基于設(shè)計能力的制圖類課程教學(xué)改革

摘要：針對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實際，以提高學(xué)生的工程設(shè)計能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，構(gòu)建從二維到三維設(shè)計的制圖類課程體系，突出三維設(shè)計思想，開展制圖類課程教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容的改革。組建復(fù)合型制圖教學(xué)團隊，在制圖課程的不同階段引入相應(yīng)的CAD三維建模內(nèi)容，提高學(xué)生的設(shè)計建模能力，從而提高制圖類課程的整體教學(xué)水平。

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

中圖分類號：G642.3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）35-0043-02

工程制圖是工科學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，不僅是一門單純傳授知識的課程，還承擔(dān)了對學(xué)生工程意識、空間思維方式和初步創(chuàng)新能力的啟蒙和培養(yǎng)作業(yè)[1]。作為一門重要的工科專業(yè)基礎(chǔ)課程，制圖類課程的教學(xué)內(nèi)容并沒有充分考慮后續(xù)課程的設(shè)計概念、功能分析、設(shè)計分析、三維建模與制造等內(nèi)容。多數(shù)高校對于機械類專業(yè)的學(xué)生通常開設(shè)出三門左右的制圖課程，如工程制圖、計算機繪圖、三維實體造型軟件應(yīng)用（Pro/E、SolidWorks、UG等）。經(jīng)過多年的教學(xué)改革與實踐，國內(nèi)高校的制圖類課程已經(jīng)由傳統(tǒng)的黑板、掛圖和模型講解為主的教學(xué)方式過渡到利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)資源開展教學(xué)的模式。然而，這些制圖類課程的改革大多僅僅停留在對傳統(tǒng)教學(xué)手段形式上的改革，課程的改革也各自為政，沒有系統(tǒng)性。近年來，國內(nèi)機械行業(yè)正處在采用三維設(shè)計以及沿用傳統(tǒng)二維設(shè)計方法的并存時期，而且這種局面還會持續(xù)一段時間[2]。因此，國內(nèi)圖學(xué)教育界提出“以三維為主，二維與三維并重”的教育理念，提倡設(shè)計從三維開始，以適應(yīng)不斷發(fā)展的現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計、制造和管理方法的要求，當(dāng)前高校制圖類課程體系和教學(xué)內(nèi)容不能滿足這種新的需求。

一、根據(jù)專業(yè)特點，構(gòu)建制圖類課程新體系

針對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實際，以提高學(xué)生的工程設(shè)計能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，結(jié)合農(nóng)林院校工科專業(yè)特點，在專業(yè)人才培養(yǎng)方案修訂中，具體結(jié)合我校工科專業(yè)特點完成從二維平面繪圖到三維設(shè)計的制圖類課程體系的構(gòu)建，并且圍繞這些制圖類課程結(jié)合我校08版方案制訂或修訂課程的教學(xué)大綱，探討各門制圖類課程的教學(xué)體系與內(nèi)容的實質(zhì)性改革。結(jié)合我校2008版修訂的機械類專業(yè)人才培養(yǎng)方案，以二維為基礎(chǔ)，二維與三維造型設(shè)計并重，構(gòu)建制圖類課程體系。在新的課程體系中，我校機械設(shè)計及其自動化專業(yè)設(shè)置了工程制圖、計算機繪圖和三維工程應(yīng)用軟件Pro／Engineer三門課程。農(nóng)業(yè)機械化、機電工程和其他近機類以及非機類專業(yè)設(shè)置完成了工程制圖和計算機繪圖，三維工程應(yīng)用軟件課選修（Catia、KMCAD、CAXA等）三門制圖類課程的設(shè)置。在完成制圖類課程設(shè)置后，基于三維設(shè)計為主線修訂制圖類課程的教學(xué)大綱，在各學(xué)期開出的制圖類課程中逐漸滲透三維設(shè)計的思想，通過課堂講授和加強實踐環(huán)節(jié)，實現(xiàn)三維設(shè)計思想的整體貫穿。同時，面對現(xiàn)代工程實際中二維與三維設(shè)計并存的問題，通過制圖類課程在突出、強化三維設(shè)計的同時，根據(jù)不同制圖課程的特點，實現(xiàn)二維繪圖與三維設(shè)計的有機結(jié)合。

二、以二維為基礎(chǔ)，以三維設(shè)計為重點，開展制圖類課程的改革

以二維為基礎(chǔ)，以三維設(shè)計為重點，全面開展基于三維設(shè)計的制圖類課程建設(shè)工作，以突出三維設(shè)計為特色，使二維到三維具有系統(tǒng)性和連續(xù)性。工程制圖課程的主要任務(wù)是用圖形法解決空間幾何問題和用圖形表示空間幾何形體，培養(yǎng)和發(fā)展圖學(xué)思維能力，讓學(xué)生掌握繪制和閱讀工程圖樣的原理和方法。其主要內(nèi)容是基于正投影理論將空間的物體首先轉(zhuǎn)化成二維的正投影圖，即做出物體二維工程圖樣，用以表達機件的結(jié)構(gòu)特征、零件的結(jié)構(gòu)形狀、部件與機器的工作原理和技術(shù)要求等。傳統(tǒng)的工程制圖的教學(xué)內(nèi)容，主要包括講解點、線、面、基本體、組合體的投影圖與機件的各種表達方法。然而，設(shè)計者在腦海的設(shè)計構(gòu)思都是三維的，制造的結(jié)果也是三維的實物，在“設(shè)計構(gòu)思”和“產(chǎn)品實物”兩者之間傳遞的信息卻是二維的投影圖形，這種形式在傳統(tǒng)手工繪制圖樣的年代是很有用的，避免了繪制復(fù)雜的立體效果圖。隨著計算機的普及應(yīng)用，以及現(xiàn)代的設(shè)計方法和加工方法的普及，開展從二維到三維設(shè)計的工程制圖類課程的改革，是制圖類教學(xué)亟待解決的一個問題。基于上述現(xiàn)狀，我校對工程制圖的教學(xué)內(nèi)容進行了初步的改革，從教材的體系到教學(xué)內(nèi)容都體現(xiàn)了三維的設(shè)計思想，在講授點、線、面的投影等基礎(chǔ)內(nèi)容時，主要是二維的投影理論。在講授基本體，組合體等相關(guān)內(nèi)容時，增加了拉伸體和旋轉(zhuǎn)體兩種重要的三維造型方法，從三維實體出發(fā)，利用三維軟件的特征造型功能講授組合體各基本要素的組成與投影，這部分內(nèi)容只要求學(xué)生理解正投影的概念，建立二維投影圖是對三維實體的一種正投影表達方式，為學(xué)生將來閱讀和繪制二維投影圖做好知識的準(zhǔn)備。截交線與相貫線的內(nèi)容在講課時結(jié)合三維實體的布爾運算進行講解，這樣不但符合三維切割體或者是相貫體的實際成型過程，也向?qū)W生傳授了布爾運算的三維造型方法。組合體部分的內(nèi)容結(jié)合立體的拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、布爾運算等三維成型方法為進行講解，講授二維投影圖的同時灌輸三維設(shè)計思想。機件的表達方法章節(jié)重點以三維的零件、部件為研究對象，研究如何合理應(yīng)用各種表達方法零件、部件的結(jié)構(gòu)和尺寸，這一章著重培養(yǎng)學(xué)生的分析和應(yīng)用力，在講授清楚各種表達方法的特點和應(yīng)用場合后，演示三維軟件自動生成機件的各種視圖和剖視圖等二維圖紙的功能，進行三維設(shè)計的同時兼顧二維設(shè)計。

三、組建復(fù)合型制圖教學(xué)團隊

全面開展從二維繪圖到三維設(shè)計的制圖類課程的改革，具有系統(tǒng)性和延續(xù)性，幾乎涵蓋了圖學(xué)、計算機應(yīng)用、設(shè)計與制造等學(xué)科，這些課程大多與不斷發(fā)展的工程實際結(jié)合緊密，對從事制圖類課程的教師提出了更高的要求。制圖類課程是一門服務(wù)于制造業(yè)、建筑業(yè)等生產(chǎn)部門的與工程實際緊密結(jié)合的技術(shù)基礎(chǔ)課程，隨著制造業(yè)、計算機業(yè)的不斷發(fā)展，圍繞新的人才培養(yǎng)目標(biāo)，不斷調(diào)整課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容的今天，制圖類教師必須有足夠的專業(yè)知識才能勝任教學(xué)，如果制圖教師不熟悉新的設(shè)計方法和加工技術(shù)，就跟不上現(xiàn)代生產(chǎn)實際的發(fā)展：步伐。傳統(tǒng)的制圖教研室教師忙于年復(fù)一年的一成不變的制圖教學(xué)，失去對新知識的渴望與學(xué)習(xí)，不但制約了制圖類課程的改革，同時，對于制圖老師個人的發(fā)展與提高也非常不利。參考美、日、韓等國家的高校沒有專門的制圖教師，制圖類課程是由有著豐富專業(yè)知識的專業(yè)老師承擔(dān)的做法，打破傳統(tǒng)的制圖教師概念，組建吸收機械類各專業(yè)的專業(yè)教師參加的復(fù)合型制圖教學(xué)團隊，而原來專職制圖教師根據(jù)自己所學(xué)的專業(yè)，學(xué)習(xí)和深造后從直各專業(yè)的制圖課程的教學(xué)任務(wù)外，同時承擔(dān)相應(yīng)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課教學(xué)，參與學(xué)生生產(chǎn)實習(xí)指導(dǎo)和畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)等教學(xué)環(huán)節(jié)，使得基于三維設(shè)計的制圖類課程的改革能面向?qū)I(yè)和現(xiàn)代工程實際，組建復(fù)合型制圖類課程教學(xué)團隊，使教師教學(xué)水平和科研能力得到快速提升。

參考文獻：

[1]馬亞麗.機械類本科專業(yè)“工程圖學(xué)”課程內(nèi)容體系與教學(xué)方法探討[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2013，29（1）：66-67.

[2]熊志勇，羅志成，陳錦昌等.基于創(chuàng)新性構(gòu)型設(shè)計的工程圖學(xué)教學(xué)體系研究[J].圖學(xué)學(xué)報，2012，33（2）：108-112.

基金項目：西北農(nóng)林科技大學(xué)2011年教學(xué)改革研究項目（JY1102072）

作者簡介：朱琳（1969-），男，博士，副教授，主要研究方向：圖學(xué)教育與機械CAD技術(shù)。