“工程圖學(xué)”及“AutoCAD”與快速成型技術(shù)融合式教學(xué)的改革與實(shí)踐—以韓山師范學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院為例

梁昌金，林少敏

（韓山師范學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 潮州 515633）

0 引言

自2013年以來(lái)，我國(guó)應(yīng)屆大學(xué)畢業(yè)生的人數(shù)連創(chuàng)新高，學(xué)生就業(yè)壓力越來(lái)越大。然而，企業(yè)卻認(rèn)為依舊很難招聘到所需要專業(yè)人才，主要原因是工科類大學(xué)畢業(yè)生的實(shí)踐能力較差，缺乏創(chuàng)新能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)不夠。為了能夠培養(yǎng)企業(yè)需要的人才，教學(xué)改革勢(shì)在必行，而實(shí)踐教學(xué)作為培養(yǎng)高校學(xué)生這些能力的直接手段，需要根據(jù)社會(huì)科技發(fā)展首先加強(qiáng)?！肮こ虉D學(xué)與AutoCAD”作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的傳統(tǒng)課程，是每一個(gè)理工科學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課。其目的是培養(yǎng)學(xué)生看圖畫(huà)圖能力、空間想象能力、形象思維能力、設(shè)計(jì)表達(dá)能力、審美能力、創(chuàng)新構(gòu)形能力[1]。

1 “工程圖學(xué)與AutoCAD”的課程現(xiàn)狀

1.1 處理不好“工程圖學(xué)”與“CAD”的課程關(guān)系

“工程圖學(xué)”早期主要以尺規(guī)繪圖為主。受限于模型數(shù)量少及攜帶不便，很多教師一般“口述+比畫(huà)”講物體的投影圖，讓學(xué)生感到抽象，缺乏實(shí)感而影響教學(xué)效果。由于尺規(guī)畫(huà)圖占用時(shí)間，課程進(jìn)度慢、效果差[2]。雖然現(xiàn)代技術(shù)的引入可以提高“工程圖學(xué)”的教學(xué)效率和效果，但是一些院校還沒(méi)有將其融合，是相對(duì)獨(dú)立的兩門課。這就造成課程內(nèi)容重復(fù)較多，課時(shí)雖然增加，效果反而不好?！癈AD”在教學(xué)過(guò)程中片面強(qiáng)調(diào)命令的使用方法，脫離制圖知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)圖形的繪制雖較熟練，但卻不能較好地進(jìn)行圖樣的表達(dá)。有些院校雖然將“工程制圖”與“CAD繪圖”合并為一門課程，但是兩種繪圖分別集中講解。兩種繪圖方式名稱上看似合并，實(shí)則獨(dú)立，這就造成理論課時(shí)多，實(shí)踐課時(shí)少，學(xué)生不能進(jìn)行充分練習(xí)，對(duì)軟件掌握不熟練。有些學(xué)生覺(jué)著“CAD繪圖”比較前沿，對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作有幫助，側(cè)重學(xué)習(xí)，但是“工程圖學(xué)”的基礎(chǔ)知識(shí)不夠扎實(shí)[3]。

1.2 教學(xué)方法單一

“工程圖學(xué)”多年來(lái)一直沿用課堂講述、黑板畫(huà)圖的陳舊、僵化教學(xué)模式，方法單一。尤其是三維空間實(shí)物轉(zhuǎn)化到二維圖紙上，學(xué)生的感覺(jué)不直觀，看圖時(shí)無(wú)從下手。而二維圖形轉(zhuǎn)化為三維實(shí)物時(shí)，又由于缺少?gòu)?fù)雜的教具，僅限于幾種常見(jiàn)的三維立體模型，學(xué)生的學(xué)習(xí)同樣感到力不從心。有的教師課件設(shè)計(jì)只是將教材上的文字和圖片進(jìn)行堆砌、羅列，課件形式過(guò)于呆板，教學(xué)內(nèi)容過(guò)多，再加上課時(shí)少、課程進(jìn)度快，學(xué)生聽(tīng)課有如走馬觀花，總體印象不深。授課內(nèi)容仍然局限在以平面投影圖形代替立體影像，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，沒(méi)有相應(yīng)的實(shí)體模型輔助教學(xué)。一些較難的內(nèi)容，比如相貫線、截交線等，學(xué)生難以在安排的學(xué)時(shí)內(nèi)消化，而影響后續(xù)的教學(xué)。授課過(guò)程中缺少溝通互動(dòng)，課堂氛圍不活躍，這樣的教學(xué)方法，時(shí)間久了會(huì)造成學(xué)生的學(xué)習(xí)不積極，認(rèn)為該課程枯燥乏味，產(chǎn)生厭煩情緒。

1.3 課程結(jié)構(gòu)安排不合理

在“CAD制圖類”的課程教學(xué)中，普遍存在的問(wèn)題是總課時(shí)量偏少，缺乏實(shí)踐教學(xué)時(shí)間。一般非工程設(shè)計(jì)類專業(yè)這門課程設(shè)置的課時(shí)在32～54節(jié)，其中又以理論教學(xué)為主，理論與實(shí)踐的課時(shí)比在2∶1。一些學(xué)校運(yùn)用仿真加工的形式進(jìn)行模擬實(shí)踐，但往往仿真加工與實(shí)際物件偏差大，無(wú)法滿足實(shí)際要求或裝配。而注重軟件教學(xué)，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力不夠重視。由此培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生只會(huì)軟件進(jìn)行畫(huà)圖操作，而不知道如何綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)使用CAD軟件去設(shè)計(jì)。

2 教學(xué)改革措施

“工程圖學(xué)與AutoCAD”在韓山師范學(xué)院的多個(gè)理工科專業(yè)有開(kāi)設(shè)，前期也遇到了類似問(wèn)題。為增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，材料科學(xué)與工程學(xué)院針對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)培養(yǎng)計(jì)劃，課程設(shè)置做了重要的改革，重點(diǎn)引入了快速成型技術(shù)。

為達(dá)成專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，適應(yīng)相應(yīng)課程的調(diào)整，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，任課教師也在教學(xué)方法、考核方式上做了相應(yīng)改革，主要?dú)w納為以下幾個(gè)方面。

2.1 調(diào)整課程結(jié)構(gòu)

材料專業(yè)的課程最初設(shè)置108個(gè)學(xué)時(shí)，分兩個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè)。而任課教師前一個(gè)學(xué)期主要任務(wù)講授“工程圖學(xué)”，以純課堂講述為主；后一個(gè)學(xué)期主講“AutoCAD”，一半理論課，一半上機(jī)課。這就相當(dāng)于將這門課程拆分成兩門課來(lái)上，雖然課時(shí)量比較充足，但是由于教學(xué)條件的限制，實(shí)踐課只局限于上機(jī)操作，而且理論與實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)比例為3∶1，與課程的培養(yǎng)計(jì)劃和目標(biāo)不符，學(xué)生也無(wú)法掌握實(shí)質(zhì)性的技能。后經(jīng)過(guò)改革，將這門課的課時(shí)縮短為54個(gè)學(xué)時(shí)，將課堂完全轉(zhuǎn)入機(jī)房，工程圖學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)穿插于AutoCAD軟件學(xué)習(xí)中，理論與實(shí)踐教學(xué)的綜合比例為1∶1，這樣課程結(jié)束時(shí)學(xué)生可以熟練掌握一種軟件的操作。雖然實(shí)踐課時(shí)增加，但是總課時(shí)量壓縮，同樣不符合培養(yǎng)計(jì)劃和培養(yǎng)目標(biāo)。于是專業(yè)又開(kāi)設(shè)一門以實(shí)踐為主的課程—“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與數(shù)控成型”，課時(shí)設(shè)置為72個(gè)學(xué)時(shí)，主要學(xué)習(xí)Pro/E及JDpaint等軟件的模型設(shè)計(jì)及輸出成型。這樣課程又涉及了多種設(shè)計(jì)軟件，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛(ài)好挑選一種軟件學(xué)習(xí)，有能力的學(xué)生可以多掌握幾種軟件，實(shí)現(xiàn)模塊化教學(xué)。

2.2 改變教學(xué)方法

將“工程圖學(xué)”“AutoCAD”與快速成型相融合，形成“三元一體化”的教學(xué)方式。把課堂設(shè)在機(jī)房和實(shí)訓(xùn)室，軟件的學(xué)習(xí)中穿插工程圖學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)生利用自己熟悉的軟件設(shè)計(jì)模型，并用3D打印機(jī)或瓷模機(jī)進(jìn)行快速成型。而且“工程圖學(xué)與AutoCAD”的課程作業(yè)就是自主設(shè)計(jì)3D模型，為下一學(xué)期的數(shù)控成型做準(zhǔn)備，做到兩門課程的銜接。學(xué)生邊設(shè)計(jì)邊接受指導(dǎo)，既能掌握軟件的使用方法，又能把握模型設(shè)計(jì)與設(shè)備成型的關(guān)聯(lián)方法。設(shè)計(jì)的模型不能很好成型時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)修改方法現(xiàn)場(chǎng)快速成型。讓學(xué)生更能將理論知識(shí)融會(huì)貫通，明確機(jī)器的基本構(gòu)造和原理，最終達(dá)到理論與實(shí)踐的雙贏。

2.3 考核方法

由以往的給圖畫(huà)圖的考核方法，變?yōu)殚_(kāi)放性的考核方法。鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮自己的想象力，自主選擇模型設(shè)計(jì)，不必拘泥于書(shū)本上的圖形。學(xué)生設(shè)計(jì)出的模型通過(guò)快速成型機(jī)器輸出為實(shí)物，再經(jīng)過(guò)精修加工成最終作品進(jìn)行展示。教師根據(jù)作品的精美程度及完成的難易程度決定最終成績(jī)。

2.4 改善教學(xué)條件

購(gòu)置了多種型號(hào)的3D打印機(jī)、瓷模機(jī)、Freeform雕刻筆等新型的設(shè)計(jì)和成型設(shè)備為課程提供硬件支持。學(xué)院還組建了金工實(shí)訓(xùn)室，旨在提高學(xué)生的識(shí)圖和動(dòng)手能力。

學(xué)生的設(shè)計(jì)圖紙及作品照片留作課程考核記錄備案，而實(shí)物作品則由學(xué)生自己留存。這種更加人性化的課程考核方式大大增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課程教學(xué)評(píng)價(jià)值也由最初的90分上升到后來(lái)的94分。實(shí)踐證明，這樣的教學(xué)及考核方式激發(fā)了許多學(xué)生的空間想象能力和創(chuàng)新構(gòu)圖能力，也制作了多個(gè)具有一定創(chuàng)意的作品。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將“工程圖學(xué)”“AutoCAD”與快速成型技術(shù)相融合，輔以“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與數(shù)控成型”，形成了模塊化教學(xué)方式，實(shí)際上是“工程圖學(xué)”與“CAD”融合后再與快速成型技術(shù)進(jìn)行的二次融合，形成“三元一體”化的模式。事實(shí)證明，學(xué)生可選擇的軟件增多，動(dòng)手能力增強(qiáng)，學(xué)習(xí)興趣提高。而且通過(guò)從模型的最初構(gòu)想、動(dòng)手設(shè)計(jì)，到最終快速成型的融合式教學(xué)，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)掌握更牢固，還可以探索更復(fù)雜的設(shè)計(jì)方法，鍛煉發(fā)散思維。