工程圖學(xué)系列課程實踐教學(xué)探討

劉梅英，任奕林，王巧華，夏俊芳

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北 武漢 430070）

0 引言

工程制圖能力是機械類專業(yè)大學(xué)生一項重要的基本技能。工程圖樣是表達(dá)和交流技術(shù)思想的必備工具，是工程界的共同技術(shù)語言，如果學(xué)生不通曉這門語言，不僅很難學(xué)好其他專業(yè)知識，更無法勝任以后的工作。工程圖學(xué)的實踐教學(xué)是鞏固理論知識和加深對理論認(rèn)識的有效途徑，也是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)。然而隨著“少學(xué)時多內(nèi)容”的教改趨勢，實踐性環(huán)節(jié)被壓縮減少，導(dǎo)致學(xué)生的工程制圖能力、實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力降低。課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計中不會畫圖的現(xiàn)象普遍存在，如何提高機械類專業(yè)大學(xué)生的制圖能力是目前面臨的一個迫切需要解決的課題。

1 工程圖學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀與存在問題

工程圖學(xué)課程是高等院校中一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，用圖形來研究工程與產(chǎn)品的圖形信息表達(dá)、圖形理解和圖樣的繪制，具有較強的系統(tǒng)性、抽象性和實踐性等特點。

目前工程圖學(xué)的教學(xué)主要有三種模式:1）兩段式。第一段主要為制圖基礎(chǔ)和計算機繪圖;第二段主要為專業(yè)圖并向設(shè)計方向拓展。2）融合式。將機械制圖、機械零件、機械原理三門課融為一體。3）模塊式。將課程分為投影原理、制圖基礎(chǔ)、專業(yè)圖、計算機繪圖和工程圖學(xué)新技術(shù)等模塊，各模塊可連續(xù)也可分段進(jìn)行教學(xué)［1］。由于前兩種模式對教學(xué)組織機構(gòu)在資源調(diào)配上和教師知識結(jié)構(gòu)上要求都很高，所以目前大多院校采用模塊式進(jìn)行，將工程圖學(xué)分兩學(xué)期上，采用講練結(jié)合型教學(xué)，以課堂面授為主，學(xué)生作業(yè)練習(xí)為輔。但教學(xué)過程中老師和學(xué)生都感覺到學(xué)時少、內(nèi)容多、作業(yè)量大，部分學(xué)生空間思維能力跟不上等問題存在，直接影響教和學(xué)的效果，進(jìn)而影響學(xué)生工程制圖能力的提高。

另外從工程圖學(xué)課程結(jié)束到課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計，其間少有制圖的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，這就勢必造成知識鏈、記憶鏈的斷裂，使得專業(yè)知識學(xué)習(xí)的連續(xù)性、系統(tǒng)性和完整性受到影響。常常是課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計時學(xué)生對所學(xué)的制圖內(nèi)容大多已遺忘，出現(xiàn)高年級反而不會畫圖的現(xiàn)象。課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計圖紙中圖樣表達(dá)不清或表達(dá)不規(guī)范，計算機輔助繪圖能力不強等問題普遍存在［2］。

由此可見工程圖學(xué)的實踐教學(xué)對于提高教學(xué)效果和學(xué)生的制圖能力非常重要，但工程圖學(xué)的改革不能是封閉式的自我完善，還必須考慮與圖學(xué)緊密相關(guān)的系列課程的整體性與動態(tài)性的改革，從多個時間階段多方位強化圖學(xué)實踐教學(xué)，全面提升機械專業(yè)大學(xué)生工程制圖能力。

2 強化工程圖學(xué)系列課程的實踐教學(xué)

2.1 加強工程圖學(xué)實踐教學(xué)

工程圖學(xué)傳統(tǒng)的教材體系中畫法幾何部份求距離、角度、交線等圖解理論占工程圖學(xué)理論課學(xué)時近三分之一，內(nèi)容偏多、偏細(xì)，而且較抽象，學(xué)生雖然聽了很多課，卻不能完全轉(zhuǎn)化成自己的技能。美國大學(xué)畫法幾何內(nèi)容幾乎不單獨講授，投影基本理論及圖示法基本上被保留，圖解法部分被取消或被大大削弱，但對圖學(xué)應(yīng)用非常重視。強調(diào)徒手繪圖能力的培養(yǎng)，同時重視項目設(shè)計，將某一產(chǎn)品設(shè)計過程貫穿在教學(xué)過程中。課程內(nèi)容強調(diào)實用性，與生產(chǎn)實際緊密結(jié)合。教材內(nèi)容詳盡、有深度，但教學(xué)過程不求面面俱到，有取有舍，相當(dāng)多的內(nèi)容由學(xué)生在設(shè)計繪圖過程中鉆研［3］。因此在課時不多的情況下需要對教學(xué)內(nèi)容的安排必須作適當(dāng)調(diào)整。畫法幾何部分適當(dāng)精簡，有興趣的同學(xué)可以單獨輔導(dǎo)，考查比重可以降低。目前國內(nèi)已有多所高校調(diào)整教學(xué)體系和內(nèi)容，壓縮畫法幾何的內(nèi)容和學(xué)時，強化計算機繪圖和計算機三維造型，取得了良好的教學(xué)效果［4］。

工程圖學(xué)課程主要是采用二維圖形表達(dá)圖形的三維信息，非常抽象，對大一新生而言，很難在二維與三維之間反復(fù)轉(zhuǎn)換，也難將點、線、面與零部件聯(lián)系起來。因此在教學(xué)過程中引入現(xiàn)場教學(xué)法，充分利用電子模型庫、實物模型庫與視頻庫等，甚至可以采用玩具拼接、雕刻橡皮泥或蘿卜等素材讓學(xué)生自己動手制作實物模型，輔助空間感的建立，對于提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣非常重要。

工程圖學(xué)課不僅要完成教學(xué)內(nèi)容授課，還承擔(dān)著工程實踐知識（機器、制造、加工等）的啟蒙教育。因此在零件圖與裝配圖章節(jié)中，如果能結(jié)合一些項目設(shè)計、生產(chǎn)實踐活動或者視頻、零部件的實物模型和展示工程實體的動態(tài)拆裝過程的動畫，不僅能提高學(xué)生對零部件的認(rèn)知能力，而且能開闊視野，增強專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。

2.2 加強工程應(yīng)用軟件實踐教學(xué)

隨著計算機和圖形學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，工程設(shè)計業(yè)和制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到了三維設(shè)計時代，從三維構(gòu)形開始的設(shè)計也更符合人的設(shè)計思維邏輯，因此三維設(shè)計被越來越多的設(shè)計人員所接受和認(rèn)可。

目前，參數(shù)化三維造型設(shè)計軟件種類很多，Pro/E，Solid-Works，UG等。各類三維造型軟件在三維實體建模、虛擬裝配、生成工程圖方面對工程圖學(xué)教學(xué)都有很大幫助。將三維幾何建模引入工程圖學(xué)中有兩種方式，融合式和分段式。融合式引入是將三維建模的原理、方法和技能融入滲透到工程圖學(xué)課程中，形成新的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程。分段式引入是設(shè)置另外的課程，與原來的工程圖學(xué)課程一起構(gòu)成新的課程體系［5］。美國高校工程圖學(xué)教學(xué)目前也多是從三維設(shè)計開始，圍繞產(chǎn)品設(shè)計、制造這一主題，從形體的三維構(gòu)形和表達(dá)出發(fā)，向二維視圖輻射，突出多種視覺表達(dá)方式在設(shè)計和加工過程中的綜合應(yīng)用［3］。

縱觀近幾年由教育部高等學(xué)校工程圖學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會和中國工程圖學(xué)學(xué)會制圖技術(shù)專業(yè)委員會聯(lián)合舉辦的全國大學(xué)生先進(jìn)圖形技能與創(chuàng)新大賽，競賽項目包括尺規(guī)繪圖、計算機二維繪圖以及計算機三維建模三部分，考察學(xué)生的工程制圖綜合能力，因此工程圖學(xué)系列課程的教學(xué)也應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實際綜合應(yīng)用能力。

目前部分高校由于教學(xué)計劃或師資等原因還沒有開設(shè)相應(yīng)的工程應(yīng)用軟件課程，三維軟件的學(xué)習(xí)以學(xué)生自學(xué)為主。也有部分高校開設(shè)時間較晚，注重的是三維軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計、機構(gòu)分析、數(shù)控加工等方面的功能，導(dǎo)致學(xué)生基本實體建模的應(yīng)用能力不足，在其他一些實踐環(huán)節(jié)如拆裝測繪、全國制圖大賽等環(huán)節(jié)中得不到充分的鍛煉，因此學(xué)校需統(tǒng)籌安排一些三維軟件用于教學(xué)。同時，教師應(yīng)做到有意識地、立體化地將三維建模等技術(shù)應(yīng)用到工程圖學(xué)課程教學(xué)的諸多環(huán)節(jié)之中，如創(chuàng)建教學(xué)及習(xí)題集中用到的模型;制作教學(xué)幻燈片中的三維動畫;利用軟件的三維和二維的聯(lián)動功能創(chuàng)建零件與裝配工程圖等，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)該軟件的興趣與熱情，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，全面提高學(xué)生的創(chuàng)造設(shè)計和動手能力［6-7］。此外，三維造型技能的掌握，使學(xué)生可以根據(jù)視圖或自己的想象構(gòu)造形體，并實時驗證思維正確性。促進(jìn)了學(xué)生三維形體和二維圖形之間直覺思維的形成，是不可多得的自主學(xué)習(xí)的好方式。

2.3 加強拆裝與測繪實踐教學(xué)

對工程技術(shù)人員而言，測繪技術(shù)是一項重要的基本技能。工程實際中經(jīng)常會應(yīng)用實物反求技術(shù)，將性能測試和實物測繪的結(jié)果作為被研究的原始資料。拆裝與測繪實踐環(huán)節(jié)是依據(jù)機械專業(yè)大學(xué)生將來的工程設(shè)計需要而設(shè)計的，體現(xiàn)了理論與實踐的緊密結(jié)合，綜合考察學(xué)生的制圖能力。

學(xué)生在研究測繪對象的結(jié)構(gòu)、原理和功能后，對部件進(jìn)行系統(tǒng)的拆裝、測量和繪圖，既有徒手作圖，也有尺規(guī)制圖和計算機繪圖，充分鍛煉了學(xué)生的制圖能力。然而實際操作過程中，組織形式、內(nèi)容要求、拆裝對象選擇、拆裝測量工具是否齊備、評價方法等都會直接影響到該實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，達(dá)不到設(shè)計的要求和目的。

筆者在教學(xué)實踐中考慮可以在以下方面做些改進(jìn)，進(jìn)一步提高該實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)效果:

1）在零件和部件測繪中下工廠、進(jìn)車間的制圖測繪現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)，研究實用工程零部件和工程圖樣，增加生產(chǎn)實踐的感性認(rèn)識，提高學(xué)生對零件和部件的認(rèn)知能力和測繪能力。

2）在該實踐環(huán)節(jié)前先修三維造型軟件，如Solid-Works，Pro/E等，學(xué)生可以對測繪的部件進(jìn)行三維零件建模和虛擬裝配，然后生成二維工程圖。使學(xué)生了解現(xiàn)代設(shè)計方法和理念，培養(yǎng)構(gòu)型思維和創(chuàng)新實踐能力，提高先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用能力。

3）分組討論方案或進(jìn)行答辯。由于拆裝測繪環(huán)節(jié)是采用小組進(jìn)行，組員的分工略有不同，如果不進(jìn)行小組討論確定方案或進(jìn)行答辯，勢必能者多勞或個別學(xué)生只完成自己的任務(wù)，對其他任務(wù)完全依賴組員，并沒有真正地深入了解該部件的結(jié)構(gòu)、功能和整體表達(dá)方案。采用分組討論和答辯的方式可以督促小組成員全方位的參與，同時讓其他組成員也參與到討論中，互相學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮該實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)效果。

3 建立課外競賽激勵機制

英國教育家斯賓塞于1854年提出了“快樂教育”的思想。他認(rèn)為學(xué)習(xí)如果能給學(xué)生帶來精神上的滿足和快樂，即使無人督促，亦能自學(xué)不輟。他的理論完全符合人的心理活動規(guī)律和發(fā)展過程。競賽激勵式教學(xué)正是快樂教育思想的體現(xiàn)。工程圖學(xué)課程非常適合采用競賽激勵機制進(jìn)行輔助教學(xué)，課程內(nèi)容不僅具有很好的啟發(fā)性和創(chuàng)造性，還具有廣泛的實用性。陳亮等通過對比教學(xué)試驗，采用競賽激勵機制可以顯著增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)積極性和主動性，總體成績良好，收獲較大。在采用競賽激勵制度輔助教學(xué)的班級中學(xué)生問卷調(diào)查顯示，學(xué)生參與各類制圖競賽和繪圖員職業(yè)技能鑒定考試的興趣非常濃厚［8］。

工程圖學(xué)競賽的形式可以多樣，如徒手繪圖、尺規(guī)制圖、CAD繪圖、CAD抄畫工程圖，三維建模等，另外還可以選拔學(xué)生參加全國制圖大賽或進(jìn)行職業(yè)技能鑒定考試等，通過一系列的課外賽事活動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與參與意識。但實際操作中需要教學(xué)管理部門和教師全力協(xié)作，很好地解決經(jīng)費問題、命題問題和閱卷問題等。

4 結(jié)語

提高機械專業(yè)大學(xué)生工程制圖能力是一項重要的系統(tǒng)工程，需要教學(xué)管理部門、教師和學(xué)生共同努力實現(xiàn)。教學(xué)管理部門需系統(tǒng)制定工程圖學(xué)系列課程的專業(yè)培養(yǎng)計劃，保證知識鏈的連續(xù)性和完整性，組織編寫實踐教材，同時需為實踐環(huán)節(jié)提供各種資源保障。教師是理論與實踐的實施者，需精心組織，積極導(dǎo)學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，在教學(xué)實踐中要學(xué)會思考、積極動手，自主學(xué)習(xí)。此外結(jié)合競賽激勵機制組織一些制圖課外競賽活動，將會進(jìn)一步強化工程圖學(xué)系列課程的教學(xué)實踐，全面提升機械專業(yè)大學(xué)生工程制圖能力。

［1］童秉樞，田凌，馮涓.10年來我國工程圖學(xué)教學(xué)改革中的問題、認(rèn)識與成果［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2008，29（4）:1-5.

［2］陳忠.從畢業(yè)設(shè)計看制圖課教學(xué)與改革［J］.科技教育創(chuàng)新，2009，（17）:205-206.

［3］馮涓.美國高校工程圖學(xué)教育特色分析［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2008，（3）:139-144.

［4］張梅琳.工程圖學(xué)教學(xué)的幾點思考［J］.東華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，36（4）:473-476.

［5］童秉樞，易素君，徐曉慧.工程圖學(xué)中引入三維幾何建模的情況綜述與思考［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2005，（4）:130-135.

［6］劉梅英.Pro/E在創(chuàng)建工程圖學(xué)虛擬模型庫中的應(yīng)用［J］.機械制造與自動化，2008，37（1）:132-133.

［7］王小玲，陳書劍.大學(xué)生圖形大賽給予《工程圖學(xué)》教學(xué)的啟示［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010，（1）:176.

［8］陳亮，陳錦昌，張瑞秋.工程制圖教學(xué)中的競賽激勵機制［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2009，5（5）:144-147.