(jìn)制造的發(fā)展，三維造型儼然成為圖形學(xué)的主流。如何讓學(xué)生提高專業(yè)專業(yè)素質(zhì)，提高對(duì)機(jī)械專業(yè)的喜愛，以圖形學(xué)為出發(fā)點(diǎn)是一條可行之路。

【關(guān)鍵詞】圖形學(xué)；創(chuàng)新；計(jì)算機(jī)技術(shù)；改進(jìn)；對(duì)策

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在新的世紀(jì)里，計(jì)算機(jī)技術(shù)與工程制圖緊密結(jié)合的局面已經(jīng)形成，目前我國(guó)的工程制圖教學(xué)體系與內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展與要求，隨著MDT、INVENTOR、CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)等軟件的完善與發(fā)展，工程圖學(xué)教育要轉(zhuǎn)變成為設(shè)計(jì)創(chuàng)新服務(wù)的工程制圖新體系，以滿足從設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)等各方面的需要。

一、圖形學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀

工程制圖課從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的讀書和畫圖能力為重點(diǎn)。近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)CAD技術(shù)的引進(jìn)，計(jì)算機(jī)繪圖與工程制圖有機(jī)的結(jié)合，改變了我國(guó)工程制圖的傳統(tǒng)風(fēng)貌，但仍然沒有根本上的變化。我校還沒有與現(xiàn)代三維建模設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，還不能與實(shí)踐緊密結(jié)合，不能把學(xué)的表達(dá)方法與創(chuàng)新設(shè)計(jì)及生產(chǎn)相結(jié)合，在設(shè)計(jì)與創(chuàng)新的過程中，不能靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)與技能。沒能從最基礎(chǔ)的課程中給學(xué)生帶來(lái)新意，激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新自學(xué)精神。培養(yǎng)21世紀(jì)人才具有開拓性、創(chuàng)造性、應(yīng)用型、科學(xué)技術(shù)型的復(fù)合人才，作為高校教育工作者，有責(zé)任思考這些問題，并投身到改革實(shí)踐中去[1]。

二、學(xué)生對(duì)圖形學(xué)教學(xué)的認(rèn)識(shí)和看法

根據(jù)筆者設(shè)計(jì)的問卷調(diào)查和課后走訪，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)圖形學(xué)沒有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，并認(rèn)為圖形學(xué)對(duì)專業(yè)的幫助不明顯歸納為以下幾個(gè)問題：

1.認(rèn)為畫法幾何部分沒有實(shí)際作用，沒有實(shí)際項(xiàng)目和例子為支持。

2.機(jī)械制圖內(nèi)容枯燥，通過二維想象建立三維實(shí)體不直觀，理解不易。

3.機(jī)械制圖中圖形構(gòu)成原理方面內(nèi)容不足，分析形體時(shí)難以快速把握各構(gòu)成單元，不能隨意繪制現(xiàn)實(shí)物體。

4.沒有圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)，無(wú)法直觀的證實(shí)書本的內(nèi)容。

5.通過軟件的介紹，對(duì)增進(jìn)圖形學(xué)的理解幫助不大。而且軟件以操作講解為主，缺乏軟件的設(shè)計(jì)想法和建模原理的介紹，以至于學(xué)完一個(gè)軟件后，新學(xué)習(xí)類似軟件幫助不大。軟件在后續(xù)課程中只是在數(shù)控中有所涉及，軟件的優(yōu)越性沒有充分感受到。

6.課程學(xué)習(xí)中的啟發(fā)性不高，擴(kuò)展內(nèi)容不充分，沒有太大的積極性。

7.從圖形學(xué)發(fā)展帶來(lái)的新技術(shù)和新工藝沒有太多介紹，整體感覺課程重要，但實(shí)用性不強(qiáng)。

三、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代圖形學(xué)的比較

筆者查閱了美國(guó)、日本、臺(tái)灣和大陸多所高校的授課計(jì)劃和內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外授課內(nèi)容和方式的差別表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

1.國(guó)內(nèi)的教材按照教學(xué)大綱編寫，有固定框架，所以不同學(xué)校編著的教材都反映了同一知識(shí)系統(tǒng)的邏輯性、學(xué)科體系的基本原理，這有利于學(xué)生對(duì)學(xué)科體系的掌握，但是沒有特色，容易千篇一律。并且國(guó)內(nèi)教材的版本更新慢，對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方面的最新發(fā)展涉及少，跟不上科技前沿和世界先進(jìn)水平。在體系結(jié)構(gòu)上，例證貧乏，形式呆板，少數(shù)立體提供有三維造型，且很少有工程實(shí)踐的照片等。國(guó)內(nèi)的工程制圖教材結(jié)構(gòu)體系相對(duì)單一，各章節(jié)缺少學(xué)習(xí)輔導(dǎo)材料，不便于學(xué)生的自學(xué)。在寫作風(fēng)格上，制圖教材作者雖然具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，但缺乏實(shí)踐工作背景，往往只強(qiáng)調(diào)制圖的基本原理與知識(shí)，很少涉及實(shí)際的工程領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

2.國(guó)外高校課程開始就從工程設(shè)計(jì)和制造的環(huán)節(jié)出發(fā)，強(qiáng)調(diào)課程的重要性和實(shí)際意義。雖然有些院校還講繪圖儀器使用等內(nèi)容，但手工繪圖主要采用草圖形式，并且對(duì)手工繪圖的質(zhì)量要求較高，要求學(xué)生在沒量具的情況下準(zhǔn)確估計(jì)尺寸。由于計(jì)算機(jī)繪圖在繪圖質(zhì)量、效率、圖樣管理等方面具有的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，已成為工程技術(shù)人員所必須具備的基本技能，所以課堂上大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)二維繪圖及三維建模。草圖主要用于表達(dá)設(shè)計(jì)構(gòu)形，根據(jù)草圖轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)圖形或模型。再由模型生成工程圖。畫法幾何內(nèi)容通常作為一章出現(xiàn)，主要講投影變換和表面展開等。課程重點(diǎn)是圖學(xué)理論，其他時(shí)間主要在機(jī)房進(jìn)行CAD訓(xùn)練和完成作業(yè)，機(jī)械專業(yè)的工程圖學(xué)課總課時(shí)一般不超過70學(xué)時(shí)。講授的圖學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)明實(shí)用，教學(xué)中常用的計(jì)算機(jī)軟件有：AutoCAD、AutoSketch、CADKEY、SolidWorks、SolidEdges和proE等。前3個(gè)側(cè)重二維繪圖，后3個(gè)用于三維建模。用的最多的是AutoCAD和SolidWorks。

3.國(guó)外高校除了課堂學(xué)習(xí)，閱讀相關(guān)的參考書，學(xué)生還可以通過教學(xué)光盤、以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。不少大學(xué)網(wǎng)站都有自己的工程圖學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)。上面既有課件、授課視頻、作業(yè)及答案，還有學(xué)習(xí)游戲和問答題。大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性[2-3]。

4.在工程圖學(xué)與設(shè)計(jì)入門課程中，任課教師不僅僅傳授制圖和機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)科知識(shí)，而且有意識(shí)地進(jìn)行素質(zhì)教育的培養(yǎng)和滲透，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的同時(shí)，動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、技術(shù)交流能力、口頭表達(dá)能力、項(xiàng)目管理能力、學(xué)術(shù)誠(chéng)信和職業(yè)操守等素質(zhì)都得到訓(xùn)練和提高。在美國(guó)大學(xué)，尤其是研究型大學(xué)的工程圖學(xué)教學(xué)中，多包含項(xiàng)目設(shè)計(jì)的訓(xùn)練內(nèi)容。與我國(guó)常見的零部件測(cè)繪、模型重構(gòu)不同的是，美國(guó)大學(xué)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)了研究性訓(xùn)練。學(xué)生通常以分組形式進(jìn)行的項(xiàng)目設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)學(xué)期，它要求學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中自上而下，完成設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定、設(shè)計(jì)任務(wù)的分解、功能性分析、經(jīng)濟(jì)性分析、結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)等等，直到以適當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)自己的設(shè)計(jì)。針對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教授都提出非常明確的要求，并給與有效的指導(dǎo)和必要的考核[3-4]。

5.對(duì)課程內(nèi)容的評(píng)估包括：課程內(nèi)容是否開闊眼界，布置的作業(yè)是否促進(jìn)課程學(xué)習(xí)，要求的閱讀任務(wù)是否有用，該課程相對(duì)其他課程難度如何，考試和測(cè)驗(yàn)是否體現(xiàn)課程主要內(nèi)容等。對(duì)課程總體情況的評(píng)估包括：學(xué)習(xí)本課程是否收獲較多，是否會(huì)推薦該課程給其他學(xué)生，是否會(huì)推薦該任課教師給其他學(xué)生，每周課外學(xué)習(xí)本課程小時(shí)數(shù)，課程的出勤情況等。任課教師也可提出針對(duì)課程的具體問題，請(qǐng)學(xué)生評(píng)估。評(píng)估結(jié)果將及時(shí)反饋給相關(guān)教師和學(xué)科點(diǎn)，以便教師在下一學(xué)期課程教學(xué)中改進(jìn)，并作為教師考評(píng)的重要依據(jù)之一。

四、我?？梢越梃b參考改進(jìn)的地方

從我校實(shí)際情況出發(fā)，筆者總結(jié)了幾點(diǎn)值得改進(jìn)的地方。

1.增強(qiáng)課程與實(shí)際的聯(lián)系，吸引學(xué)生的興趣，讓學(xué)生對(duì)機(jī)械課程產(chǎn)生好感。在教學(xué)模式上，是否可以加大實(shí)踐教學(xué)的比重，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，是否可以在傳統(tǒng)的機(jī)械制圖后續(xù)環(huán)節(jié)——機(jī)械零部件測(cè)繪課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)中，改變以往測(cè)繪對(duì)象的單一性，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪對(duì)象的多樣化；機(jī)械零部測(cè)繪課程設(shè)計(jì)是否可以與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，甚至與金工實(shí)習(xí)相結(jié)合，學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中，不僅測(cè)繪對(duì)象，而且設(shè)計(jì)對(duì)象，并親自動(dòng)手將對(duì)象制造和裝配出來(lái)；是否可以給學(xué)生提供開放式的實(shí)踐課題，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力和主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生在做中學(xué)，在學(xué)中做，并體驗(yàn)到創(chuàng)新的價(jià)值和樂趣。

2.并行開設(shè)軟件和理論課程，讓學(xué)生可以利用不同的渠道從二維和三維進(jìn)行切換，比較學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。軟件學(xué)習(xí)應(yīng)該加強(qiáng)軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)圖原理的學(xué)習(xí)，在圖形學(xué)的理論學(xué)習(xí)中應(yīng)該加強(qiáng)圖形分析的能力，達(dá)到繪圖和實(shí)圖的同步提高。不然學(xué)生遇到新的軟件時(shí)(如針對(duì)面的軟件SURFACER、IMAGEWARE、GEOMAGIC等)又需要重頭學(xué)起，沒有形成構(gòu)圖的概念，增加學(xué)習(xí)難度。在筆者的調(diào)查中一半以上的同學(xué)有這樣的要求。

3.充分利用現(xiàn)有的高校精品課資源和優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)資源，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)造能力。除了完成每次課后作業(yè)，從課程中期開始就要求學(xué)生分組準(zhǔn)備一個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，內(nèi)容包括相關(guān)零件的造型、裝配結(jié)構(gòu)的造型、每一部分的工作圖、集體作業(yè)、說(shuō)明該設(shè)計(jì)項(xiàng)目的報(bào)告、裝配結(jié)構(gòu)動(dòng)畫、宣傳海報(bào)等．被選定的學(xué)生要在全班用幻燈片講解約3—5分鐘的項(xiàng)目?jī)?nèi)容。如果學(xué)生在完成中有問題，應(yīng)該首先組內(nèi)討論，然后查資料分析，最后找老師和學(xué)長(zhǎng)幫助，在項(xiàng)目中激發(fā)學(xué)生的潛能，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造能力的開發(fā)。

4.增加軟件模塊的使用和軟件運(yùn)用的最新工藝，讓學(xué)生充分感受到學(xué)習(xí)圖形學(xué)和軟件在學(xué)科發(fā)展中帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。如在工程力學(xué)中運(yùn)用有限元知識(shí)，可在現(xiàn)有的三維軟件中對(duì)零件進(jìn)行力學(xué)分析，理性認(rèn)識(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)的安全性和穩(wěn)定性要求。在工藝課中運(yùn)用軟件的工藝分析和專家系統(tǒng)，提高工藝分析的合理性和專業(yè)化水平。還可以利用軟件中的管理和經(jīng)濟(jì)分析等模塊，虛擬實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)的管理。引入快速原型技術(shù)，利用三維模型進(jìn)行切片，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜且不易加工零件的快速加工等。

5.發(fā)動(dòng)高年級(jí)同學(xué)，帶動(dòng)低年級(jí)同學(xué)進(jìn)行圖形學(xué)和軟件的學(xué)習(xí)，一方面能夠增加低年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，另一方面也能夠調(diào)動(dòng)高年級(jí)學(xué)生的積極性，而且可以在實(shí)踐中完善使用軟件的能力和理論知識(shí)。形成在學(xué)校中的濃烈的學(xué)習(xí)氛圍。

五、有益的嘗試

筆者在教學(xué)實(shí)踐中引入了歐美的項(xiàng)目化教學(xué)，在課程中后期要求學(xué)生分組準(zhǔn)備一個(gè)綜合性的測(cè)量項(xiàng)目，一班學(xué)生以6人左右分為一組，對(duì)生活中的物品進(jìn)行拆卸和繪制，從拆卸中分析物品的設(shè)計(jì)原理和加工性能，從零件的繪制中想辦法得到精確尺寸，對(duì)曲線和曲面的測(cè)繪提出解決的方案，讓學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)造能力，完成項(xiàng)目。在該項(xiàng)目中幾乎全部學(xué)生都積極參與到項(xiàng)目中去，調(diào)動(dòng)出來(lái)了學(xué)生的積極性和興趣，在問卷調(diào)查中得到了積極正面的反饋。

綜上所述，要提高學(xué)生對(duì)圖形學(xué)的興趣和增強(qiáng)學(xué)生利用圖形學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，考慮嘗試筆者的建議，對(duì)改善教學(xué)質(zhì)量大有裨益。

參考文獻(xiàn)：

[1]易誠(chéng)，鄭意生.高職學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實(shí)踐[J].科教創(chuàng)新，2008(17).

[2]李迎春.對(duì)日本岡山大學(xué)圖學(xué)教育狀況的思考[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2007(17).

[3]戴恒震等.當(dāng)代美國(guó)工程圖學(xué)教育對(duì)我國(guó)圖學(xué)教改的啟示[J].圖學(xué)教育研究，2004，9.

[4]崔滋恩.技能人才培養(yǎng)也要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工程培訓(xùn)中心走進(jìn)職業(yè)技能院校[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2006(7).

作者簡(jiǎn)介：謝毅（1983—），男，重慶人，工學(xué)碩士，現(xiàn)供職于重慶三峽職業(yè)學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械與車輛工程系，研究方向：工程機(jī)械。