并行教學模式在工程圖學系列課程教學改革中的應用*

魏興春，宋　鳴，李海燕，鄭　敏，吳　卓（蘭州理工大學 機電工程學院，甘肅 蘭州730050）

并行教學模式在工程圖學系列課程教學改革中的應用*

魏興春，宋鳴，李海燕，鄭敏，吳卓
（蘭州理工大學 機電工程學院，甘肅 蘭州730050）

工程圖學系列課程是工科學生必須要掌握的很重要的系列專業(yè)基礎課。文中提出并行教學模式，將二維CAD技術和三維CAD技術融入工程圖課程的教學，將原本抽象、枯燥的理論教學通過CAD技術變得形象、易懂，豐富了教學內(nèi)容，激發(fā)學生的學習熱情和創(chuàng)造力，提升了教學的效率和質(zhì)量。在這種并行教學模式下，學生的設計能力、表達能力和計算機繪圖能力都有了很大的提升，為后續(xù)課程打下良好的基礎。

并行教學模式；AutoCAD；SolidWorks；工程圖學；教學改革

工程圖學系列課程是面向工科學生開設的實踐性很強的專業(yè)技術基礎課，是培養(yǎng)學生動手能力、實踐能力和工程素質(zhì)的重要教學環(huán)節(jié)。我國高校開設CAD（ComputerAidedDesign，簡稱CAD）教學已有20多年的歷史，在教學內(nèi)容上主要以繪制二維圖形為主［1］。隨著計算機技術的發(fā)展，CAD技術從最初的二維繪圖發(fā)展到三維造型設計。CAD技術的革新也在一定程度上影響了傳統(tǒng)的設計理念和制造方法，并顯著地影響了工程技術發(fā)展和人才培養(yǎng)方法［2］。這就要求對工程圖學系列課程的課程體系、內(nèi)容、方法、手段進行全面改革，以適應時代發(fā)展的需要。

1　工程圖學系列課程教學現(xiàn)狀

工程圖學課程的教學在我國目前的高等教育中，大多采用的是多媒體課件結(jié)合板書的課堂教學模式，以知識傳遞和灌輸為主，從教材編寫到課堂教學，都強調(diào)理論體系的完整性，忽略了實用性、綜合性和創(chuàng)新性。CAD課程是在完成工程圖學課程之后單獨進行的，主要介紹二維AutoCAD軟件、三維SolidWorks或Pro/Engineer等計算機繪圖軟件。這種串聯(lián)式的教學模式將本來可以優(yōu)勢互補的工程圖學系列課程割裂開來，作為幾門單獨的課程開設，無形中給學生增加了學習負擔，這樣的安排既浪費時間又達不到預期的教學的目的。

針對以上傳統(tǒng)教學中存在的問題，經(jīng)過筆者多年的教學實踐，提出將CAD課程融入到工程圖學課程的教學中，對工程圖學系列課程的教學目標及教學內(nèi)容進行合理調(diào)整，這種并聯(lián)式的教學模式，可以使工程圖學系列課程教學達到優(yōu)勢互補事半功倍的效果。

2　教學改革方案

工程圖學課程理論教學中的各個知識點環(huán)環(huán)相扣，已形成不容打亂的體系，所以在并行教學的方案設定中是以工程圖學課程的教學體系為主線，穿插融入AutoCAD和Solidworks的教學內(nèi)容，以確保在有限的課時內(nèi)完成既定的教學目標。

2.1制圖的基本知識與技能

國家標準《機械制圖》，是一項基礎性技術標準［3］。在傳統(tǒng)教學中需要學生死記硬背才能夠完全掌握。此時，將AutoCAD軟件的工程圖樣繪圖環(huán)境設置內(nèi)容引入教學，也就是通常所說的“工程圖樣繪圖模板的創(chuàng)建”。工程圖學課程的這部分理論內(nèi)容以多媒體課件講授，緊接著講授AutoCAD軟件，內(nèi)容包括AutoCAD概述、工程圖樣的繪圖環(huán)境設置、二維圖形的繪制、相應的二維修改等。AutoCAD軟件理論教學之后是實踐環(huán)節(jié)，讓學生進行上機操作，具體內(nèi)容是將國家標準《機械制圖》與AutoCAD軟件相結(jié)合進行圖層設置、文字樣式設置、標注樣式設置等，同時指定一種圖紙幅面按尺寸繪制圖幅、圖框及標題欄，并將圖樣中常見的線型在相應的圖層設置中應用，強化對國家標準《機械制圖》中制圖基本知識與技能的記憶與應用。最后，應用AutoCAD軟件繪制第一張A3大圖，圖名為：線型練習。

平面圖形的作圖及尺寸注法這部分內(nèi)容是尺規(guī)繪圖的基礎，先通過多媒體進行理論講解，主要講述尺寸基準及其選取，三類尺寸：定形尺寸、定位尺寸和總體尺寸，以及三種線段：已知線段、中間線段、連接線段和畫圖步驟。接著進行AutoCAD軟件的教學，內(nèi)容是以實例來介紹二維圖形的繪制、修改、標注樣式設置及尺寸標注。最后安排上機操作，應用AutoCAD軟件繪制習題集上以前需用尺規(guī)繪制的第二張A3大圖，圖名為：圓弧連接。

將AutoCAD軟件基礎知識與工程圖學中《機械制圖》國家標準內(nèi)容相互融合，取代傳統(tǒng)的圓規(guī)、三角板、粉筆等輔助工具進行工程圖學的教學，大大提高了作圖的準確性，有助于對本章節(jié)中重點、難點等細節(jié)問題進行詳細演示和講解，增加了教學的靈活性與趣味性，從而提高了教學效率，改善了教學的效果。

2.2投影理論

投影理論是工程圖學課程學習的重點和難點，主要學習的是點、線、面的投影、基本體截交線和相貫線。由于空間思維的引入，學生普遍感覺工程圖學課程抽象、枯燥，空間想象能力缺乏而想象不出實物形狀。在這種情況下，通過多媒體課件和板書講解完投影理論后開始SolidWorks三維繪圖軟件的講解，主要學習軟件基礎知識，草繪和拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等三維建模命令。教師運用Solid-Works軟件演示點、線、面在三投影面體系中的各種投影和五大基本形體（棱柱、棱錐、圓柱、圓球和圓環(huán)）的創(chuàng)建過程，幫助學生建立空間概念，讓學生了解創(chuàng)建形體的基本方法和各種建模方法的優(yōu)缺點；接著在SolidWorks軟件進行五大基本體截交線和相貫線的演示操作。借助SolidWorks軟件將原本抽象、枯燥的教學內(nèi)容很形象、生動的展現(xiàn)在學生面前，不但激發(fā)了學生學習的興趣而且圓滿的完成了此部分的教學內(nèi)容，教學效果明顯。

2.3組合體視圖

組合體大多是由機械零件抽象而成的幾何模型，是由五大基本立體通過疊加、切割和綜合的方式形成的。這部分內(nèi)容主要采用啟發(fā)引導為主，結(jié)合多媒體演示、板書示范完成理論教學，然后借助SolidWorks軟件進行各種典型組合體三維建模，幫助學生建立空間概念，逐步培養(yǎng)空間想象能力。理論教學之后安排上機實踐環(huán)節(jié)，要求學生完成習題冊上各種組合體三維建模，并配合筆者自己創(chuàng)建的SolidWorks立體模型庫來進行自我檢測。SolidWorks軟件在組合體教學中的應用增加了教學的趣味性，一個個鮮活的三維實體模型展現(xiàn)在學生面前，學生學習很有成就感，有力的幫助學生建立起了空間想象能力，一改以往工程圖學課程抽象難懂的局面。

2.4軸測圖

軸測圖是在二維繪圖環(huán)境下繪制出來的具有立體視覺效果的圖形。在工程圖學課程的教學過程中，學習軸測圖的畫法，可以幫助初學者提高理解形體的空間想象能力，為讀懂正投影圖提供形體分析與構(gòu)思的思路與方法。這部分內(nèi)容通過多媒體課件講解軸測圖的基本原理，然后結(jié)合AutoCAD軟件講解軟件中軸測圖繪圖環(huán)境的設定，并舉例進行軸測圖繪制，最后通過SolidWorks進行對應模型的三維建模，由SolidWorks軟件自動生成軸測圖，以驗證AutoCAD軟件繪制的軸測圖的正確性。之后安排上機實踐環(huán)節(jié)，學生自行完成習題冊提供的各類軸測圖，教師輔導答疑。

2.5零件常用表達方法

工程圖學課程中典型零件有：軸套類、盤蓋類、叉架類、箱體類；零件常用的表達方法有：視圖、剖視圖、斷面圖和局部放大圖等。為適應表達各種物體內(nèi)外形狀的需要，SolidWorks提供了標準三視圖、模型視圖等多種表達方式。針對典型零件一一舉例進行理論講解，之后安排上機實踐強化練習Solid-Works軟件中各種表達方法，在學習軟件的過程中加強了對工程圖學表達方法知識的理解與應用。

2.6零件圖與裝配圖

以回油閥為模型，對學生進行一次零件圖與裝配圖的綜合訓練。首先，要求學生徒手繪制所有零件的二維草圖；然后利用SolidWorks軟件創(chuàng)建所有零件三維實體模型，培養(yǎng)學生徒手繪圖及三維構(gòu)形設計的能力；接下來由SolidWorks軟件直接生成對應零件的二維工程圖，最后將二維工程圖導入AutoCAD軟件進行精細化處理，使之符合機械制圖國家標準的要求。應用SolidWorks軟件還可以將回油閥各零件按一定關系裝配在一起，生成回油閥裝配體，可以在軟件中變換視角，使學生對回油閥的形狀和結(jié)構(gòu)以及裝配關系有更清晰的認識?；赜烷y裝配體也可以直接由SolidWorks軟件生成二維工程圖。

3　教學改革效果

筆者在近三年的本科教學過程中應用這種并行教學模式，在總學時不變的情況下，豐富了教學內(nèi)容，提升了教學的效率與質(zhì)量。學生在玩電腦的過程中既學會了工程圖學的知識又掌握了計算機繪圖軟件的操作與應用。理論課考試成績明顯優(yōu)于其平行他班級，而且學生的動手能力也有了極大的提高，大部分學生都積極參加了校級或國家級的CAD科技創(chuàng)新活動取得了豐碩的成果。

4　結(jié)束語

在CAD技術迅猛發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的工程圖學思想和教學方法已難以適應現(xiàn)實的需要，工程圖學系列課程教學教學改革勢在必行。并行教學模式將二維CAD技術和三維CAD技術融入到工程圖學課程的教學過程中，使抽象的空間想象過程變得形象、直觀。在這種并行教學模式下，學生的設計能力、表達能力和計算機繪圖能力都有了很大的提升，為后續(xù)課程打下了良好的基礎，并行教學模式值得推廣。

［1］吳狄.基于三維CAD技術的工程制圖教學改革研究［J］.沈陽工程學院學報，2014，10（3）：408-411.

［2］田春來，何萍，肖文福. 機械CAD技術研究進展與開源軟件應用介紹［J］.萍鄉(xiāng)學院學報，2015，32（6）：19-24.

［3］吳卓，王林軍，秦小瓊.畫法幾何及機械制圖［M］.北京：北京理工大學出版社，2010：5-29.

TH12

蘭州理工大學工程圖學教學團隊資助。