改革高职工程图教学，培养四项关键能力

胡双喜

（1.湖北广播电视大学 机电工程学院，武汉 430074；2.湖北科技职业学院 机电工程学院，武汉 430074）

改革高职工程图教学，培养四项关键能力

胡双喜1，2

（1.湖北广播电视大学 机电工程学院，武汉 430074；2.湖北科技职业学院 机电工程学院，武汉 430074）

文中分析了工程图教学培养目标的四项关键能力：绘图、读图、表达构型与空间思维能力，并结合高职教学状况和特点，制定新的教学体系，合理选择教学内容和实训项目。按照由简到繁的思维规律，加强能力训练；借助三维模型辅助教学；多种教学形式激发学生兴趣和动力。经过教学实践验证，有效地提高了学生的工程制图能力。

工程制图；教学改革；图学教育；能力

《工程制图》是高职工科类专业重要的技术基础课，其教学目标是培养学生的四种能力：工程图样绘制能力（手工绘制与计算机绘制）、工程图样的阅读能力、工程图形表达能力（二、三维表达与初步的构形设计能力）、图形形象思维能力（空间想象能力）［1］。

但通过对教学效果的观察，发现高职学生的工程制图能力普遍达不到要求，以至于影响到后续的《机械制造基础》与《机械设计基础》等专业课程和课程设计的学习以及后续工程应用能力。

究其原因：（1）学生基础差，空间想象力弱，学习兴趣低、学习主动性差；（2）教学目标不明确、教学重点不突出、实践课程流于形式，教学方式仍然以被动接受为主，课堂授课方式对学生的吸引力不够。

文中结合高职教学状况和特点，针对工程图教学目标的四项关键能力，规划了教学体系，并针对性地提出了改革措施。

1 工程图教学的四项关键能力分析

目前的高职教学常常只偏向绘图和读图能力的培养，忽略构型、空间思维能力的培养，而工程图教学中四项基本能力的培养是相辅相成，互相促进的。

1）绘图能力。能结合投影原理和国家绘图标准将实物模型表达出来的能力，一般包含草图能力、尺规作图能力、计算机二维制图和三维建模能力。

草图即徒手绘图，其迅速、快捷和高效地表达设计构想、构思创意的特性，在工程应用中占有重要的地位，在许多方面是仪器绘图和计算机绘图所不能替代的。它是计算机绘图的前奏，可以使学生学会快速用图形表达设计构思，也可以培养学生利用所学知识迅速收集技术资料，其方法和技能将显得非常重要。

尺规作图即利用尺子、量规实现精确绘图。计算机软件早已实现快捷高效、精确的画图功能，尺规图已经不符合工程的需求，逐渐被计算机绘图所取代。

随着机械设计制造技术的不断发展，CAD/ CAM/CAE正逐步在制造业中推广应用。三维设计和制造技术是机械产品生产的发展方向，三维建模技术可直接将三维模型转换成程序并输入到机床加工零件，或者利用三维造型进行机械设计、模具设计，也可以直接将三维模型转换成二维图纸。但目前完全基于三维模型的设计、制造技术还不现实，基于各种原因［2］，二维绘图和三维模型绘图的现状在我国将持续共存很长一段时间。因此，学习计算机二维制图技术和三维建模技术是十分必要的。

2）读图能力。从图纸中获取零件图形的结构组成、尺寸，读取装配图中零件组成和装配关系，获取相关设计和制造信息。由于大量的设计资料和教材内容仍是用二维工程图形表达，正确的读取工程图对于学生是十分必要的。

3）表达构型能力、空间思维能力。这两种能力对读图和制图能力的提高有着重要的作用，也是学生创新设计能力的体现，应当在教学中加强训练。

2 基于四项能力培养的工程图教学培养体系

经过多年的教学实践，针对《工程制图》课程中四项关键能力的教学目标，合理地选择课程内容、设置有效的教学实训环节，制定出高职工程图教学体系，体系框图如图1所示。

图1 高职工程制图能力培养体系

该体系中，删减了部分几何尺规作图方面的内容，增加了强化草图、测绘、计算机绘图方面的技能训练，同时，工程图和二维计算机绘图融合成一门课程，三维绘图单独开课。在二维计算绘图实训教学中，不仅仅介绍绘图工具的使用技巧，还注重融入机械制图的新标准和绘图规范等知识。

实践教学中，注重测绘环节，使学生能有机地将课堂学到的投影理论、视图的各种表达方法等基本技能运用到实践中去，提高学生对图样的综合表达能力。

3 按由简到繁规律，加强学生能力的训练

三维构形设计是空间思维能力和创新能力培养的优良载体［3］。构形设计就是给定一个或多个视图，要求学生构造出不同的空间物体。高职学生大一学习制图课程时，还未学习零件设计及机械加工的知识，构形设计主要是把形状构造出来，对设计和工艺要求不高，加强组合体的构形设计方面的训练，可让学生充分发挥想象力，培养学生的发散思维和创新思维。同时，还训练了形体分析法和线面分析法的读图能力，为以后的工程设计打下基础。

在教学和训练中，分两个步骤进行：（1）两种单项思维训练。从三维立体图到二维三视图，如相贯线，可以先提供三维立体模型，观察相贯线，再投影得到二维线条；从二维视图到三维立体的逆向思维训练，给出一个或者两个典型二维视图，由学生构思其可能的立体结构。即在学生掌握投影的基本原理后，可以训练学生由立体图绘制三视图，也可以训练由给定的二维图想象立体图。（2）从二维到三维到二维的综合训练。即针对两个视图求三视图，先二维想象出三维立体结构，再由立体结构进行二维投影，两步难度依次增大。训练案例一般可在训练习题册选取。课堂中进行这样的空间思维训练和简单构型训练，将大大提高学生制图和读图能力。

4 借助三维建模技术辅助制图教学的思路

对于如何提高学生的表达能力、空间想象力、制图能力和读图能力，众多本科院校中进行了改革实践，其中，将三维软件融入工程图教学和三维软件辅助工程图教学的思路［4］等值得借鉴。这些改革措施应用于高职教学，必须结合学生实际情况，合理地选取。

三维软件融合工程教学的模式，即在研究三维软件几何建模的一般方法和流程的基础上，将建模过程中涉及到的步骤与传统工程图学中的知识点相融合。这种模式在学习基础较低的高职学生中并不可取，在一门课程中既要学会投影原理和方法，又要学习二维软件绘图、三维软件绘图，学生感觉难度过大，知识点过多，从而产生畏难情绪。

而利用三维软件建立模型辅助二维工程图教学的思路对于高职学生掌握投影原理，提高空间想象力是不错的选择。用三维建模技术辅助工程图学教学，建立虚拟模型库、零件库和装配体库，三维模型具有适时的交互性，而且更加直观清晰。

在机件表达方法的学习中，在剖视图教学过程引入三维剖切、三维观察器等工具，直接地观察被剖切后的立体图，加深学生对剖视图画法的掌握。同时，利用三维软件不同视图投影，可以直接观察各视图，甚至利用工程图模块直接得到剖视图。

在组合体二维求三维训练时，会经常勾画立体图来帮助分析，实现由平面到空间，再由空间到平面的思维转换。传统的黑板绘图讲解、绘制轴测立体图讲解等效率慢且复杂图形还不能够完全解释清楚；若采用多媒体教学，交互性差；而直接采用三维建模立体模型交互观察，可以让学生掌握组合组的形体分析法和线面分析法。

在此举例说明三维软件辅助教学的思路。给定如图2所示的视图完成A－A半剖视图。

图2 支架工程图

按照组合体的思路，按照二维图，空间想象出各组成部分的立体结构，进而绘出各组合体的俯视图投影，据投影关系得到相互对应的位置和俯视图投影。必须经过二维－三维－二维投影的思维转换，绘制出半剖俯视图。

教学发现，学生绘制中存在以下两个难点。

（1）学生不能想象出其组合体中某些连接结构和特殊的细节结构，更不会绘制出二维投影图。对于图2，在二维图想象出三维立体图过程中，难点在于中间的支撑板，如图3所示，该板块连接背板和上面的圆筒结构。此处学生出错较多。二维视图中主视图只有一条与左视图对应的的虚线，学生容易忽视，即使学生留心到这条虚线，但是也不能想明白这个结构。通过借助三维模型分解展示其组成部分和整个组合体，如图4所示，并对照二维图分析投影，则学生理解起来容易得多。

图3 支撑板

图4 三维组合视图

（2）在规定的表达、绘制方法上出错。如支撑板和连接圆筒相切处的相切画法和中间筋板剖切画法，学生出错多。能想象出立体结构，不一定能够正确绘制二维剖视图。在绘制的一半不剖的俯视图中，筋板与圆筒相切处的画法，利用NX UG三维视图中定位视图得到俯视图，如图5所示。利用UG工程图投影俯视图，让学生理解俯视图中筋板与圆筒相切的绘制方法。在绘制半剖视图中，剖切到两块筋板的位置，需要借助投影原理绘制在俯视图中的投影线位置。为让学生能够理解，此处可以借助UG软件的“编辑工作截面”功能得到立体三维剖切视图，如图6所示，直接生成工程图让学生观察和思考。最后综合两者得到结果。

图5 利用视图定位得到俯视图

图6 “编辑工作截面”得到筋板剖切图

除此之外，在立体表面交线、物体的表达、零件图和装配图的教学中，三维软件模型也能发挥良好的作用［4］。三维软件在培养学生的空间想象力方面能提供快捷直观的帮助，尤其是对于复杂立体图形的绘制，更加显出其优势。

5 多种教学形式激发学生兴趣和动力

1）机械制图大赛、机械设计创新大赛、兴趣小组激发学生对制图的兴趣。《工程制图》教学中采取常规的教学手段，对学生的学习热情缺少强有力的刺激，学生的投入度不够，不能体现学生的真实水平。为了能够打好制图的基础，需要在学生的学习效果和兴趣方面下功夫。

在注重技能培养的高职，教育主管部门、众多社会培训机构和学校每年都开展了与制图相关的竞赛活动。而技能竞赛则通过加大奖励力度、与就业和职业技能资格鉴定挂钩、与更高一级的赛事相衔接等，大大激发了学生的学习热情和工程设计的灵感，其作品也充分体现了学生的专业水平。

2）采取适合高职学生的教学方法和手段，减少畏难心理。

教学手段上，传统板书教学和多媒体教学相结合，大大提高了学生绘图能力和空间想象力。制图课程提倡采用多媒体教学后，发现学生的动手绘图能力明显减弱。经过研究发现，板书教学方法的优点在于学生通过观察教师在黑板上绘图的过程，加上教师的讲解和演示，学习到作图的方法、技巧和尺规的使用，这点是多媒体教学无法达到的；而多媒体教学可以将形象的立体直观展现，提高教学效率。在制图课程教学中，要将两者结合起来，发挥最大的效果。

教学方式上，采取由被动接受变为主动学习的方法。例如，分组讨论课（习题课）教师先给出一组视图，进行构型训练，并徒手画出它的另外两面视图，加强学生主动思考和学习。

6 结束语

对《工程制图》进行系列改革后，学生在各类制图竞赛和机械设计创新竞赛中获得较好的成绩，在后期的工作岗位中，工程设计和制造能力也有突出的表现。在当今机械设计制造技术飞速发展的大环境下，高职工程图教学应该紧密结合工程应用发展的需要，并结合高职学生培养目标和学生特点，对教学方式和手段、教学目标和内容不断进行调整，学生的工程制图能力才会得到显著提高。

［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］童秉枢，易索君，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，2005，26（4）：130－135.

［3］王枫红，陈炽坤，陈锦昌.工程图学课程中创造性构形设计教学的研究与实践［J］.图学学报，2012，33（4）：140－146.

［4］王飞，徐晓慧.三维CAD软件辅助工程图学教学的探索与实践［J］.教学研究，2010，33（3）：61－64.

Study on the Engineering Graphics Teaching Reform in Higher Vocational Education Based on Cultivation of the Four Key Abilities

HU Shuangxi1，2
（1.School of Mechano－Electronic Engineering，Hubei Radio and TV University，Wuhan 430074，China；2.School of Mechano－Electronic Engineering，Hubei Science and Technology College，Wuhan 430074，China）

This paper analyzed the four key abilities of engineering graphics teaching goalswhich are graphics drawing，graphics reading，expression and configuration and space thinking ability.Combining with the present situation and characters in the engineering graphics teaching，new teaching system ismade，and reasonable teaching contents and practical training programs are chosen.Abilities training should be enhanced by the law of thinking from simple to complex，3Dmodels aid teaching，takingmultiple teachingmodes inspiring the students'interests and motivation.Practice has proved thesemeasures are benefit to improve students'practical ability of engineering graphics.

engineering graphics；teaching reform；graphics teaching；ability

G642.0；TB23

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.047

2013－11－06

胡双喜（1979－），女，硕士，讲师，主要从事机械设计制造、工程图学及CAD技术方面的教学和研究工作。