并行教学模式在工程图学系列课程教学改革中的应用*

魏兴春，宋　鸣，李海燕，郑　敏，吴　卓（兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州730050）

并行教学模式在工程图学系列课程教学改革中的应用*

魏兴春，宋鸣，李海燕，郑敏，吴卓
（兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州730050）

工程图学系列课程是工科学生必须要掌握的很重要的系列专业基础课。文中提出并行教学模式，将二维CAD技术和三维CAD技术融入工程图课程的教学，将原本抽象、枯燥的理论教学通过CAD技术变得形象、易懂，丰富了教学内容，激发学生的学习热情和创造力，提升了教学的效率和质量。在这种并行教学模式下，学生的设计能力、表达能力和计算机绘图能力都有了很大的提升，为后续课程打下良好的基础。

并行教学模式；AutoCAD；SolidWorks；工程图学；教学改革

工程图学系列课程是面向工科学生开设的实践性很强的专业技术基础课，是培养学生动手能力、实践能力和工程素质的重要教学环节。我国高校开设CAD（ComputerAidedDesign，简称CAD）教学已有20多年的历史，在教学内容上主要以绘制二维图形为主［1］。随着计算机技术的发展，CAD技术从最初的二维绘图发展到三维造型设计。CAD技术的革新也在一定程度上影响了传统的设计理念和制造方法，并显著地影响了工程技术发展和人才培养方法［2］。这就要求对工程图学系列课程的课程体系、内容、方法、手段进行全面改革，以适应时代发展的需要。

1　工程图学系列课程教学现状

工程图学课程的教学在我国目前的高等教育中，大多采用的是多媒体课件结合板书的课堂教学模式，以知识传递和灌输为主，从教材编写到课堂教学，都强调理论体系的完整性，忽略了实用性、综合性和创新性。CAD课程是在完成工程图学课程之后单独进行的，主要介绍二维AutoCAD软件、三维SolidWorks或Pro/Engineer等计算机绘图软件。这种串联式的教学模式将本来可以优势互补的工程图学系列课程割裂开来，作为几门单独的课程开设，无形中给学生增加了学习负担，这样的安排既浪费时间又达不到预期的教学的目的。

针对以上传统教学中存在的问题，经过笔者多年的教学实践，提出将CAD课程融入到工程图学课程的教学中，对工程图学系列课程的教学目标及教学内容进行合理调整，这种并联式的教学模式，可以使工程图学系列课程教学达到优势互补事半功倍的效果。

2　教学改革方案

工程图学课程理论教学中的各个知识点环环相扣，已形成不容打乱的体系，所以在并行教学的方案设定中是以工程图学课程的教学体系为主线，穿插融入AutoCAD和Solidworks的教学内容，以确保在有限的课时内完成既定的教学目标。

2.1制图的基本知识与技能

国家标准《机械制图》，是一项基础性技术标准［3］。在传统教学中需要学生死记硬背才能够完全掌握。此时，将AutoCAD软件的工程图样绘图环境设置内容引入教学，也就是通常所说的“工程图样绘图模板的创建”。工程图学课程的这部分理论内容以多媒体课件讲授，紧接着讲授AutoCAD软件，内容包括AutoCAD概述、工程图样的绘图环境设置、二维图形的绘制、相应的二维修改等。AutoCAD软件理论教学之后是实践环节，让学生进行上机操作，具体内容是将国家标准《机械制图》与AutoCAD软件相结合进行图层设置、文字样式设置、标注样式设置等，同时指定一种图纸幅面按尺寸绘制图幅、图框及标题栏，并将图样中常见的线型在相应的图层设置中应用，强化对国家标准《机械制图》中制图基本知识与技能的记忆与应用。最后，应用AutoCAD软件绘制第一张A3大图，图名为：线型练习。

平面图形的作图及尺寸注法这部分内容是尺规绘图的基础，先通过多媒体进行理论讲解，主要讲述尺寸基准及其选取，三类尺寸：定形尺寸、定位尺寸和总体尺寸，以及三种线段：已知线段、中间线段、连接线段和画图步骤。接着进行AutoCAD软件的教学，内容是以实例来介绍二维图形的绘制、修改、标注样式设置及尺寸标注。最后安排上机操作，应用AutoCAD软件绘制习题集上以前需用尺规绘制的第二张A3大图，图名为：圆弧连接。

将AutoCAD软件基础知识与工程图学中《机械制图》国家标准内容相互融合，取代传统的圆规、三角板、粉笔等辅助工具进行工程图学的教学，大大提高了作图的准确性，有助于对本章节中重点、难点等细节问题进行详细演示和讲解，增加了教学的灵活性与趣味性，从而提高了教学效率，改善了教学的效果。

2.2投影理论

投影理论是工程图学课程学习的重点和难点，主要学习的是点、线、面的投影、基本体截交线和相贯线。由于空间思维的引入，学生普遍感觉工程图学课程抽象、枯燥，空间想象能力缺乏而想象不出实物形状。在这种情况下，通过多媒体课件和板书讲解完投影理论后开始SolidWorks三维绘图软件的讲解，主要学习软件基础知识，草绘和拉伸、旋转、扫描、放样等三维建模命令。教师运用Solid-Works软件演示点、线、面在三投影面体系中的各种投影和五大基本形体（棱柱、棱锥、圆柱、圆球和圆环）的创建过程，帮助学生建立空间概念，让学生了解创建形体的基本方法和各种建模方法的优缺点；接着在SolidWorks软件进行五大基本体截交线和相贯线的演示操作。借助SolidWorks软件将原本抽象、枯燥的教学内容很形象、生动的展现在学生面前，不但激发了学生学习的兴趣而且圆满的完成了此部分的教学内容，教学效果明显。

2.3组合体视图

组合体大多是由机械零件抽象而成的几何模型，是由五大基本立体通过叠加、切割和综合的方式形成的。这部分内容主要采用启发引导为主，结合多媒体演示、板书示范完成理论教学，然后借助SolidWorks软件进行各种典型组合体三维建模，帮助学生建立空间概念，逐步培养空间想象能力。理论教学之后安排上机实践环节，要求学生完成习题册上各种组合体三维建模，并配合笔者自己创建的SolidWorks立体模型库来进行自我检测。SolidWorks软件在组合体教学中的应用增加了教学的趣味性，一个个鲜活的三维实体模型展现在学生面前，学生学习很有成就感，有力的帮助学生建立起了空间想象能力，一改以往工程图学课程抽象难懂的局面。

2.4轴测图

轴测图是在二维绘图环境下绘制出来的具有立体视觉效果的图形。在工程图学课程的教学过程中，学习轴测图的画法，可以帮助初学者提高理解形体的空间想象能力，为读懂正投影图提供形体分析与构思的思路与方法。这部分内容通过多媒体课件讲解轴测图的基本原理，然后结合AutoCAD软件讲解软件中轴测图绘图环境的设定，并举例进行轴测图绘制，最后通过SolidWorks进行对应模型的三维建模，由SolidWorks软件自动生成轴测图，以验证AutoCAD软件绘制的轴测图的正确性。之后安排上机实践环节，学生自行完成习题册提供的各类轴测图，教师辅导答疑。

2.5零件常用表达方法

工程图学课程中典型零件有：轴套类、盘盖类、叉架类、箱体类；零件常用的表达方法有：视图、剖视图、断面图和局部放大图等。为适应表达各种物体内外形状的需要，SolidWorks提供了标准三视图、模型视图等多种表达方式。针对典型零件一一举例进行理论讲解，之后安排上机实践强化练习Solid-Works软件中各种表达方法，在学习软件的过程中加强了对工程图学表达方法知识的理解与应用。

2.6零件图与装配图

以回油阀为模型，对学生进行一次零件图与装配图的综合训练。首先，要求学生徒手绘制所有零件的二维草图；然后利用SolidWorks软件创建所有零件三维实体模型，培养学生徒手绘图及三维构形设计的能力；接下来由SolidWorks软件直接生成对应零件的二维工程图，最后将二维工程图导入AutoCAD软件进行精细化处理，使之符合机械制图国家标准的要求。应用SolidWorks软件还可以将回油阀各零件按一定关系装配在一起，生成回油阀装配体，可以在软件中变换视角，使学生对回油阀的形状和结构以及装配关系有更清晰的认识。回油阀装配体也可以直接由SolidWorks软件生成二维工程图。

3　教学改革效果

笔者在近三年的本科教学过程中应用这种并行教学模式，在总学时不变的情况下，丰富了教学内容，提升了教学的效率与质量。学生在玩电脑的过程中既学会了工程图学的知识又掌握了计算机绘图软件的操作与应用。理论课考试成绩明显优于其平行他班级，而且学生的动手能力也有了极大的提高，大部分学生都积极参加了校级或国家级的CAD科技创新活动取得了丰硕的成果。

4　结束语

在CAD技术迅猛发展的今天，传统的工程图学思想和教学方法已难以适应现实的需要，工程图学系列课程教学教学改革势在必行。并行教学模式将二维CAD技术和三维CAD技术融入到工程图学课程的教学过程中，使抽象的空间想象过程变得形象、直观。在这种并行教学模式下，学生的设计能力、表达能力和计算机绘图能力都有了很大的提升，为后续课程打下了良好的基础，并行教学模式值得推广。

［1］吴狄.基于三维CAD技术的工程制图教学改革研究［J］.沈阳工程学院学报，2014，10（3）：408-411.

［2］田春来，何萍，肖文福. 机械CAD技术研究进展与开源软件应用介绍［J］.萍乡学院学报，2015，32（6）：19-24.

［3］吴卓，王林军，秦小琼.画法几何及机械制图［M］.北京：北京理工大学出版社，2010：5-29.

TH12

兰州理工大学工程图学教学团队资助。