基于三维设计的《工程制图》课程教学改革

　　摘要：针对大学本科高级实用性和应用型人才培养问题，根据现代工程设计的特点，满足适应现代社会发展的人才需要，尝试对《工程制图》课程进行相应的教学改革，以三维设计为基础，采用新型的教学手段，删减和组合课程教学内容，着力于构建满足于现代社会人才需求的《工程制图》课程教学的新体系。
　　关键词：三维设计；工程制图；教学改革
　　
　　随着计算机和电子技术的飞速发展，制造业已经进入了数字化设计和制造的新时代。数字化三维设计与制造促使设计理念、设计方法和设计手段均发生了巨大的变化，正在逐步向“数字化无纸设计”时代过渡。以二维图形为核心传统《工程制图》课程，已经跟不上社会发展的步伐。因此，《工程制图》课程教学改革势在必行。
　　一、传统教学模式与三维设计教学模式
　　传统《工程制图》教学是以正投影法为基础，这种教学方法的教学效果不够理想。通过这种方式培养出来的学生，三维思维能力和创造能力都比较差。采用二维图形设计产品，在设计产品时只能采用投影的方式把三维图形抽象的表达在二维图纸上，制约了产品设计和制造信息的交流和传递，束缚了设计者的创新思维。例如，当某视图上对某个尺寸进行修改，不能自动地反映在其他相对应的视图上，更不能自动地更新零件、装配上的相应修改部分的尺寸。用这种方法生成的几何模型数据不能直接用于CAE分析和CNC数控加工等，严重地制约了产品设计CAD与CAM、CNC之间的有机集成。
　　三维设计教学模式能够直观清晰地表达物体的空间结构，有利于培养学生的空间想象能力。学生从三维物体出发构思产品形状，在三维CAD软件支持下，建立数字化三维几何模型，克服了二维设计的缺点。三维设计优势还在于能够直接利用三维零件设计模型数据进行有限元分析、运动分析、数控加工及快速成型等后置处理，绘制符合国家标准的零件图、装配图，还可以在计算机上进行虚拟装配和仿真等。无论是对设计人员的设计，还是学生的学习都有使用价值。
　　二、突出三维设计的教学内容
　　1. 调整教学内容
　　《工程制图》课的教学应该与相关专业的专业课程相结合，对于机械专业的学生，可以把机械制图与机械原理、机械设计、机械设计课程设计等课程紧密结合起来；对于土木建筑专业的学生，可以把建筑制图与阴影、透视，房屋建筑学，建筑施工，土建设计等课程相结合。这种教学模式对于提高学生运用综合知识的能力、分析和解决问题的能力起到重要作用。
　　为了满足上述教学模式的需要，有必要对教学内容进行调整。精选和更新有利于学生能力培养的内容和知识；删减不必要的烦琐部分；把三维设计技术融入教学体系之中，加强对三维图形构造和分析能力的培养；鉴于三维软件对工程制图教学具有强大辅助性作用，在《工程制图》教学过程中应该增加三维建模内容，要求在识图的基础上对有关的组合体、零件图甚至装配图进行建模，培养学生利用现代设计技术进行工程设计与表达的能力；对于画法几何理论中有些内容可以进行删减，工作中大量的制图任务并不需要太深奥的画法几何知识。所以，教学中没有必要追求画法几何的深度和广度，而是应该强调教学内容的实用性。
　　2. 调整尺规、徒手与计算机绘图三者的关系
　　传统的制图教学方法是以学生使用尺规仪器绘图为主，徒手绘图为辅。现代的制图教学不但要学生使用尺规绘图、徒手绘图，而且要让学生掌握计算机绘图，其中徒手绘图可以训练学生对投影关系、投影规律的掌握。因此，在教学中应重视徒手绘图能力的培养，适当减少尺规绘图，并将尺规绘图、徒手绘图、计算机绘图三者有机地融合起来，使学生对计算机绘图与传统教学内容理解更深刻、掌握更牢固、应用更灵活，便于学生自学其他更先进的三维软件，从而使其毕业后很快进入工作角色，真正做到学有所长和学有所用。
　　三、教学方法和教学手段改革
　　1. 现代教学手段与传统授课方法相结合
　　传统的教学方法以教师为主，以传统的教学手段进行灌输式的讲授，学生被动地接受知识，这种教学方法不利于学生的思维能力培养。CAI多媒体教学集声音、图像、动画和文字为一体，信息量丰富，能改变以教师为中心的单向式教学方法，转变为交互式和形象化的教学方式，提高学生的空间思维能力，增加学生的学习兴趣，提高教学效果。CAI多媒体教学不能完全取代传统的教学方法，教师应该将现代化教学手段与传统教学方式相结合，根据教学内容特点和教学的实际情况选取不同的教学手段，弥补教学手段的不足，会收到更好的效果。
　　2. 充分运用三维设计软件
　　传统电子教案图形大多是二维的，不能清楚地表达空间几何体图形。可以采用基于参数化和特征造型的三维设计软件，例如，机械专业可以使用Pro/Engineer进行辅助教学，建筑专业可以使用3DS MAX软件等。它们具有强大三维设计、爆炸视图和动画制作功能。在教学过程中，运用三维设计软件进行实时造型，能增强学生的感性认识，培养学生的空间思维能力。运用实时造型演示功能，它具有形象性、具体性、直接性、真实性的特点，能使学生更容易理解空间构造思想，使学生以直接感知的方式学习，从而使学生真正理解所学的知识。例如，在机械制图教学中，利用Pro/E等三维软件仿真功能，将其做成动画文件插入到课件中，进行动态演示，帮助学生理解和掌握专业知识，并培养学生的实践能力。
　　四、结束语
　　在三维CAD技术飞速发展的今天，传统的《工程制图》教学内容和方法已不能适应现代设计特点的要求。因此，《工程制图》课程从教学内容、教学方法和教学手段等都应不断地进行改革，把三维设计技术融入《工程制图》教学环节中，培养学生三维空间思维能力和创造能力，培养更加合格的高级实用性和应用型工程技术人才。
　　
　　参考文献：
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