依托“中山大學(xué)極地”號開展“工程制圖”教學(xué)的探索

［摘 要］ 由中山大學(xué)打造的“中山大學(xué)極地”號作為我國高校首艘、國內(nèi)第三艘具備極地科考能力的破冰船，不僅是開展極地科學(xué)研究的創(chuàng)新平臺，同時也是面向高校的重要育人平臺。針對“工程制圖”在船舶與海洋工程學(xué)科中的教學(xué)現(xiàn)狀，提出依托“中山大學(xué)極地”號開展“工程制圖”教學(xué)的探索。結(jié)合“中山大學(xué)極地”號船體圖紙和機(jī)艙零部件圖紙講解工程制圖的理論和相關(guān)規(guī)范，將“工程制圖”教學(xué)與專業(yè)學(xué)科的實際問題有機(jī)結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和解決實際問題的能力，為我國的海洋事業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

［關(guān)鍵詞］ 工程制圖；船舶與海洋工程；教學(xué)探索；“中山大學(xué)極地”號

［基金項目］ 2023年度中山大學(xué)教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)項目資助課題“結(jié)合中山大學(xué)極地號開展‘工程制圖與CAD’教學(xué)的模式探索”（76170-12220011）

［作者簡介］ 李曉天（1989—），男，河南南陽人，博士，中山大學(xué)海洋工程與技術(shù)學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事船舶與海洋工程研究；杜現(xiàn)平（1989—），男，山東臨沂人，博士，中山大學(xué)海洋工程與技術(shù)學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計研究；查若思（1992—），男，安徽潛山人，博士，中山大學(xué)海洋工程與技術(shù)學(xué)院助理教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事船舶與海洋工程計算水動力學(xué)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2025）-07-0017-04 ［收稿日期］ 2023-12-29

引言

工程圖樣作為工程與產(chǎn)品信息傳遞的主要媒介，是工程設(shè)計中不可或缺的一環(huán)，被稱為“工程界的語言”。對于工科專業(yè)的學(xué)生來說，掌握基本的繪圖和讀圖能力是其未來從事工程設(shè)計工作的基石。作為工程制圖的理論基礎(chǔ)，畫法幾何學(xué)通過投影法建立二維和三維空間之間的映射關(guān)系，具有高度抽象的特點。通過畫法幾何學(xué)的訓(xùn)練可以有效鍛煉學(xué)生的形象思維能力和空間想象能力，對學(xué)生綜合能力的開發(fā)具有積極意義。此外，“工程制圖”作為一門實踐性較強(qiáng)的課程，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生動手和解決實際問題的能力。不僅如此，由于工程圖的繪制不能有絲毫的偏差，通過“工程制圖”課程教學(xué)與實踐還可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的工匠精神。因此，“工程制圖”被越來越多的專業(yè)納入本科教學(xué)課程體系之中，成為本科學(xué)生的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。

船舶與海洋工程學(xué)科主要圍繞各類船舶及海洋工程裝備開展設(shè)計、分析、制造及運維研究，研發(fā)這些船舶及海洋工程裝備都離不開工程制圖的支撐。大到整個船體結(jié)構(gòu)，小到某一個機(jī)械零部件，都需要繪制工程圖樣來指導(dǎo)設(shè)計與生產(chǎn)。因此，能夠讀懂和繪制工程圖是“船舶與海洋工程”專業(yè)從業(yè)者必須具備的基本能力。中山大學(xué)海洋工程與技術(shù)學(xué)院圍繞“船舶與海洋工程”一級學(xué)科，始終堅持落實立德樹人根本任務(wù)，將“工程制圖與CAD”課程作為人才培養(yǎng)中的重要一環(huán)納入本科教學(xué)課程體系，并結(jié)合學(xué)科特點開展了對工程制圖教學(xué)模式的探索，取得了良好的效果。

一、“工程制圖”教學(xué)現(xiàn)狀

工程制圖基礎(chǔ)教學(xué)經(jīng)過長期的發(fā)展與改革，取得了一系列的成果，已經(jīng)基本形成了較為完備的教學(xué)體系。然而，隨著時代的發(fā)展，工程領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，對工程制圖也提出了新的要求，因此“工程制圖”教學(xué)也需要緊跟時代的步伐進(jìn)行改革創(chuàng)新。在新工科建設(shè)的背景下，許多學(xué)者對“工程制圖”教學(xué)進(jìn)行了有益的探索。徐海軍等［1］針對非機(jī)械類專業(yè)學(xué)生“制圖”與“工程”脫離的現(xiàn)象，探討了面向?qū)W生工程素質(zhì)培養(yǎng)的工程制圖新教法，并將其引入課堂教學(xué)活動。卓麗云［2］在工程制圖教學(xué)中引入了OBE教學(xué)理念，以業(yè)界需求為導(dǎo)向整合教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)傳統(tǒng)制圖和計算機(jī)設(shè)計軟件的融合式教學(xué)。楊莉等［3］基于專業(yè)認(rèn)證的要求，從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面進(jìn)行了改革，探討了如何建立符合專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)模式。許麗等［4］圍繞工程制圖的教學(xué)內(nèi)容，對該課程的思政教育進(jìn)行了探索實踐，并提出了融入思政教育的具體措施。陸長勝等［5］在分析了高校機(jī)械類學(xué)生的教育現(xiàn)狀和工程圖學(xué)教學(xué)改革發(fā)展特點的基礎(chǔ)上，探討機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)化思想指導(dǎo)下工程圖學(xué)課和專業(yè)課的融合教學(xué)形式，提出以培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力為目標(biāo)的現(xiàn)代工程圖學(xué)課程體系的建立和教學(xué)方法的改革。耿直等［6］基于對新工科背景下的工程制圖教學(xué)的思考，提出從高校和教師兩個層面對該課程進(jìn)行教學(xué)改革的建議。孫艷萍等［7］針對能源類行業(yè)院校的特點，提出“畫法幾何與工程制圖”課程的教學(xué)改革方法，樹立了“基礎(chǔ)為本、方便自學(xué)、鼓勵創(chuàng)新”的工程圖學(xué)的教學(xué)理念。

然而，雖然目前“工程制圖”教學(xué)改革已經(jīng)取得了一系列的重要成果，但在教學(xué)實踐中依然存在學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高的現(xiàn)象，其根源在于學(xué)生沒有深刻理解所學(xué)的理論知識與未來要從事的專業(yè)領(lǐng)域之間的密切聯(lián)系。因此，“工程制圖”教學(xué)應(yīng)針對學(xué)生所學(xué)專業(yè)的特點進(jìn)行設(shè)計，將理論教學(xué)與專業(yè)領(lǐng)域的實際問題有機(jī)結(jié)合在一起，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

二、依托“中山大學(xué)極地”號開展“工程制圖”教學(xué)的模式探索

為服務(wù)國家海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略，繼“中山大學(xué)”號海洋綜合科考實習(xí)船投入使用后，中山大學(xué)又傾力打造了“中山大學(xué)極地”號（以下簡稱極地號），如圖1所示。極地號排水量5 852噸，長78.95米、寬17.22米、吃水深度8.16米，是我國高校首艘、國內(nèi)第三艘具備極地科考能力的破冰船。極地號不僅是開展極地科學(xué)研究的創(chuàng)新平臺，同時也是面向高校的極地公共科教平臺。作為一艘典型的破冰船，極地號具有復(fù)雜的船體結(jié)構(gòu)和大量的機(jī)械零部件，這為開展“工程制圖”實踐教學(xué)提供了極其豐富的素材庫。為充分發(fā)揮極地號育人平臺的作用，中山大學(xué)海洋工程與技術(shù)學(xué)院面向船舶與海洋工程專業(yè)的學(xué)生，有針對性地提出了依托極地號開展“工程制圖”理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式探索。結(jié)合船舶與海洋工程專業(yè)的繪圖需要，本次教學(xué)模式探索將教學(xué)分為船體制圖和零件制圖兩部分進(jìn)行。

（一）結(jié)合船體圖樣講解制圖基礎(chǔ)的探索

船體圖樣是用來表達(dá)設(shè)計思想、進(jìn)行技術(shù)交流和指導(dǎo)造船生產(chǎn)不可缺少的技術(shù)文件，包括總體圖樣、結(jié)構(gòu)圖樣、舾裝圖樣和工藝圖樣。其中總體圖樣又包括總布置圖和型線圖等，結(jié)構(gòu)圖樣又包括結(jié)構(gòu)節(jié)點圖、典型橫剖面圖、基本結(jié)構(gòu)圖、肋骨型線圖、外板展開圖以及分段結(jié)構(gòu)圖等。作為“船舶與海洋工程”專業(yè)的學(xué)生，要想成為一名船舶工程師就必須能夠讀懂和繪制船體圖樣，要想讀懂和繪制船體圖樣，就必須掌握工程制圖的知識，這就為“工程制圖”課程教學(xué)提出了明確的目標(biāo)和應(yīng)用場景。講解船體圖樣能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工程制圖的積極性，學(xué)習(xí)工程制圖可以進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對船舶專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，從而達(dá)到以用促學(xué)、學(xué)以致用的目的。

在教學(xué)實踐中，首先為學(xué)生介紹極地號的基本情況，讓學(xué)生對破冰船的結(jié)構(gòu)特點及破冰原理有一個基本的認(rèn)識，并介紹開發(fā)和利用極地對我國的重要意義，激勵學(xué)生為祖國的極地和海洋事業(yè)而奮發(fā)學(xué)習(xí)。然后，通過講解極地號的相關(guān)船體圖紙，讓學(xué)生系統(tǒng)性地了解船體圖紙的種類及各自所包含的信息，明白制圖在船舶設(shè)計與建造中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工程制圖的熱情。之后，結(jié)合極地號的船體圖紙，講解制圖的基本知識及國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定：結(jié)合船體圖紙介紹國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖紙幅面和圖框格式，通過講解如何將巨大的船體畫在一張小小的圖紙上，介紹比例縮放的原理及常用的繪圖比例；結(jié)合船體總布置圖講解國家標(biāo)準(zhǔn)對標(biāo)題欄和明細(xì)欄格式的相關(guān)規(guī)定，詳細(xì)剖析船體圖紙中標(biāo)題欄和明細(xì)欄所包含的信息；結(jié)合船體總布置圖和型線圖講解三投影面體系和三視圖，闡明主視圖、左視圖、俯視圖之間的對應(yīng)關(guān)系；結(jié)合中縱剖面圖和各類甲板圖講解實線、虛線、點畫線、雙點劃線、軌道線、波浪線、折斷線、斜柵線等各類圖線的用法，以及各種圖形符號的含義；結(jié)合中橫剖面圖講解尺寸標(biāo)注的原則及相關(guān)規(guī)定。然后，在系統(tǒng)性地講解了船體圖樣和工程制圖基本知識的基礎(chǔ)上，以極地號為例，讓學(xué)生采用CAD軟件繪制一幅完整的縱橫剖面圖，通過實踐練習(xí)各種線型的繪制、比例尺的應(yīng)用、尺寸標(biāo)注、標(biāo)題欄和明細(xì)欄的制作，強(qiáng)化對工程制圖知識的理解。最后，組織學(xué)生登船參觀，通過圖紙與實船的對比，加深學(xué)生對二維船體圖紙與三維船體結(jié)構(gòu)之間對應(yīng)關(guān)系的理解，進(jìn)一步鞏固所學(xué)的工程制圖知識。

（二）結(jié)合機(jī)艙零部件講解機(jī)械圖樣的探索

機(jī)艙作為船舶的“心臟”，為船舶航行提供動力保障。破冰船在冰區(qū)航行需要克服浮冰產(chǎn)生的阻力，對動力性能提出了更高的要求。極地號采用雙螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)，由4臺2 800 kW的瓦錫蘭發(fā)動機(jī)驅(qū)動，為其在冰區(qū)破冰前行提供了強(qiáng)有力的動力支撐。動力系統(tǒng)包含發(fā)動機(jī)、齒輪箱、螺旋槳等眾多各式各樣的零部件，加工制造這些零部件均需要繪制工程圖樣，這就為機(jī)械圖樣的教學(xué)和實踐提供了豐富的素材。不同于船體圖樣表述的宏大船體結(jié)構(gòu)，零部件的機(jī)械圖樣表達(dá)的是細(xì)致的結(jié)構(gòu)形式，且涉及零件之間的裝配，可以更全面地覆蓋工程制圖的知識。

在教學(xué)實踐中，通過組織學(xué)生參觀極地號的機(jī)艙，現(xiàn)場講解船舶推進(jìn)系統(tǒng)的原理和組成部分，強(qiáng)調(diào)機(jī)艙中眾多零部件是協(xié)同工作的有機(jī)整體，一個零部件的損壞可能導(dǎo)致整個船舶推進(jìn)系統(tǒng)的失效，每一個零部件的制作都需要用到機(jī)械圖樣，圖樣中任一細(xì)節(jié)的錯誤都會導(dǎo)致加工的零部件不合格，從而強(qiáng)化學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度。然后，以推進(jìn)系統(tǒng)中的齒輪箱為例講解零部件機(jī)械圖樣的畫法。齒輪箱作為發(fā)動機(jī)和螺旋槳之間的傳動機(jī)構(gòu)，由齒輪、軸承、箱體等眾多零件組成，各個零件的幾何特點和畫圖方法均不同，可以很好地涵蓋機(jī)械圖樣的知識點。結(jié)合齒輪箱的軸承講解剖視圖、斷面圖和軸測圖的畫法及各自的特點；結(jié)合齒輪箱箱體上的螺紋緊固件，講解螺紋的常用種類，以及牙型、基本直徑、線數(shù)、導(dǎo)程和旋向等基本要素。通過螺紋繪圖案例闡述內(nèi)螺紋和外螺紋的簡化畫法及連接的畫法，以及國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的螺紋標(biāo)注方法，并結(jié)合實物講解螺栓、螺柱、螺釘、螺母、墊圈等螺紋緊固件及連接裝配圖的規(guī)定畫法；結(jié)合齒輪箱傳動軸承，講解軸承上的鍵和銷的種類、標(biāo)記及連接裝配圖的畫法；結(jié)合齒輪箱的齒輪講解齒輪的作用及分類，以及齒頂圓、齒根圓、分度圓、齒距、齒高、齒數(shù)、模數(shù)、壓力角等概念，通過極地號齒輪箱中齒輪的繪圖案例，講解單個齒輪的簡化畫法以及多個齒輪嚙合的畫法；結(jié)合齒輪箱中的滾動軸承，介紹滾動軸承的結(jié)構(gòu)和類型，詳細(xì)講解軸承的代號、標(biāo)記和特征畫法。在介紹了齒輪箱各個零件繪圖方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步講解各個零件之間的組合形式和裝配圖的畫法。強(qiáng)調(diào)各個零件要想精確地組裝在一起，就必須控制加工制造的誤差，從而引出極限和配合的概念，進(jìn)而講解尺寸偏差和公差的標(biāo)注方法，以及間隙配合、過盈配合、過度配合的配合方式。通過強(qiáng)調(diào)齒輪傳動效率的重要性，引出零件表面粗糙度的概念，進(jìn)而講解表面粗糙度的圖形符號、代號及標(biāo)注方法。最后，讓學(xué)生利用分解的零件圖繪制極地號齒輪箱的裝配圖，通過由整到零、再由零到整的過程，強(qiáng)化學(xué)生對零件圖和裝配圖的理解，培養(yǎng)其解決實際工程問題的動手能力。

結(jié)語

針對目前“工程制圖”教學(xué)中理論與專業(yè)學(xué)科聯(lián)系不緊密的現(xiàn)象，本文面向船舶與海洋工程學(xué)科的學(xué)生，提出依托“中山大學(xué)極地”號開展“工程制圖”教學(xué)的探索。結(jié)合極地號的船體圖紙和機(jī)艙零部件圖紙講解工程制圖的理論知識，通過組織學(xué)生登船參觀并親自繪制極地號的相關(guān)圖紙，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生對制圖知識的理解和應(yīng)用能力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和解決實際問題的能力，充分發(fā)揮極地號育人平臺的作用，促進(jìn)高質(zhì)量人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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Teaching Exploration of Engineering Drawing Based on “Zhong Shan Da Xue Ji Di”

LI Xiao-tian， DU Xian-ping， ZHA Ruo-si

（School of Ocean Engineering and Technology， Sun Yat-sen University， Zhuhai，

Guangdong 519082， China）

Abstract： The “Zhong Shan Da Xue Ji Di”， developed by Sun Yat-sen University， is the first icebreaker with polar scientific research capabilities owned by Chinese universities and the third in China. It is not only an innovative platform for polar scientific research， but also an important education platform for college students. In view of the current teaching status of Engineering Drawing in the discipline of “Naval Architecture and Ocean Engineering”， this article proposes a teaching exploration of Engineering Drawing based on “Zhong Shan Da Xue Ji Di”. The engineering drawing theory and relevant specifications are explained based on the hull drawings and engine room parts drawings of “Zhong Shan Da Xue Ji Di”， organically combining Engineering Drawing teaching with practical problems in professional disciplines， and improving students’ enthusiasm for learning and ability to solve practical problems， which helps to cultivate high-quality talents for our country’s ocean development.

Key words： Engineering Drawing; Naval Architecture and Ocean Engineering; teaching exploration; “Zhong Shan Da Xue Ji Di”