工程圖學課程教材新體系研究

陳鵬飛

陜西理工學院 陜西漢中 723003

作者：陳鵬飛，講師，研究方向為圖學教育及計算機圖形學。

工程圖學作為工科專業的專業技術基礎課，對于該專業的后續學習起著至關重要的作用，它可以給予學生掌握閱讀與繪制工程圖樣的能力，培養學生的空間想象能力，養成嚴謹細致、一絲不茍的工程素養。近幾十年，隨著計算機圖形學、計算機軟硬件的發展，以及這些技術在現代工業企業中的大規模的應用，對工程圖學提出很大的挑戰，同時也是工程圖學大發展的一個重要契機。要適應現代化的發展，就要首先對工程圖學教材內容體系進行改革研究。

1 工程圖學教材體系的現狀

傳統的工程圖學教材體系基本上由畫法幾何、機械制圖或者工程圖和計算機繪圖三部分組成。第一部分為畫法幾何，主要包括投影理論、以圖解法為主的綜合解題、曲線曲面的投影、換面法、旋轉法、映射法等；第二部分為機械制圖，主要包括國標圖樣畫法的基本規定、工程圖樣的繪制與閱讀；第三部分為計算機繪圖，以AutoCAD繪圖軟件為主。傳統的工程圖學教材體系內容對于不同工科專業來講，各有取舍，各有側重，各部分所占學時比例因專業不同而有所不同，但大體格局相同。

2 當前計算機繪圖軟件和機械行業的發展特點及趨勢

隨著計算機圖形學和計算機硬件的迅猛發展，各種高級繪圖軟件、設計軟件如雨后春筍般蓬勃發展，由最初的二維繪圖軟件向三維軟件發展，由平面繪圖向三維建模直接生成二維圖形發展，以及在三維建模上進行虛擬加工、虛擬裝配、運動仿真、動力學分析和其他一些高級應用分析，這些發展變化主要體現在軟件的種類不斷擴大以及每種軟件的版本在不斷升級，軟件的功能在不斷增強和擴大。

在二維繪圖軟件中主要是AutoCAD，三維繪圖高級應用軟 件 主 要 有 Inventor、Pro/E、SolidWorks、UG、Catia、ANSYS、MasterCAM、Topsolid等，其中發展速度比較快的軟件有SolidWorks、UG、Catia等幾種。

在機械加工行業中，不同行業所采用的應用軟件各有不同。例如，飛機行業大多采用的是Catia；模具行業采用的軟件是MasterCAM和UG；其他一些機械企業中用SolidWorks和UG軟件比較多，因為這兩個軟件不僅功能強大，而且有較強的項目管理能力，能保證不同部門之間的協同工作。在加工領域里，數控自動加工應用越來越廣泛。

可以看出，當前計算機軟件及其在機械行業中應用的特點和趨勢是：軟件功能的增強化、集成化、多樣化、管理和設計網絡化，而且和企業的需求發展緊密聯系。

3 計算機繪圖軟件對工程圖學的挑戰及分析

計算機繪圖軟件從最早出現的AutoCAD開始，就對工程圖學提出是否要“甩圖板”的沖擊和挑戰，而且隨著三維繪圖軟件的迅猛發展，對工程圖學的各個層面都產生非常巨大的沖擊和挑戰，可以歸納出：甩圖板、畫法幾何的取舍、計算機繪圖軟件的選擇。

3.1 對“甩圖板”的分析

“甩圖板”就是在教學中去掉手工繪圖而用計算機軟件繪圖來代替。“甩圖板”是在繪圖軟件發展的初期所提出來的，這一提法是基于二維繪圖軟件的高效性、精確性的特點提出的。

盡管二維繪圖軟件有這樣的特點和優勢，但是手工繪圖不能去掉，反而要稍微加強一些。這是因為計算機繪圖軟件相當于只提供了手工繪圖教學中的鉛筆、橡皮、尺子和圓規，繪圖軟件所繪的圖樣是否正確、標注是否合理、視圖布局是否合理等，這些問題卻是繪圖軟件所不能解決的，而這些正是手工繪圖的教學目標，正如學習音樂的學生要進行抄譜子的教學活動一樣不可缺少。

3.2 對“畫法幾何的取舍”的分析

“畫法幾何的取舍”是基于三維軟件中的由三維模型向二維視圖直接轉換這一功能而提出來的，也就是說，既然三維軟件有這樣的功能，畫法幾何中的投影理論就沒有必要再學習了。

畫法幾何在工程圖學中的地位和作用是不可忽視的。畫法幾何是工程圖學課程中的理論基礎，如果把畫法幾何去掉的話，就如同釜底抽薪一般，工程圖學的其他一些部分就會失去理論支撐。另一方面，畫法幾何從點線面的投影講起，能給學生培養起初步的空間想象能力和空間分析能力，為更深入學習工程圖學的其他內容打下堅實的基礎。故而，畫法幾何部分不能去掉，只能是根據專業不同，畫法幾何的內容和講解的深度可適當調整。

3.3 對“計算機繪圖軟件選取”的分析

現階段，工程圖學中所選用的主流計算機繪圖軟件是AutoCAD。相對于其他一些高級三維繪圖軟件來講，AutoCAD的二維繪圖功能是其他三維繪圖軟件所不能比擬的，但就三維功能而言，AutoCAD的就大大不如其他三維繪圖軟件了。但是其他一些高級三維軟件又是種類較多，這就存在“計算機繪圖軟件的選取”問題——選哪一種、選取哪些模塊功能等。原因就在于這些高級三維軟件有自己明顯的特點，功能各有千秋。例如，Solidworks是基于特征的，ProE是基于參數化設計的；Solidworks的主要功能是將設計、驗證和仿真集于一身，ProE有26種功能模塊；其他一些如前所述的三維軟件也各有自己的特點。

就工程圖學而言，它是一門工科類的專業基礎課，教學目標是培養學生繪制和閱讀工程圖樣的能力，培養學生具有初步的計算機繪圖能力。結合各種計算機繪圖軟件的特點和類型，適合于工程圖學教學的計算機軟件可以這樣來選取：以AutoCAD為基礎部分、Solidworks為提高部分的組合教學，也可以增加一個計算機繪圖的課程設計。另一方面，三維軟件的基本功能是零件三維建模，而三維建模的基礎是繪制出一個平面圖形，然后經過拉伸、旋轉、掃掠等建模方法形成三維模型，而平面圖形的分析與繪圖方法步驟，正是工程圖學中的制圖基礎中要教授的一個重要內容。

4 工程圖學教材新體系的結構框架

通過以上對工程圖學教材體系的形狀分析，計算機繪圖軟件及機械行業對工程圖學的挑戰分析，建立工程圖學教材新體系結構框架的構建框架：

1)對畫法幾何部分可以根據專業需求不同做適當的調整，如對于機械類專業可以稍微加深難度和寬度，對于近機類和電子類專業可以降低難度，對于較難的綜合應用只做了解即可；

2)應該加強平面圖形的分析及繪圖方法和步驟的篇幅及訓練力度；

3)在組合體部分除了保留形體分析法和線面分析法之外，要增加形體建模的一些方法，如拉伸、旋轉、掃掠等，以及構型設計分析的一些基本方法；

4)工程圖部分的難度也要和相應的專業特點相適應；

5)計算機繪圖部分不僅包括AutoCAD的基礎部分(側重點：繪制平面圖形、零件圖、裝配圖的操作)和Solidworks提高部分(側重點：零件建模)，還應增加計算機繪圖課程設計這一綜合性教學內容(側重點：中低復雜部件模型的裝配)。