基于數(shù)字化“工程圖學”教學分析研究*

閔祥梅 ， 王長虎 ， 李風武

（1.濟寧市工業(yè)技師學院，山東 濟寧 272000；2.山東農(nóng)業(yè)工程學院，山東 濟南 250100）

“工程圖學”課程在工科各個專業(yè)中具備基礎(chǔ)性的作用，是學生需要掌握的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在實踐教學中能夠使學生養(yǎng)成正確的工程意識，養(yǎng)成工作細心的習慣和強烈的責任感。本文研究“工程圖學”課程在專業(yè)教學中如何使學生適應(yīng)當今制造技術(shù)要求，并對新時代數(shù)字化教學改革進行探討?！肮こ虉D學”實踐教學不僅可以增強學生動手能力，促進教學改革，運用工程意識將基礎(chǔ)知識轉(zhuǎn)變成培養(yǎng)創(chuàng)新能力的教學內(nèi)容，而且可以根據(jù)專業(yè)要求創(chuàng)新大學的人才培養(yǎng)發(fā)展模式，培養(yǎng)符合當前制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新需要的技術(shù)人才隊伍。采用數(shù)字化技術(shù)形象的教學情境，培育學生多種思維方式，發(fā)揮數(shù)字化信息傳遞優(yōu)勢，使數(shù)字化信息融入教學過程中，創(chuàng)建具備靈性的學習氛圍。數(shù)字化技術(shù)在教學創(chuàng)新中應(yīng)用普遍，在課程中可以準確展示零部件的平面圖以及結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對零部件的設(shè)計進程和結(jié)果進行優(yōu)化。

1 “工程圖學”教學改革研究現(xiàn)狀

1.1 結(jié)合專業(yè)建設(shè)進行教學改革

“工程圖學”課程在工科學科中對學生知識體系的構(gòu)建具有十分重要的作用，其要求學生掌握圖樣的繪制以及識讀的規(guī)律，以培育學生圖形制圖的才能。但手工繪圖教學需要花費大量課時，學生也需要花費很多時間去練習和操作繪圖[1]。隨著三維軟件的快速發(fā)展，“工程圖學”課程順應(yīng)形勢也擴充了計算機繪圖方面的知識，在教學中結(jié)合專業(yè)要求進行教學改革，擴展新的教學內(nèi)容，吸收、采用三維軟件繪圖，提升各專業(yè)學生識圖繪圖和識讀規(guī)律的能力[2]。“工程圖學”課程借助計算機軟件進行教改，提高了學生識圖繪圖的能力，也促進了數(shù)字化技術(shù)以及制造業(yè)的發(fā)展。

1.2 結(jié)合重點教學內(nèi)容進行改革

“工程圖學”課程以形體構(gòu)思為著力點，加強繪圖操作，在教學過程中根據(jù)投影規(guī)律和不同視圖的對應(yīng)關(guān)系，培養(yǎng)學生駕馭手工繪圖的技巧。教學中按照視圖之間的位置差異關(guān)系，講述展開投影面時，俯視圖的下方和上方表示物體不同前后面[3]。當側(cè)面向右旋轉(zhuǎn)展開以后，左視圖的左右兩方分別表示物體的前后兩個面，俯視圖和左視圖分別顯示物體的不同方面[4]。提高學生對視圖的理解能力，明白零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后根據(jù)零件圖和裝配圖生產(chǎn)設(shè)計和制造產(chǎn)品。

2 “工程圖學”教改發(fā)展路徑研究

“工程圖學”教學理念和教學方式需要根據(jù)發(fā)展形勢做出改變，過去注重這門課程的工具性，側(cè)重講授，如今注重培育學生數(shù)字化創(chuàng)新意識。過去側(cè)重二維繪圖講授，看重手工繪圖，現(xiàn)在則更多借助三維繪圖軟件顯示零部件或局部的結(jié)構(gòu)特征、建立三維模型授課，經(jīng)過數(shù)字化技術(shù)的在線學習，學生對零件圖、裝配圖的讀圖能力有了很大的提高。

2.1 “工程圖學”課程意義

2.1.1 調(diào)動學生積極性

工科類專業(yè)“工程圖學”課程強調(diào)對學生識圖繪圖能力的培養(yǎng)，工程圖樣的表達要準確和齊全，以實物線條為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識以及手工繪圖的基本技能，培養(yǎng)學生運用工程圖學知識解決復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)問題，以增強學生在企業(yè)實踐中生產(chǎn)產(chǎn)品的能力[4]。教學中對學生強調(diào)工程意識，培育學生空間構(gòu)想能力，并在課程教學中貫穿工程化思想，為學生職業(yè)生涯發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)[5]。

2.1.2 注重能力培養(yǎng)

工科類各個專業(yè)十分重視對學生的過程性考核，為保證教學質(zhì)量，讓學生積極參與“工程圖學”課程與實踐不僅可以豐富其工科方面的素養(yǎng)，也可以提高學生解決實際工程問題的能力，加深對專業(yè)的掌握程度[6]。

2.2 三維軟件輔助教學

2.2.1 鼓勵學生學習三維軟件

激發(fā)學生興趣，引導學生采用三維軟件新技術(shù)畫剖面圖，解決軸測圖繪制中存在的難點問題。零件圖和裝配圖等教學內(nèi)容在“工程圖學”課程中十分重要，體現(xiàn)了產(chǎn)品各部分之間的聯(lián)結(jié)裝配關(guān)系，在上課時向?qū)W生展現(xiàn)三維模型的構(gòu)造特點[7]，對學生讀圖、繪圖以及零部件制造工序理解有很大幫助。

2.2.2 灌輸工程意識

激勵領(lǐng)頭雁企業(yè)以及中小企業(yè)加強與學校的合作，注重培養(yǎng)學生工程意識，在“工程圖學”課程的基礎(chǔ)知識中添加優(yōu)化設(shè)計、創(chuàng)新意識以及產(chǎn)品特征等學科知識，提升學生對零部件視圖繪制畫法的學習能力[8]。教學改革不僅可以提高學生的工科素養(yǎng)，還可以提升學生繪圖、識圖的能力。在“工程圖學”課程各章節(jié)中，以基本體作為基礎(chǔ)講授投影規(guī)律，教學中要做到精煉講授，重點講授識讀零件圖以及零件的工藝結(jié)構(gòu)，并向?qū)W生傳輸工程思想，培養(yǎng)學生工程意識。

2.3 構(gòu)建立體模型輔助教學

2.3.1 立體模型促進直觀教學

傳統(tǒng)授課一般會應(yīng)用教具進行實物展示，但教具受實物限制，所以類型較少。三維建模功能豐富，對不規(guī)則空間曲面建模方便，通過軟件旋轉(zhuǎn)和剖切等操作，可以動態(tài)展示內(nèi)外結(jié)構(gòu)，并且可以修改模型，使學生可以更直觀和形象地理解知識[9]。課堂講授時融入“工程學”“機械優(yōu)化設(shè)計”等課程[10]，通過結(jié)合機械結(jié)構(gòu)與使用要求，增強學生對正投影法根本理論的學習，啟發(fā)學生利用各種技術(shù)資料主動學習零部件結(jié)構(gòu)。

2.3.2 合理分配教學內(nèi)容

“工程圖學”課程需要根據(jù)教學大綱要求，使學生更好地理解工程圖學知識。怎樣實現(xiàn)工程圖學內(nèi)容與其他專業(yè)知識的結(jié)合，恰當合理地分配教學內(nèi)容，是“工程圖學”教學中需要考慮的。學生在剛開始學習時，對點、線、面的分析能力比較差，所以需要采用由易到難、由簡單到復(fù)雜的教學方式。在教學中，三維立體模型可以給學生更直觀的感受，也更易于學生接受對視圖的學習。針對學生面臨的實際問題，采取啟示疏導的方式逐步處理問題，使學生掌握與工程實際密切聯(lián)系的知識內(nèi)容，從而便于學生學習其他具有工程基礎(chǔ)的課程。

2.4 數(shù)字化制造技術(shù)輔助教學

2.4.1 三維數(shù)據(jù)生成二維圖形

三維軟件具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，可以利用三維數(shù)據(jù)生成二維圖形，降低了對二維繪圖能力的要求，加強了學生學習制圖的信心，并且提高了學生的繪圖能力。計算機網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展促進了設(shè)計制造數(shù)字化、一體化的發(fā)展，教學時應(yīng)更加注重對學生應(yīng)用三維軟件的培訓。“工程圖學”這門課程在工科類專業(yè)中地位重要，有助于學生在繪制圖形的過程中形成嚴謹認真的工作作風?，F(xiàn)代技術(shù)發(fā)展迅速，三維軟件數(shù)字化建模強化了“工程圖學”和相關(guān)課程的教學形式。在學習工程圖學時，學生能夠根據(jù)實物進行視圖、剖面圖等圖形的繪制，并把上課學到的工程圖學知識運用到產(chǎn)品的實際生產(chǎn)中，同時掌握拆畫零件圖知識，了解常見工藝，可以根據(jù)技術(shù)要求進行尺寸標注，并能夠拆畫零件圖。此外，在經(jīng)過對裝配體的拆卸及裝配以后，學生能夠運用工程圖學知識解決零部件加工過程中遇到的問題。

2.4.2 推陳出新培養(yǎng)創(chuàng)造性思維

教學變化重在改變，培育學生創(chuàng)新性思想，利用三維設(shè)計軟件在計算機上構(gòu)建三維模型，可以使學生更好地學習識圖繪圖知識。同時，在教學中讓學生明白不同投影之間的投影關(guān)系，但像利用圖解法求空間相對位置這種難度較大的內(nèi)容可以讓學生根據(jù)自身情況選擇是否進行學習。此外，培養(yǎng)學生數(shù)字化制造理念，數(shù)字化深刻影響著企業(yè)技術(shù)的方方面面，數(shù)字化制造和數(shù)字化工藝改造推動了傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展，縮短了產(chǎn)品研發(fā)時間，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。在“工程圖學”課程教學中，借助軟件進行教學，使學生掌握現(xiàn)代設(shè)計理念，為將來步入社會打下基礎(chǔ)。

3 “工程圖學”教學改革反思

3.1 側(cè)重實踐教學

傳統(tǒng)的制圖教育主要包括繪圖和讀圖兩方面，但現(xiàn)代數(shù)字化制造加入了計算機輔助教學，首先構(gòu)思三維產(chǎn)品，建立三維模型，并借助計算機對產(chǎn)品進行輔助分析，所以在教學改革中側(cè)重實踐教學。學校教室多媒體運用較為廣泛，多媒體教學不僅可以形象地展現(xiàn)物體投影及其相對位置關(guān)系，而且課堂內(nèi)容容量大，還能夠提高講課效率，激發(fā)學生學習的積極性。同時，可以建立工程圖學專門的實驗場所進行現(xiàn)場教學，為學生學習工程圖學現(xiàn)場繪圖提供穩(wěn)定的學習環(huán)境。此外，教師可以通過融合“機械設(shè)計”等其他課程，嘗試實施多種形式的教學，由多媒體演示零部件構(gòu)造和三維造型等，并根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案要求優(yōu)化提升“工程圖學”教學能力，提升學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。

3.2 培養(yǎng)工程意識，強化工程應(yīng)用

在教學過程中，以探究式和因材施教的培養(yǎng)方式為主，注重教學過程性評價；嚴格把控教師教學業(yè)績考核，重在培育學生的才能；加大對學生學業(yè)過程性評價方面的考核力度，以不同方式展開課程教學，打牢工程圖學的知識儲備。在教學改革中培養(yǎng)學生表達工程設(shè)計的能力，在“工程圖學”課程教學的核心內(nèi)容中加入案例分析，引導學生學習，并結(jié)合工程實際繪制工程圖樣，使學生掌握徒手繪圖和計算機繪圖兩項技能。在教學過程中，強調(diào)工程情境應(yīng)用與繪圖技藝，借助三維軟件促進學生對“工程圖學”課程的學習。

4 “工程圖學”教改創(chuàng)新發(fā)展

4.1 運用工程化思路

考慮不同專業(yè)的教學要求，編寫適應(yīng)新教學改革模式下“工程圖學”教學發(fā)展要求的教材，調(diào)整學時和教學內(nèi)容，結(jié)合不同院校發(fā)展實際，圍繞不同教學措施和教學方法進行教學改革探討。充分利用多層次教學因材施教，充分發(fā)掘TBL（團隊教學模式）和PBL（問題導向模式）等不同教學方法，并將其應(yīng)用到實際教學中，構(gòu)建高效課堂。同時，多媒體教學視頻包含的圖形、圖像內(nèi)容多，教材人性化改革可以使學生更容易理解知識，在教學時結(jié)合其他專業(yè)課程講解可以更貼近工程實際，加強學生對工程圖學理論基礎(chǔ)知識的學習。此外，教師需要掌握計算機軟件，積極進行教學變革創(chuàng)新，緊跟教學改革發(fā)展前沿趨勢，以適應(yīng)現(xiàn)代教學改革的發(fā)展，培養(yǎng)學生的多種能力。

4.2 優(yōu)化教學情境

經(jīng)過剖析“工程圖學”教學現(xiàn)狀與教學大綱的培育要求可知，教學上側(cè)重傳統(tǒng)講授，學生培養(yǎng)要求與現(xiàn)代日益發(fā)展的智能制造數(shù)字化技術(shù)要求不太適應(yīng)，學生工程應(yīng)用能力與社會發(fā)展要求有較大差距。因此，應(yīng)優(yōu)化設(shè)計教學情境，以裝備圖樣為主線，根據(jù)工程化思想擴展、發(fā)散思維，運用數(shù)字化等新技術(shù)，為國家培養(yǎng)更多的高素質(zhì)人才。

4.3 培養(yǎng)創(chuàng)新意識

利用信息化技術(shù)進行創(chuàng)新意識的培訓，在教學中發(fā)揮三維軟件優(yōu)勢，通過三維實體展示物體實物，并在教學中結(jié)合三維實體和平面圖形，以促進數(shù)字化技術(shù)與“工程圖學”教學內(nèi)容的深度交融，造就圖學創(chuàng)新思想，激發(fā)學生創(chuàng)新意識。