工程图学系列课程实践教学探讨

刘梅英，任奕林，王巧华，夏俊芳

（华中农业大学工学院，湖北 武汉 430070）

0 引言

工程制图能力是机械类专业大学生一项重要的基本技能。工程图样是表达和交流技术思想的必备工具，是工程界的共同技术语言，如果学生不通晓这门语言，不仅很难学好其他专业知识，更无法胜任以后的工作。工程图学的实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，也是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节。然而随着“少学时多内容”的教改趋势，实践性环节被压缩减少，导致学生的工程制图能力、实践能力和创新设计能力降低。课程设计、毕业设计中不会画图的现象普遍存在，如何提高机械类专业大学生的制图能力是目前面临的一个迫切需要解决的课题。

1 工程图学课程的教学现状与存在问题

工程图学课程是高等院校中一门重要的技术基础课，用图形来研究工程与产品的图形信息表达、图形理解和图样的绘制，具有较强的系统性、抽象性和实践性等特点。

目前工程图学的教学主要有三种模式:1）两段式。第一段主要为制图基础和计算机绘图;第二段主要为专业图并向设计方向拓展。2）融合式。将机械制图、机械零件、机械原理三门课融为一体。3）模块式。将课程分为投影原理、制图基础、专业图、计算机绘图和工程图学新技术等模块，各模块可连续也可分段进行教学［1］。由于前两种模式对教学组织机构在资源调配上和教师知识结构上要求都很高，所以目前大多院校采用模块式进行，将工程图学分两学期上，采用讲练结合型教学，以课堂面授为主，学生作业练习为辅。但教学过程中老师和学生都感觉到学时少、内容多、作业量大，部分学生空间思维能力跟不上等问题存在，直接影响教和学的效果，进而影响学生工程制图能力的提高。

另外从工程图学课程结束到课程设计、毕业设计，其间少有制图的学习与训练，这就势必造成知识链、记忆链的断裂，使得专业知识学习的连续性、系统性和完整性受到影响。常常是课程设计、毕业设计时学生对所学的制图内容大多已遗忘，出现高年级反而不会画图的现象。课程设计和毕业设计图纸中图样表达不清或表达不规范，计算机辅助绘图能力不强等问题普遍存在［2］。

由此可见工程图学的实践教学对于提高教学效果和学生的制图能力非常重要，但工程图学的改革不能是封闭式的自我完善，还必须考虑与图学紧密相关的系列课程的整体性与动态性的改革，从多个时间阶段多方位强化图学实践教学，全面提升机械专业大学生工程制图能力。

2 强化工程图学系列课程的实践教学

2.1 加强工程图学实践教学

工程图学传统的教材体系中画法几何部份求距离、角度、交线等图解理论占工程图学理论课学时近三分之一，内容偏多、偏细，而且较抽象，学生虽然听了很多课，却不能完全转化成自己的技能。美国大学画法几何内容几乎不单独讲授，投影基本理论及图示法基本上被保留，图解法部分被取消或被大大削弱，但对图学应用非常重视。强调徒手绘图能力的培养，同时重视项目设计，将某一产品设计过程贯穿在教学过程中。课程内容强调实用性，与生产实际紧密结合。教材内容详尽、有深度，但教学过程不求面面俱到，有取有舍，相当多的内容由学生在设计绘图过程中钻研［3］。因此在课时不多的情况下需要对教学内容的安排必须作适当调整。画法几何部分适当精简，有兴趣的同学可以单独辅导，考查比重可以降低。目前国内已有多所高校调整教学体系和内容，压缩画法几何的内容和学时，强化计算机绘图和计算机三维造型，取得了良好的教学效果［4］。

工程图学课程主要是采用二维图形表达图形的三维信息，非常抽象，对大一新生而言，很难在二维与三维之间反复转换，也难将点、线、面与零部件联系起来。因此在教学过程中引入现场教学法，充分利用电子模型库、实物模型库与视频库等，甚至可以采用玩具拼接、雕刻橡皮泥或萝卜等素材让学生自己动手制作实物模型，辅助空间感的建立，对于提高教学效果和学生的学习兴趣非常重要。

工程图学课不仅要完成教学内容授课，还承担着工程实践知识（机器、制造、加工等）的启蒙教育。因此在零件图与装配图章节中，如果能结合一些项目设计、生产实践活动或者视频、零部件的实物模型和展示工程实体的动态拆装过程的动画，不仅能提高学生对零部件的认知能力，而且能开阔视野，增强专业学习兴趣。

2.2 加强工程应用软件实践教学

随着计算机和图形学技术的进步与发展，工程设计业和制造业已经进入到了三维设计时代，从三维构形开始的设计也更符合人的设计思维逻辑，因此三维设计被越来越多的设计人员所接受和认可。

目前，参数化三维造型设计软件种类很多，Pro/E，Solid-Works，UG等。各类三维造型软件在三维实体建模、虚拟装配、生成工程图方面对工程图学教学都有很大帮助。将三维几何建模引入工程图学中有两种方式，融合式和分段式。融合式引入是将三维建模的原理、方法和技能融入渗透到工程图学课程中，形成新的教学体系、教学内容和教学过程。分段式引入是设置另外的课程，与原来的工程图学课程一起构成新的课程体系［5］。美国高校工程图学教学目前也多是从三维设计开始，围绕产品设计、制造这一主题，从形体的三维构形和表达出发，向二维视图辐射，突出多种视觉表达方式在设计和加工过程中的综合应用［3］。

纵观近几年由教育部高等学校工程图学教学指导委员会和中国工程图学学会制图技术专业委员会联合举办的全国大学生先进图形技能与创新大赛，竞赛项目包括尺规绘图、计算机二维绘图以及计算机三维建模三部分，考察学生的工程制图综合能力，因此工程图学系列课程的教学也应注重培养学生的实际综合应用能力。

目前部分高校由于教学计划或师资等原因还没有开设相应的工程应用软件课程，三维软件的学习以学生自学为主。也有部分高校开设时间较晚，注重的是三维软件在结构设计、机构分析、数控加工等方面的功能，导致学生基本实体建模的应用能力不足，在其他一些实践环节如拆装测绘、全国制图大赛等环节中得不到充分的锻炼，因此学校需统筹安排一些三维软件用于教学。同时，教师应做到有意识地、立体化地将三维建模等技术应用到工程图学课程教学的诸多环节之中，如创建教学及习题集中用到的模型;制作教学幻灯片中的三维动画;利用软件的三维和二维的联动功能创建零件与装配工程图等，以提高学生学习该软件的兴趣与热情，激发学生的创新意识，全面提高学生的创造设计和动手能力［6-7］。此外，三维造型技能的掌握，使学生可以根据视图或自己的想象构造形体，并实时验证思维正确性。促进了学生三维形体和二维图形之间直觉思维的形成，是不可多得的自主学习的好方式。

2.3 加强拆装与测绘实践教学

对工程技术人员而言，测绘技术是一项重要的基本技能。工程实际中经常会应用实物反求技术，将性能测试和实物测绘的结果作为被研究的原始资料。拆装与测绘实践环节是依据机械专业大学生将来的工程设计需要而设计的，体现了理论与实践的紧密结合，综合考察学生的制图能力。

学生在研究测绘对象的结构、原理和功能后，对部件进行系统的拆装、测量和绘图，既有徒手作图，也有尺规制图和计算机绘图，充分锻炼了学生的制图能力。然而实际操作过程中，组织形式、内容要求、拆装对象选择、拆装测量工具是否齐备、评价方法等都会直接影响到该实践环节的教学效果，达不到设计的要求和目的。

笔者在教学实践中考虑可以在以下方面做些改进，进一步提高该实践环节的教学效果:

1）在零件和部件测绘中下工厂、进车间的制图测绘现场进行现场教学，研究实用工程零部件和工程图样，增加生产实践的感性认识，提高学生对零件和部件的认知能力和测绘能力。

2）在该实践环节前先修三维造型软件，如Solid-Works，Pro/E等，学生可以对测绘的部件进行三维零件建模和虚拟装配，然后生成二维工程图。使学生了解现代设计方法和理念，培养构型思维和创新实践能力，提高先进技术的应用能力。

3）分组讨论方案或进行答辩。由于拆装测绘环节是采用小组进行，组员的分工略有不同，如果不进行小组讨论确定方案或进行答辩，势必能者多劳或个别学生只完成自己的任务，对其他任务完全依赖组员，并没有真正地深入了解该部件的结构、功能和整体表达方案。采用分组讨论和答辩的方式可以督促小组成员全方位的参与，同时让其他组成员也参与到讨论中，互相学习，充分发挥该实践环节的教学效果。

3 建立课外竞赛激励机制

英国教育家斯宾塞于1854年提出了“快乐教育”的思想。他认为学习如果能给学生带来精神上的满足和快乐，即使无人督促，亦能自学不辍。他的理论完全符合人的心理活动规律和发展过程。竞赛激励式教学正是快乐教育思想的体现。工程图学课程非常适合采用竞赛激励机制进行辅助教学，课程内容不仅具有很好的启发性和创造性，还具有广泛的实用性。陈亮等通过对比教学试验，采用竞赛激励机制可以显著增加学生的学习兴趣，提高学习积极性和主动性，总体成绩良好，收获较大。在采用竞赛激励制度辅助教学的班级中学生问卷调查显示，学生参与各类制图竞赛和绘图员职业技能鉴定考试的兴趣非常浓厚［8］。

工程图学竞赛的形式可以多样，如徒手绘图、尺规制图、CAD绘图、CAD抄画工程图，三维建模等，另外还可以选拔学生参加全国制图大赛或进行职业技能鉴定考试等，通过一系列的课外赛事活动，提高学生的学习积极性与参与意识。但实际操作中需要教学管理部门和教师全力协作，很好地解决经费问题、命题问题和阅卷问题等。

4 结语

提高机械专业大学生工程制图能力是一项重要的系统工程，需要教学管理部门、教师和学生共同努力实现。教学管理部门需系统制定工程图学系列课程的专业培养计划，保证知识链的连续性和完整性，组织编写实践教材，同时需为实践环节提供各种资源保障。教师是理论与实践的实施者，需精心组织，积极导学，充分调动学生学习的主观能动性。学生是学习的主体，在教学实践中要学会思考、积极动手，自主学习。此外结合竞赛激励机制组织一些制图课外竞赛活动，将会进一步强化工程图学系列课程的教学实践，全面提升机械专业大学生工程制图能力。

［1］童秉枢，田凌，冯涓.10年来我国工程图学教学改革中的问题、认识与成果［J］.工程图学学报，2008，29（4）:1-5.

［2］陈忠.从毕业设计看制图课教学与改革［J］.科技教育创新，2009，（17）:205-206.

［3］冯涓.美国高校工程图学教育特色分析［J］.工程图学学报，2008，（3）:139-144.

［4］张梅琳.工程图学教学的几点思考［J］.东华大学学报（自然科学版），2010，36（4）:473-476.

［5］童秉枢，易素君，徐晓慧.工程图学中引入三维几何建模的情况综述与思考［J］.工程图学学报，2005，（4）:130-135.

［6］刘梅英.Pro/E在创建工程图学虚拟模型库中的应用［J］.机械制造与自动化，2008，37（1）:132-133.

［7］王小玲，陈书剑.大学生图形大赛给予《工程图学》教学的启示［J］.科技创新导报，2010，（1）:176.

［8］陈亮，陈锦昌，张瑞秋.工程制图教学中的竞赛激励机制［J］.工程图学学报，2009，5（5）:144-147.