基于“二維-三維-3D成型技術同步融合”的現代工程圖學課程改革探究

呂志軍，丁 力，朱晨輝，屈 哲，何 勛，何玉靜，李 赫

（河南農業大學機電工程學院，河南鄭州 450002）

0 引言

現代工程圖學是多數工科院校研究繪制和閱讀工程圖樣的理論、方法和技術的一門必修專業基礎課，工程圖樣是人們用以表達設計意圖、交流技術思想的重要工具，被稱為是“工程界的語言”，是工程技術部門的一項重要技術文件[1]。隨著三維數字化、虛擬仿真等科學技術的快速發展，傳統單一的教學體系已然跟不上時代的發展。因此，針對現代工程圖學課程體系的改革探究亟待開展。

本文以河南農業大學機電工程學院教學實踐為例，針對目前農業工程類專業現代工程圖學課程、三維數字化設計與表達課程等教學環節分學期進行存在彼此脫節問題，在分析現代工程圖學課程體系的教學現狀的基礎上，探討提出“二維-三維-3D成型技術同步融合”課程體系建設方案，將對培養一流工程技術人才具有重要的意義。

1 現代工程圖學教學現狀分析

1.1 現有課程體系概況

河南農業大學機電工程學院開設的現代工程圖學課程面向農業工程類專業大一的學生，該門課程包括畫法幾何、工程形體的表達方法、零件圖和裝配圖等內容，第一學期授課內容為畫法幾何到零件圖，共計56學時，其中理論部分46學時，實驗部分10學時；第二學期將開設三維數字化設計與表達課程，課程包括現代工程圖學課程中的裝配圖、AutoCAD計算機繪圖、SolidWorks三維建模，共計56學時，其中理論部分36學時，上機實驗部分10學時。

1.2 當下課程體系存在問題

1.2.1 畫法幾何內容重視結果輕視思維過程

畫法幾何是現代工程圖學課程基礎環節，該部分既培養學生對圖學課程的興趣又對后續工程形體表達方法、零件圖與裝配圖的學習奠定了堅實基礎。然而因總學時的縮減，各部分內容學時也在減少，學生在學習組合體視圖繪制過程中暴露出不能正確根據兩個視圖補畫第三視圖等問題，學生缺乏正確的解題思路，僅僅依據長對正、寬相等、高平齊投影規律依次進行組合體上各個點投影繪制。由此看來，學生因缺乏空間思維能力并未掌握軸測圖的正確畫法[2]。

1.2.2 二維-三維分學期進行缺乏關聯

對于大一的學生來說，在第一學期剛接觸現代工程圖學這門專業基礎課過程中難免會有畏難的情緒，同時沒有二維計算機繪圖軟件、三維建模軟件等技術的輔助教學引導，對單一重復的尺規繪圖會失去學習興趣和動力，導致第二學期開設的三維數字化設計與表達課程沒有前面扎實基礎知識的鋪墊也難以使其建立二維-三維之間的聯系，因此現有課程體系不符合具備通用能力、專門能力、工程能力等核心能力的新農科人才培養需求。

1.2.3 學生空間想象能力欠缺

經過對多個年級不同專業學生進行現代工程圖學課程調研后發現，大多數學生反映在接觸該課程時，對于簡單形體的三視圖繪制正確率可達90%，但當應用工程形體的表達方法正確表達工程形體時，學生腦海中難以對實體進行構型[3]。想象不到剖切之后內部結構，表現為在繪制圖樣時易缺線、畫錯線，甚至剖面線未畫在正確的區域內。因此，為提高該課程教學質量，如何快速正確培養學生的空間想象能力是急待解決的問題。

2 “二維-三維-3D成型技術同步融合”的現代工程圖學課程體系建設方案

基于該課程現存問題，根據課程組長期教學實踐經驗和培養方案，本文擬提出一種“二維-三維-3D成型技術同步融合”的現代工程圖學課程體系改革建設方案，其計劃方案如表1所示。

表1 現代工程圖學課程體系改革方案

該方案的現代工程圖學課程分為兩個學期開展，在不改變總學時的情況下，第一學期教學內容從制圖基本知識開始到軸測圖結束，第二學期教學內容則從工程形體的表達方法開始到裝配圖結束。在教學過程中將板書繪制、AutoCAD繪圖軟件、SolidWorks三維建模軟件和3D打印教學模型同步引入至課堂中，有利于學生的快速理解，且在實際教學過程中進行了部分教學融合方法的嘗試，如圖2所示。使學生在入學后就能接觸前沿技術并熟練運用計算機繪圖和尺規繪圖正確且快速表達復雜工程形體的結構，此方案既能豐富課堂教學過程又提高了學生的空間思維能力。

3 現代工程圖學課程體系改革建設的意義

現代工程圖學課程作為農業工程類大一學生的專業基礎課，具備正確的看圖、讀圖、繪圖能力對后續如農業機械學、拖拉機汽車學等專業類課程的學習提供堅實基礎[4-6]。“二維-三維-3D成型技術同步融合”的課程體系能夠極大改善班級的學習氛圍與教學質量，體現了課程結構的均衡性和綜合性。綜上，現代工程圖學課程體系改革建設的實施，將對培養農業工程類學生應用前沿技術解決復雜工程問題能力有重要的推動意義。

圖1 課程階段性改革實施過程

4 結語

針對現代工程圖學課程教學實踐中現存學生空間想象能力欠缺等問題，提出了“二維-三維-3D成型技術同步融合”的課程體系方案。將學科前沿技術與傳統教學深度融合，在不改變總學時的前提下，雖然將傳統教學過程的理論知識架構分學期進行，但增加了計算機繪圖軟件等授課內容，實現課堂教學過程的多樣化，激發了大多數學生的積極性和主觀能動性，本文所提出的課程體系改革建設方案對全面培養農業工程類相關專業學生動手能力、創新能力及團隊合作能力等綜合素質具有一定的指導意義。