基于三維構型的現代工程制圖教學方法研究與實踐

摘 要： 本文首先給出了運用三維構型教學方法開展工程制圖課程教學的必要性。然后，依照工程制圖課程的內容難點，制定了適合一般工科類高校實施的基于三維構型的現代工程制圖教學新手段，并將先進的三維構型教學方法應用到工程制圖課程的教學實踐中，通過新的“四層遞進”教學模式最終提升學生的工程創新能力。教學實踐證明：基于三維構型的現代工程制圖教學方法能夠獲得比傳統教學方法更好的教學效果。

關鍵詞： 三維構型 現代工程制圖 教學實踐

一、 引言

為適應現代工業生產的要求，工程制圖課作為一門傳統的工科院校基礎課，必須從教學內容、教學體系及教學方法等方面進行更新、改革和完善，以培養具有創新能力和現代工程設計意識、掌握最新工程設計技術的合格人才[1-3]。

近年來，工程制圖課的授課學時由于其他新技術的不斷涌入而有所減少。我校通信、電子等非機械類專業如今已減少到32學時，但麻雀雖小，五臟俱全。這些專業除了要學習傳統的正投影原理及其應用、繪制和閱讀機械圖樣外，還要求學習計算機繪圖等新知識，教學質量、學生能力要求不斷提高，這就造成了學時少、內容多、如何保證教學質量等諸多矛盾。為此，從教學內容、方法、手段等方面進行大膽的教學改革勢在必行[1-4]。

二、基于三維構型的現代工程制圖教材

自從工程制圖與計算機應用技術結合以來，工程制圖課程在課程內容、教學方法、教學手段、實踐環節等方面發生了巨大變化。其中，機械類工程制圖教材的名稱表現為，由傳統的《畫法幾何及機械制圖》衍生出《現代工程圖學》、《現代工程圖學教程》、《現代機械工程圖學》、《機械制圖與計算機繪圖》、《現代工程設計制圖》等多種名稱[1]。從以上教材的內容看，教材都或多或少地增加了體現時代特征的計算機二維繪圖和三維CAD。

我們在教學改革中采用了新教材。本教材的突出特點是從“體”的角度講述投影基礎及組合體視圖，大大降低了學生的學習難度，便于自學[5]。新教材充分體現了三維構型的思路，把過去專門講解點、線、面的章節去掉，一開始就把點、線、面放到形體中講解，學生最初接觸到的就是三維形體，在三維形體中認識點、線、面投影規律。新教材從“體”出發闡述正投影的基本規律，將傳統的點、線、面的投影特性放在物體三視圖內容之后講解，反過來，又把點、線、面幾何元素的投影特性融入組合體三視圖的繪制和讀圖中，這樣難度大為降低，學生的學習興趣大為提高。

三、基于三維構型的現代工程制圖教學培養學生的創新能力

建立“創意驅動—三維貫通—實訓強化—學研提升”四層遞進式創新能力的培養機制，促進工程創新能力的培養。具體如下：

1.構形設計與表達，激發創意。創意雖然是以“靈感”的面貌出現的，卻不可能憑空產生，我們說“工程制圖是工程師的交流語言”，構形設計與表達可為學生的創意提供依附和表達。

2.三維工程化模擬設計，貫通創意。通過利用三維建模軟件的測繪逆向、建構求解、構形模擬、數值校核等手段，虛擬貫通零散的創意火花，學生的創新激情大為高漲，通過三維模擬分析，反復修正，最終得到結構合理、工程相關、極富附加值的三維創意產品。

3.模擬設計的試制與實踐，再現創意。實踐是創新的基礎，經挑選后將三維創意模擬產品進入樣機試制，再經過方案論證、材料選擇、試驗工藝和跑市場、降成本等多重磨煉，創意變成了樣機，工程能力、交流能力、創造能力得到了實質性的顯著提高。

4.工程實踐與研究應用相結合，提升創意。將科學研究方法滲透創意產品設計實現的全過程，多角度激發創新思維，提升創意，促進科學研究。如學生自主設計設備，用于科學實驗研究，探究其實驗規律。

四、教學效果比較

以桂林電子科技大學2008級和2009級信息與通信學院電子信息工程專業為例進行案例比較。08級學生采用的是老教材和傳統授課方式，09級學生采用的是新教材和新的基于三維構型的現代工程制圖教學方法。由于是同專業的學生，兩年的入學分數相差不大，生源狀況相近，授課老師也是同一個老師，出題老師相同，試題難度相當。在以上條件下，考核成績具有一定的可比性。比較了08級（112人）和09（110人）級學生工程制圖課程的考試成績。結果如下：09級學生通過率100%，優秀率28.3%，良好率55.2%。08級通過率為96.43%，優秀率為16.9%，良好率42.8%，都低于09級。由此可見，采用新的教學方法能夠提高學生的學習成績。

五、結語

實踐證明基于三維構型的現代工程制圖教學方法能夠充分激發學生的學習興趣，提高學生的學習積極性，培養各層次學生的空間想象能力和動手能力，最終提升學生的工程創新能力。同時，實踐證明了新教學方法的有效性。今后，該方法將在實踐中得到進一步的檢驗和提高，為培育更多的適合現代工程需要的工程人才提供有力保障。

參考文獻：

[1]王建華等.由三維建模入手的工程制圖課教學改革實踐[J].工程圖學學報，2008，6：123-126.

[2]施昱，陳娟.在《工程制圖》教學中培養學生的創新意識[J].時代教育（教育教學版）；2010，1.

[3]劉平.對當前工程制圖課程面臨的問題探討[J].中國成人教育；2010，1.

[4]鄭盛梓等.面向三維CAD技術的工程制圖教學研究[J].東華大學學報（自然科學版），2005，4：154-156.

[5]李雪梅，匡兵，孫永厚.現代工程制圖簡明教程[M].北京：清華大學出版社，2009.

[6]吳欣，徐建成，葛文慶.工程制圖中教學難點的“體驗教學\"設計[J].工程圖學學報，2008，6：140-143.

廣西高等教育教學改革工程項目：基于課程生命周期的新型教學模式研究與實踐（2012JGB13），廣西高等教育教學改革工程項目：（2010JGB034）機電專業應用型人才培養模式的探索與實踐，廣西區精品課程：現代工程制圖。