“工程圖學”及“AutoCAD”與快速成型技術融合式教學的改革與實踐—以韓山師范學院材料科學與工程學院為例

梁昌金，林少敏

（韓山師范學院 材料科學與工程學院，廣東 潮州 515633）

0 引言

自2013年以來，我國應屆大學畢業生的人數連創新高，學生就業壓力越來越大。然而，企業卻認為依舊很難招聘到所需要專業人才，主要原因是工科類大學畢業生的實踐能力較差，缺乏創新能力，團隊協作意識不夠。為了能夠培養企業需要的人才，教學改革勢在必行，而實踐教學作為培養高校學生這些能力的直接手段，需要根據社會科技發展首先加強。“工程圖學與AutoCAD”作為一門實踐性很強的傳統課程，是每一個理工科學生必修的技術基礎課。其目的是培養學生看圖畫圖能力、空間想象能力、形象思維能力、設計表達能力、審美能力、創新構形能力[1]。

1 “工程圖學與AutoCAD”的課程現狀

1.1 處理不好“工程圖學”與“CAD”的課程關系

“工程圖學”早期主要以尺規繪圖為主。受限于模型數量少及攜帶不便，很多教師一般“口述+比畫”講物體的投影圖，讓學生感到抽象，缺乏實感而影響教學效果。由于尺規畫圖占用時間，課程進度慢、效果差[2]。雖然現代技術的引入可以提高“工程圖學”的教學效率和效果，但是一些院校還沒有將其融合，是相對獨立的兩門課。這就造成課程內容重復較多，課時雖然增加，效果反而不好。“CAD”在教學過程中片面強調命令的使用方法，脫離制圖知識，導致學生對圖形的繪制雖較熟練，但卻不能較好地進行圖樣的表達。有些院校雖然將“工程制圖”與“CAD繪圖”合并為一門課程，但是兩種繪圖分別集中講解。兩種繪圖方式名稱上看似合并，實則獨立，這就造成理論課時多，實踐課時少，學生不能進行充分練習，對軟件掌握不熟練。有些學生覺著“CAD繪圖”比較前沿，對以后的學習和工作有幫助，側重學習，但是“工程圖學”的基礎知識不夠扎實[3]。

1.2 教學方法單一

“工程圖學”多年來一直沿用課堂講述、黑板畫圖的陳舊、僵化教學模式，方法單一。尤其是三維空間實物轉化到二維圖紙上，學生的感覺不直觀，看圖時無從下手。而二維圖形轉化為三維實物時，又由于缺少復雜的教具，僅限于幾種常見的三維立體模型，學生的學習同樣感到力不從心。有的教師課件設計只是將教材上的文字和圖片進行堆砌、羅列，課件形式過于呆板，教學內容過多，再加上課時少、課程進度快，學生聽課有如走馬觀花，總體印象不深。授課內容仍然局限在以平面投影圖形代替立體影像，對于復雜結構，沒有相應的實體模型輔助教學。一些較難的內容，比如相貫線、截交線等，學生難以在安排的學時內消化，而影響后續的教學。授課過程中缺少溝通互動，課堂氛圍不活躍，這樣的教學方法，時間久了會造成學生的學習不積極，認為該課程枯燥乏味，產生厭煩情緒。

1.3 課程結構安排不合理

在“CAD制圖類”的課程教學中，普遍存在的問題是總課時量偏少，缺乏實踐教學時間。一般非工程設計類專業這門課程設置的課時在32～54節，其中又以理論教學為主，理論與實踐的課時比在2∶1。一些學校運用仿真加工的形式進行模擬實踐，但往往仿真加工與實際物件偏差大，無法滿足實際要求或裝配。而注重軟件教學，對學生的創新設計能力不夠重視。由此培養出來的學生只會軟件進行畫圖操作，而不知道如何綜合應用所學知識使用CAD軟件去設計。

2 教學改革措施

“工程圖學與AutoCAD”在韓山師范學院的多個理工科專業有開設，前期也遇到了類似問題。為增強學生的創新意識，培養學生的綜合能力，提高學生的學習興趣，材料科學與工程學院針對人才培養目標對培養計劃，課程設置做了重要的改革，重點引入了快速成型技術。

為達成專業的人才培養目標，適應相應課程的調整，培養學生的創新精神和實踐能力，任課教師也在教學方法、考核方式上做了相應改革，主要歸納為以下幾個方面。

2.1 調整課程結構

材料專業的課程最初設置108個學時，分兩個學期開設。而任課教師前一個學期主要任務講授“工程圖學”，以純課堂講述為主；后一個學期主講“AutoCAD”，一半理論課，一半上機課。這就相當于將這門課程拆分成兩門課來上，雖然課時量比較充足，但是由于教學條件的限制，實踐課只局限于上機操作，而且理論與實踐教學的課時比例為3∶1，與課程的培養計劃和目標不符，學生也無法掌握實質性的技能。后經過改革，將這門課的課時縮短為54個學時，將課堂完全轉入機房，工程圖學基礎知識穿插于AutoCAD軟件學習中，理論與實踐教學的綜合比例為1∶1，這樣課程結束時學生可以熟練掌握一種軟件的操作。雖然實踐課時增加，但是總課時量壓縮，同樣不符合培養計劃和培養目標。于是專業又開設一門以實踐為主的課程—“計算機輔助設計與數控成型”，課時設置為72個學時，主要學習Pro/E及JDpaint等軟件的模型設計及輸出成型。這樣課程又涉及了多種設計軟件，學生可以根據自己的興趣愛好挑選一種軟件學習，有能力的學生可以多掌握幾種軟件，實現模塊化教學。

2.2 改變教學方法

將“工程圖學”“AutoCAD”與快速成型相融合，形成“三元一體化”的教學方式。把課堂設在機房和實訓室，軟件的學習中穿插工程圖學基礎知識。學生利用自己熟悉的軟件設計模型，并用3D打印機或瓷模機進行快速成型。而且“工程圖學與AutoCAD”的課程作業就是自主設計3D模型，為下一學期的數控成型做準備，做到兩門課程的銜接。學生邊設計邊接受指導，既能掌握軟件的使用方法，又能把握模型設計與設備成型的關聯方法。設計的模型不能很好成型時，現場學習修改方法現場快速成型。讓學生更能將理論知識融會貫通，明確機器的基本構造和原理，最終達到理論與實踐的雙贏。

2.3 考核方法

由以往的給圖畫圖的考核方法，變為開放性的考核方法。鼓勵學生發揮自己的想象力，自主選擇模型設計，不必拘泥于書本上的圖形。學生設計出的模型通過快速成型機器輸出為實物，再經過精修加工成最終作品進行展示。教師根據作品的精美程度及完成的難易程度決定最終成績。

2.4 改善教學條件

購置了多種型號的3D打印機、瓷模機、Freeform雕刻筆等新型的設計和成型設備為課程提供硬件支持。學院還組建了金工實訓室，旨在提高學生的識圖和動手能力。

學生的設計圖紙及作品照片留作課程考核記錄備案，而實物作品則由學生自己留存。這種更加人性化的課程考核方式大大增加了學生的學習興趣，課程教學評價值也由最初的90分上升到后來的94分。實踐證明，這樣的教學及考核方式激發了許多學生的空間想象能力和創新構圖能力，也制作了多個具有一定創意的作品。

3 結語

通過將“工程圖學”“AutoCAD”與快速成型技術相融合，輔以“計算機輔助設計與數控成型”，形成了模塊化教學方式，實際上是“工程圖學”與“CAD”融合后再與快速成型技術進行的二次融合，形成“三元一體”化的模式。事實證明，學生可選擇的軟件增多，動手能力增強，學習興趣提高。而且通過從模型的最初構想、動手設計，到最終快速成型的融合式教學，學生對基礎知識掌握更牢固，還可以探索更復雜的設計方法，鍛煉發散思維。