高校工程制圖課程教學(xué)改革探討

宋增梅

摘 要：隨著高等教育的發(fā)展，工程制圖課程教學(xué)改革勢在必行，本文建議將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入工程制圖課堂，把三維制圖軟件的學(xué)習(xí)納入工程制圖的教學(xué)范疇，積極利用無線及有線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將課上學(xué)習(xí)和課下學(xué)習(xí)緊密地結(jié)合在一起，并在此基礎(chǔ)上大力改進(jìn)工程制圖考核方法，以適用工程實際要求。

關(guān)鍵詞：工程制圖；教學(xué)改革；三維設(shè)計；工程實踐

一、引言

工程制圖為高等學(xué)校工程學(xué)科的一門基礎(chǔ)課程，大多在大學(xué)一二年級開設(shè)，其內(nèi)容包含畫法幾何學(xué)和制圖兩部分。由于本課程的學(xué)習(xí)需借助于空間想象能力，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)難度大，其核心內(nèi)容難以掌握?；谶@種情況，我們很有必要針對工程制圖的教學(xué)方法及授課內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的探討，以利于保證工程制圖課程的授課質(zhì)量。

二、結(jié)合三維設(shè)計軟件，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入課堂

在工程制圖的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生空間想象能力的培養(yǎng)非常重要，它是學(xué)生學(xué)好這門課程的關(guān)鍵所在。所以，工程制圖的教學(xué)離不開被繪制物體的教學(xué)模型或被繪制物體的立體圖，傳統(tǒng)方法過于呆板，主要是借助于教學(xué)模型以及正等軸測或斜二等軸測立體圖，教學(xué)模型的數(shù)量有限，而且因自身的局限性在講解時會受到諸多限制，比如在剖分時只能遵循已經(jīng)定制好的剖面、大課堂講解局部特點時因模型較小，學(xué)生看不清楚等。而正等軸測或斜二等軸測立體圖只能用于學(xué)生想像零部件的立體形狀，而不能進(jìn)行實際剖分操作及投影操作，從而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

基于以上原因，工程制圖課堂可以引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，比如利用三維設(shè)計軟件Solidworks中的Composer模塊，教師可以現(xiàn)場繪制不同的模型，或在課件中插入已經(jīng)做好的Composer模型文件，在課堂上從不同角度現(xiàn)場展示模型，現(xiàn)場以任意平面剖切模型。并可以動畫形式展示不同角度的模型三維圖像、或展示以不同平面剖切模型的剖切過程，且可以根據(jù)需要任意放大或縮小展示模型，實現(xiàn)交互操作。

在工程制圖教學(xué)內(nèi)容中，“畫法幾何學(xué)”部分的難度較大，學(xué)生難以掌握。其最主要原因在于低年級的學(xué)生們還沒有工廠實踐經(jīng)驗，其空間想象能力比較差。對此，授課教師可以輕易利用機(jī)械三維設(shè)計軟件建立起立體的點線面投影，在教學(xué)課堂上現(xiàn)場制作、現(xiàn)場展示，簡單明了，這樣可以達(dá)到非常好的教學(xué)效果。

三、利用在線課程模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

目前，慕課等在線課程方興未艾，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，可以將在線課程模式引入工程制圖的教學(xué)過程中，將課程相關(guān)知識點的難點部分和學(xué)生容易混淆的重點內(nèi)容，以課件的形式和視頻的形式上傳到網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重點講解，并相應(yīng)地提出一系列問題，讓學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊思考。

線上的部分內(nèi)容還安排學(xué)生在課前進(jìn)行預(yù)習(xí)，這樣學(xué)生在對本節(jié)重點內(nèi)容和難點內(nèi)容預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)。在課堂學(xué)習(xí)過程中，授課教師可以安排學(xué)生應(yīng)用手機(jī)調(diào)出已經(jīng)制作好的零部件交互圖像，學(xué)生點擊圖像進(jìn)行交互操作，多角度展示零部件立體影像，加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解。授課教師還可以安排學(xué)生應(yīng)用手機(jī)調(diào)出本節(jié)的習(xí)題進(jìn)行課堂練習(xí)，并實時對練習(xí)結(jié)果進(jìn)行評判。課后安排在網(wǎng)上完成相應(yīng)章節(jié)的作業(yè)，這樣會極大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

當(dāng)然對于工程制圖而言，線上課程也有它的不足之處，比如工程制圖習(xí)題大多是繪圖題，網(wǎng)上答題很難做到手工繪圖，再比如學(xué)生課下的作業(yè)如安排在網(wǎng)上完成，很難保證所完成的作業(yè)是本人所做，等等。這就需要我們教學(xué)者集思廣益，探索多種方法來提高在線課程的教學(xué)和考核水平，比如關(guān)于工程制圖的線上繪圖習(xí)題問題，我們可以采用學(xué)生在紙上繪制，然后拍照上傳網(wǎng)絡(luò)的方法來解決。

四、將兩維繪圖與三維繪圖銜接，提高學(xué)生的實踐能力

開設(shè)工程制圖這門課程的目的，當(dāng)然是為了學(xué)生工作后的工程應(yīng)用，基于這個原因，大多數(shù)高校在工程制圖課程中設(shè)置了實踐環(huán)節(jié)，即測繪機(jī)械設(shè)備零部件，利用二維設(shè)計軟件繪制零件圖及裝配圖。這種實踐環(huán)節(jié)的設(shè)置，較大地提高了學(xué)生的實踐能力，但從另一個角度來看，對于初學(xué)者來說，利用二維設(shè)計軟件進(jìn)行零部件設(shè)計會阻滯設(shè)計者的設(shè)計思路，而改用三維設(shè)計軟件可以極大釋放初學(xué)者的空間想象能力。

隨著生產(chǎn)及設(shè)計水平的進(jìn)一步發(fā)展，三維繪圖在工程實踐中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)三維軟件繪圖。為適應(yīng)企業(yè)要求，許多高校在高年級開設(shè)了三維繪圖課程，但三維繪圖課程的設(shè)置與工程制圖課程存在著嚴(yán)重的脫節(jié)。目前，三維繪圖課程與工程制圖課程在教學(xué)上互不關(guān)聯(lián)，且大多安排在工程制圖課程學(xué)完后的兩三個學(xué)期進(jìn)行，課程設(shè)置者通常認(rèn)為，學(xué)生學(xué)完相關(guān)設(shè)計類專業(yè)課程后進(jìn)行三維繪圖課程有利于學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)。但這種設(shè)置破壞了二維制圖和三維繪圖之間的連貫性，使學(xué)生對制圖的學(xué)習(xí)發(fā)生了中斷，且延長了制圖的學(xué)習(xí)時間，不利于學(xué)生的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

我們通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，將工程制圖課程和三維繪圖課程合并，可以明顯提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，節(jié)省課時。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中空間想象能力會得到很大的提高。在制圖課程設(shè)計過程中，在思路上可以輕易將零部件在兩維空間和三維空間之間轉(zhuǎn)化。設(shè)計時思路會更加明晰，對于零部件結(jié)構(gòu)的理解會更加深入。學(xué)生的兩維制圖能力和三維繪圖能力都得到了相應(yīng)地提高。

五、改進(jìn)工程制圖考核方法，反映學(xué)生真實制圖水平

目前，工程制圖課程考核方法無非是以下三種：開卷考試、閉卷考試或大作業(yè)，一般以閉卷考試和大作業(yè)居多，閉卷考試對于考核學(xué)生對投影方法、投影規(guī)律、零部件表達(dá)方法等方面比較合適，但對于考核學(xué)生對于制圖實際工程應(yīng)用方面的掌握較為欠缺，工程制圖大作業(yè)的考核方式較為合理，但目前的工程制圖大作業(yè)僅僅要求學(xué)生提供一幅手繪的機(jī)械零部件圖紙，這副圖紙還是借鑒于已有的樣本，很難考核出學(xué)生對于掌握工程制圖知識的真實水平。

鑒于以上原因，我們在教學(xué)實踐中可以采用以下方法，在工程制圖和三維繪圖課程合并的基礎(chǔ)上，合理的安排繪圖實踐環(huán)節(jié)，給定學(xué)生帶有所有尺寸的零部件正等軸測或斜二等軸測圖紙，讓學(xué)生利用三維設(shè)計軟件繪制出零部件三維圖紙，并在三維圖紙基礎(chǔ)上由三維設(shè)計軟件生成標(biāo)準(zhǔn)的二維工程圖紙。其中，二維圖紙的表達(dá)方法由學(xué)生自己確定。學(xué)生還需利用三維軟件相關(guān)計算模塊得出零部件的質(zhì)量和重心坐標(biāo)，以校驗學(xué)生繪制零部件三維圖的準(zhǔn)確性。最終繪制結(jié)果由教師進(jìn)行評判。這種考核方法可以較為有效地評判學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并切實符合工程實際的需要。

六、結(jié)束語

由于工程制圖課程的特殊性，其課程改革一直是一個難點。借助當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，可以將工程制圖課程與計算機(jī)軟、硬件技術(shù)密切結(jié)合起來，針對課程的實際情況，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維設(shè)計技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入工程制圖的教學(xué)過程中，大力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的工作效率，將工程制圖的教學(xué)改革進(jìn)一步切實推進(jìn)。

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