改革高職工程圖教學，培養(yǎng)四項關鍵能力

胡雙喜

（1.湖北廣播電視大學 機電工程學院，武漢 430074；2.湖北科技職業(yè)學院 機電工程學院，武漢 430074）

改革高職工程圖教學，培養(yǎng)四項關鍵能力

胡雙喜1，2

（1.湖北廣播電視大學 機電工程學院，武漢 430074；2.湖北科技職業(yè)學院 機電工程學院，武漢 430074）

文中分析了工程圖教學培養(yǎng)目標的四項關鍵能力：繪圖、讀圖、表達構型與空間思維能力，并結合高職教學狀況和特點，制定新的教學體系，合理選擇教學內容和實訓項目。按照由簡到繁的思維規(guī)律，加強能力訓練；借助三維模型輔助教學；多種教學形式激發(fā)學生興趣和動力。經(jīng)過教學實踐驗證，有效地提高了學生的工程制圖能力。

工程制圖；教學改革；圖學教育；能力

《工程制圖》是高職工科類專業(yè)重要的技術基礎課，其教學目標是培養(yǎng)學生的四種能力：工程圖樣繪制能力（手工繪制與計算機繪制）、工程圖樣的閱讀能力、工程圖形表達能力（二、三維表達與初步的構形設計能力）、圖形形象思維能力（空間想象能力）［1］。

但通過對教學效果的觀察，發(fā)現(xiàn)高職學生的工程制圖能力普遍達不到要求，以至于影響到后續(xù)的《機械制造基礎》與《機械設計基礎》等專業(yè)課程和課程設計的學習以及后續(xù)工程應用能力。

究其原因：（1）學生基礎差，空間想象力弱，學習興趣低、學習主動性差；（2）教學目標不明確、教學重點不突出、實踐課程流于形式，教學方式仍然以被動接受為主，課堂授課方式對學生的吸引力不夠。

文中結合高職教學狀況和特點，針對工程圖教學目標的四項關鍵能力，規(guī)劃了教學體系，并針對性地提出了改革措施。

1 工程圖教學的四項關鍵能力分析

目前的高職教學常常只偏向繪圖和讀圖能力的培養(yǎng)，忽略構型、空間思維能力的培養(yǎng)，而工程圖教學中四項基本能力的培養(yǎng)是相輔相成，互相促進的。

1）繪圖能力。能結合投影原理和國家繪圖標準將實物模型表達出來的能力，一般包含草圖能力、尺規(guī)作圖能力、計算機二維制圖和三維建模能力。

草圖即徒手繪圖，其迅速、快捷和高效地表達設計構想、構思創(chuàng)意的特性，在工程應用中占有重要的地位，在許多方面是儀器繪圖和計算機繪圖所不能替代的。它是計算機繪圖的前奏，可以使學生學會快速用圖形表達設計構思，也可以培養(yǎng)學生利用所學知識迅速收集技術資料，其方法和技能將顯得非常重要。

尺規(guī)作圖即利用尺子、量規(guī)實現(xiàn)精確繪圖。計算機軟件早已實現(xiàn)快捷高效、精確的畫圖功能，尺規(guī)圖已經(jīng)不符合工程的需求，逐漸被計算機繪圖所取代。

隨著機械設計制造技術的不斷發(fā)展，CAD/ CAM/CAE正逐步在制造業(yè)中推廣應用。三維設計和制造技術是機械產品生產的發(fā)展方向，三維建模技術可直接將三維模型轉換成程序并輸入到機床加工零件，或者利用三維造型進行機械設計、模具設計，也可以直接將三維模型轉換成二維圖紙。但目前完全基于三維模型的設計、制造技術還不現(xiàn)實，基于各種原因［2］，二維繪圖和三維模型繪圖的現(xiàn)狀在我國將持續(xù)共存很長一段時間。因此，學習計算機二維制圖技術和三維建模技術是十分必要的。

2）讀圖能力。從圖紙中獲取零件圖形的結構組成、尺寸，讀取裝配圖中零件組成和裝配關系，獲取相關設計和制造信息。由于大量的設計資料和教材內容仍是用二維工程圖形表達，正確的讀取工程圖對于學生是十分必要的。

3）表達構型能力、空間思維能力。這兩種能力對讀圖和制圖能力的提高有著重要的作用，也是學生創(chuàng)新設計能力的體現(xiàn)，應當在教學中加強訓練。

2 基于四項能力培養(yǎng)的工程圖教學培養(yǎng)體系

經(jīng)過多年的教學實踐，針對《工程制圖》課程中四項關鍵能力的教學目標，合理地選擇課程內容、設置有效的教學實訓環(huán)節(jié)，制定出高職工程圖教學體系，體系框圖如圖1所示。

圖1 高職工程制圖能力培養(yǎng)體系

該體系中，刪減了部分幾何尺規(guī)作圖方面的內容，增加了強化草圖、測繪、計算機繪圖方面的技能訓練，同時，工程圖和二維計算機繪圖融合成一門課程，三維繪圖單獨開課。在二維計算繪圖實訓教學中，不僅僅介紹繪圖工具的使用技巧，還注重融入機械制圖的新標準和繪圖規(guī)范等知識。

實踐教學中，注重測繪環(huán)節(jié)，使學生能有機地將課堂學到的投影理論、視圖的各種表達方法等基本技能運用到實踐中去，提高學生對圖樣的綜合表達能力。

3 按由簡到繁規(guī)律，加強學生能力的訓練

三維構形設計是空間思維能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的優(yōu)良載體［3］。構形設計就是給定一個或多個視圖，要求學生構造出不同的空間物體。高職學生大一學習制圖課程時，還未學習零件設計及機械加工的知識，構形設計主要是把形狀構造出來，對設計和工藝要求不高，加強組合體的構形設計方面的訓練，可讓學生充分發(fā)揮想象力，培養(yǎng)學生的發(fā)散思維和創(chuàng)新思維。同時，還訓練了形體分析法和線面分析法的讀圖能力，為以后的工程設計打下基礎。

在教學和訓練中，分兩個步驟進行：（1）兩種單項思維訓練。從三維立體圖到二維三視圖，如相貫線，可以先提供三維立體模型，觀察相貫線，再投影得到二維線條；從二維視圖到三維立體的逆向思維訓練，給出一個或者兩個典型二維視圖，由學生構思其可能的立體結構。即在學生掌握投影的基本原理后，可以訓練學生由立體圖繪制三視圖，也可以訓練由給定的二維圖想象立體圖。（2）從二維到三維到二維的綜合訓練。即針對兩個視圖求三視圖，先二維想象出三維立體結構，再由立體結構進行二維投影，兩步難度依次增大。訓練案例一般可在訓練習題冊選取。課堂中進行這樣的空間思維訓練和簡單構型訓練，將大大提高學生制圖和讀圖能力。

4 借助三維建模技術輔助制圖教學的思路

對于如何提高學生的表達能力、空間想象力、制圖能力和讀圖能力，眾多本科院校中進行了改革實踐，其中，將三維軟件融入工程圖教學和三維軟件輔助工程圖教學的思路［4］等值得借鑒。這些改革措施應用于高職教學，必須結合學生實際情況，合理地選取。

三維軟件融合工程教學的模式，即在研究三維軟件幾何建模的一般方法和流程的基礎上，將建模過程中涉及到的步驟與傳統(tǒng)工程圖學中的知識點相融合。這種模式在學習基礎較低的高職學生中并不可取，在一門課程中既要學會投影原理和方法，又要學習二維軟件繪圖、三維軟件繪圖，學生感覺難度過大，知識點過多，從而產生畏難情緒。

而利用三維軟件建立模型輔助二維工程圖教學的思路對于高職學生掌握投影原理，提高空間想象力是不錯的選擇。用三維建模技術輔助工程圖學教學，建立虛擬模型庫、零件庫和裝配體庫，三維模型具有適時的交互性，而且更加直觀清晰。

在機件表達方法的學習中，在剖視圖教學過程引入三維剖切、三維觀察器等工具，直接地觀察被剖切后的立體圖，加深學生對剖視圖畫法的掌握。同時，利用三維軟件不同視圖投影，可以直接觀察各視圖，甚至利用工程圖模塊直接得到剖視圖。

在組合體二維求三維訓練時，會經(jīng)常勾畫立體圖來幫助分析，實現(xiàn)由平面到空間，再由空間到平面的思維轉換。傳統(tǒng)的黑板繪圖講解、繪制軸測立體圖講解等效率慢且復雜圖形還不能夠完全解釋清楚；若采用多媒體教學，交互性差；而直接采用三維建模立體模型交互觀察，可以讓學生掌握組合組的形體分析法和線面分析法。

在此舉例說明三維軟件輔助教學的思路。給定如圖2所示的視圖完成A－A半剖視圖。

圖2 支架工程圖

按照組合體的思路，按照二維圖，空間想象出各組成部分的立體結構，進而繪出各組合體的俯視圖投影，據(jù)投影關系得到相互對應的位置和俯視圖投影。必須經(jīng)過二維－三維－二維投影的思維轉換，繪制出半剖俯視圖。

教學發(fā)現(xiàn)，學生繪制中存在以下兩個難點。

（1）學生不能想象出其組合體中某些連接結構和特殊的細節(jié)結構，更不會繪制出二維投影圖。對于圖2，在二維圖想象出三維立體圖過程中，難點在于中間的支撐板，如圖3所示，該板塊連接背板和上面的圓筒結構。此處學生出錯較多。二維視圖中主視圖只有一條與左視圖對應的的虛線，學生容易忽視，即使學生留心到這條虛線，但是也不能想明白這個結構。通過借助三維模型分解展示其組成部分和整個組合體，如圖4所示，并對照二維圖分析投影，則學生理解起來容易得多。

圖3 支撐板

圖4 三維組合視圖

（2）在規(guī)定的表達、繪制方法上出錯。如支撐板和連接圓筒相切處的相切畫法和中間筋板剖切畫法，學生出錯多。能想象出立體結構，不一定能夠正確繪制二維剖視圖。在繪制的一半不剖的俯視圖中，筋板與圓筒相切處的畫法，利用NX UG三維視圖中定位視圖得到俯視圖，如圖5所示。利用UG工程圖投影俯視圖，讓學生理解俯視圖中筋板與圓筒相切的繪制方法。在繪制半剖視圖中，剖切到兩塊筋板的位置，需要借助投影原理繪制在俯視圖中的投影線位置。為讓學生能夠理解，此處可以借助UG軟件的“編輯工作截面”功能得到立體三維剖切視圖，如圖6所示，直接生成工程圖讓學生觀察和思考。最后綜合兩者得到結果。

圖5 利用視圖定位得到俯視圖

圖6 “編輯工作截面”得到筋板剖切圖

除此之外，在立體表面交線、物體的表達、零件圖和裝配圖的教學中，三維軟件模型也能發(fā)揮良好的作用［4］。三維軟件在培養(yǎng)學生的空間想象力方面能提供快捷直觀的幫助，尤其是對于復雜立體圖形的繪制，更加顯出其優(yōu)勢。

5 多種教學形式激發(fā)學生興趣和動力

1）機械制圖大賽、機械設計創(chuàng)新大賽、興趣小組激發(fā)學生對制圖的興趣?！豆こ讨茍D》教學中采取常規(guī)的教學手段，對學生的學習熱情缺少強有力的刺激，學生的投入度不夠，不能體現(xiàn)學生的真實水平。為了能夠打好制圖的基礎，需要在學生的學習效果和興趣方面下功夫。

在注重技能培養(yǎng)的高職，教育主管部門、眾多社會培訓機構和學校每年都開展了與制圖相關的競賽活動。而技能競賽則通過加大獎勵力度、與就業(yè)和職業(yè)技能資格鑒定掛鉤、與更高一級的賽事相銜接等，大大激發(fā)了學生的學習熱情和工程設計的靈感，其作品也充分體現(xiàn)了學生的專業(yè)水平。

2）采取適合高職學生的教學方法和手段，減少畏難心理。

教學手段上，傳統(tǒng)板書教學和多媒體教學相結合，大大提高了學生繪圖能力和空間想象力。制圖課程提倡采用多媒體教學后，發(fā)現(xiàn)學生的動手繪圖能力明顯減弱。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，板書教學方法的優(yōu)點在于學生通過觀察教師在黑板上繪圖的過程，加上教師的講解和演示，學習到作圖的方法、技巧和尺規(guī)的使用，這點是多媒體教學無法達到的；而多媒體教學可以將形象的立體直觀展現(xiàn)，提高教學效率。在制圖課程教學中，要將兩者結合起來，發(fā)揮最大的效果。

教學方式上，采取由被動接受變?yōu)橹鲃訉W習的方法。例如，分組討論課（習題課）教師先給出一組視圖，進行構型訓練，并徒手畫出它的另外兩面視圖，加強學生主動思考和學習。

6 結束語

對《工程制圖》進行系列改革后，學生在各類制圖競賽和機械設計創(chuàng)新競賽中獲得較好的成績，在后期的工作崗位中，工程設計和制造能力也有突出的表現(xiàn)。在當今機械設計制造技術飛速發(fā)展的大環(huán)境下，高職工程圖教學應該緊密結合工程應用發(fā)展的需要，并結合高職學生培養(yǎng)目標和學生特點，對教學方式和手段、教學目標和內容不斷進行調整，學生的工程制圖能力才會得到顯著提高。

［1］童秉樞，田凌，馮涓.10年來我國工程圖學教學改革中的問題、認識與成果［J］.工程圖學學報，2008，29（4）：1－5.

［2］童秉樞，易索君，徐曉慧.工程圖學中引入三維幾何建模的情況綜述與思考［J］.工程圖學學報，2005，26（4）：130－135.

［3］王楓紅，陳熾坤，陳錦昌.工程圖學課程中創(chuàng)造性構形設計教學的研究與實踐［J］.圖學學報，2012，33（4）：140－146.

［4］王飛，徐曉慧.三維CAD軟件輔助工程圖學教學的探索與實踐［J］.教學研究，2010，33（3）：61－64.

Study on the Engineering Graphics Teaching Reform in Higher Vocational Education Based on Cultivation of the Four Key Abilities

HU Shuangxi1，2
（1.School of Mechano－Electronic Engineering，Hubei Radio and TV University，Wuhan 430074，China；2.School of Mechano－Electronic Engineering，Hubei Science and Technology College，Wuhan 430074，China）

This paper analyzed the four key abilities of engineering graphics teaching goalswhich are graphics drawing，graphics reading，expression and configuration and space thinking ability.Combining with the present situation and characters in the engineering graphics teaching，new teaching system ismade，and reasonable teaching contents and practical training programs are chosen.Abilities training should be enhanced by the law of thinking from simple to complex，3Dmodels aid teaching，takingmultiple teachingmodes inspiring the students'interests and motivation.Practice has proved thesemeasures are benefit to improve students'practical ability of engineering graphics.

engineering graphics；teaching reform；graphics teaching；ability

G642.0；TB23

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.047

2013－11－06

胡雙喜（1979－），女，碩士，講師，主要從事機械設計制造、工程圖學及CAD技術方面的教學和研究工作。