制图系列课程实践教学存在的问题及改进措施探讨

王淑侠

(西北工业大学国家级机械基础实验教学示范中心，陕西 西安 710072)

制图系列课程实践教学存在的问题及改进措施探讨

王淑侠

(西北工业大学国家级机械基础实验教学示范中心，陕西 西安 710072)

实践教学逐渐成为国内大学课堂教学方法改革的热点，而如何深入地将各课程体系或课程群有机结合进行多维立体式实践教学并未得到深入关注。分析制图系列课程实践教学中存在的问题，提出以创新实验平台作为支撑，通过构建计算机辅助设计技术融入课程教学、以赛促学、加强选修课、强化认证考试等多维立体式先进制图人才培养模式。教学实践证明多维立体式实践教学改革可以激发学生兴趣，提高学生的综合素质。

制图系列课程；实践教学；教学改革；本科教学

制图系列课程(工程制图基础、机械制图和制图测绘)是培养工程技术人才的一门重要技术基础课，主要任务是培养学生阅读与绘制机械图样的能力、图解简单空间几何问题的能力以及对三维形状与相关位置的空间逻辑思维和形象思维能力。传统的二维绘图贯穿制图系列课程全过程的教学实践方法对学生尺规作图技巧有较大提高。但通过长期教学实践发现[1]：传统的制图系列课程教学中，教师用圆规和三角板在黑板上绘图或采用多媒体进行教学，再辅之以挂图、实物模型来

体现空间立体，从而帮助学生理解。但整个教学过程缺乏互动，学生在学习中感觉枯燥乏味，难以建立空间概念，更达不到让学生从学习中发现问题、解决问题，再到创新的要求。

1 机械类高等教育与社会需求的现状分析

2001年，我国启动了制造业信息化工程，逐步实现数字化设计制造已进入“甩掉图板”的计算机辅助设计(computer aided design, CAD)时代。但我国工程院校在课程设计、毕业设计中采用尺规绘图的还比比皆是，分析其源头在于学生入校后接触的第一门技术基础课——工程制图大多强调尺规绘图方式，因此导致后续课程仍然沿用该方式。部分高校虽然制图系列课程中没有讲授CAD技术或仅是简单介绍，但在课程设计、毕业设计中学生已采用计算机进行辅助设计，由于学生多为短时间的课外自学，导致所学知识并不系统，从而使三维建模操作步骤繁多，后期零件图、装配图与我国的国家制图标准大相径庭，有时甚至使后续专业课老师对制图系列课程所授知识进行质疑。

随着先进数控设备及大量CAD/CAM/CAE一体化软件的不断涌现，使设计、分析、加工、检测等功能集于一身成为现代机械工程的新特点。三维模型是各个模块间的重要信息载体，其不仅能表达产品的几何构型，还能对产品性能进行分析与优化，并可对设计结果进行模拟和验证以及管理工程数据[2]。三维设计符合人的思维过程，设计师在设计时，总是先构思出产品的形状，然后再将其表达出来。由于在脑海中构思出的产品形状是三维的，因此，构建三维立体模型符合设计师的创新意识流，有利于设计的深入，有利于获得复杂的几何造型，如截交、相贯等。而且，三维立体模型具有直观、易于理解等特点，便于与他人进行技术交流，甚至可以与非专业人员进行交流。同时，可以在计算机上对零件进行力学分析、虚拟加工、虚拟装配情况，从而降低制造价格昂贵的产品样机的数量。总之，三维设计是CAD技术应用的必然趋势[2-3]。

三维CAD时代正快速走来，使设计与绘图的思想、内容与方法都发生了变化，因此，让学生了解和掌握三维 CAD技术的应用是一项迫切的教学课题和任务。图学教育工作者正积极创造条件，力争将三维CAD技术的实践教学落到实处，并在全三维的模式下重构制图系列课程体系及教学内容[3]，从而实现“设计从三维开始”的教学目标[4-5]。

2 当前制图系列课程中人才实践能力培养存在的问题

社会对机械类高等教育人才的期望值不断提高，但我国高校仍以尺规作图及二维计算机绘图为主进行教学，其图纸的不直观以及不宜修改，导致其已远远不能满足社会需求。美国以及日本等高校非常重视徒手草图和三维建模的教学内容[6]。国内部分高校尝试性加入三维CAD内容[6-7]，但由于没有后期的支持和应用，导致学生尽管课上积极性高，但课程结束后，由于没有相关项目支持而导致学习兴趣减弱。因此，在机械类高等教育中进行三维CAD技术的多维立体式实践教学迫在眉睫。虽然已有部分高校将三维CAD技术引入课堂，但很多是小范围试点。通过教学实践发现，仅仅在制图系列课程中讲授三维 CAD，学生一般无法将其应用于后期专业课程，又因教学实践环节太少，导致学生并不能很好地使用三维CAD技术。目前制图系列课程教学中存在的主要问题表现为：

(1) 忽视创新能力培养。传统制图系列课程在对图纸的质量评判中，对图线、面质量的重视程度远远超过对图形表达能力和水平的重视。但随着制图新技术的不断普及和制图标准的不断更新，绘图技能的训练和能力培养应具有新的含义。如淡化图板绘图能力训练，强化草图、轴测图等构形、读图能力培养。这种重视图面质量的传统教学方式很容易使刚刚步入大学校门的学生由于图面质量不佳而导致的得分不理想而失去对所学专业的信心。

(2) 忽视上机实践教学环节。制图系列课程的实践环节包括课程的动手能力、尺规绘图能力，计算机绘图能力等。但近年来由于课时的不断压缩，很多高校考虑理论课教学很重要，不能压且不好压，从而导致实践教学环节受到极大的削弱。同时受教学条件等限制，安排计算机绘图学时较少，且多以二维 CAD技术为主；个别院校本科教学的三维绘图软件有问题，在使用过程中经常会出现一些瑕疵及异常问题，从而使学生误认为三维 CAD软件功能并不强大，从而失去

学习兴趣。

(3) 忽视第二课堂的引导作用。尽管在制图系列课程中的某门课程中加入三维CAD技术，甚至整个制图系列课程中均加入三维CAD，但如果后续教学、实践环节中学生不再进行相关技术的练习及强化，学生会逐渐淡忘三维CAD技术中的一些使用方法与技巧，从而削弱学生的三维设计能力。因此，加强制图系列课程的实践教学环节，保证知识链的完整性和连续性，需结合课外课堂，如学生学术性社团等，全面提升机械专业大学生工程制图能力[8]。

总之，随着CAD技术的广泛应用，为学生创新思维提供展现的平台，要求学生在掌握传统的绘图方法的同时，也要掌握三维CAD技能，不仅提高学生兴趣，而且提升教学质量。除了在制图系列课程中增加三维CAD技术外，还要为学生提供更广阔的学习交流平台，从而达到伴随着制图系列课程教学，学生能在课上、课下进行实时交流；而在制图系列课程结束以后，仍能学有所用，学以致用。

3 构建多维立体式实验教学模式

以拥有三维CAD技术的先进设计人才培养为宗旨，着眼课程设计、毕业设计及社会需求，充分利用高校本科实验室现有资源，根据机械类专业对人才质量的需求，统筹考虑知识结构、教学内容、教学方法等。构建融入制图系列等基础教学课程、创新实验平台支持、以赛促学、选修课加强、认证考试强化等的多维立体式先进制图人才培养模式(图1)。

图1 多维立体式先进制图人才培养模式框架

(1) 课程通道：融入基础教学。借鉴欧美等国高等院校将先进制图技术融入本科教学的方法，在本科教学中将三维CAD逐级循序渐进引入制图系列课程。制图系列课程的教学大纲均分为“理论教学大纲”和“实践教学大纲”，其中工程制图基础、机械制图及机器测绘的课堂教学与实践教学的比例分别为4∶1，1∶2和1∶4。课程实验的教学目的随着课程的不同逐渐提高，分别以综合运用课堂知识、学习设计思路等为主，着力培养学生的实验技能和创新能力。依托制图系列课程的教材及习题集，构建虚拟三维零、部件的虚拟模型库，使学生能更直观地体验二维与三维的转化。完善实验指导书和便携实验教程，设置具有阶梯推进式的实验内容，以提高学生的设计能力。

(2) 以赛促学通道：提高师生积极性。明确适合大学生参与的全国先进制图技术的技能大赛，并对之进行权衡比较，最终确定 1~2项赛事作为常规赛事。例如学校将“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛作为学校的常规赛事，每年制图系列课程组在全校牵头选拨CAD方面的人才，并对其进行强化培训，使学生能有组织地参加全国比赛，从而达到以赛促学，以赛促教的目的。

(3) 创新实验通道：教师重点辅导，协会宣传普及。利用国际级机械基础实验教学示范中心提供各种学生社团创新设计的平台，如三维设计协会、机器人基地、节能车基地等。并聘请制图系列课程主讲教师作为相关学生社团的指导教师，从而使学生在课堂外仍能与教师保持密切联系。由社团骨干学生作为“学生指导教师”开展三维

CAD的开放性课堂，该课堂每学期进行8次全校公开课进行CAD操作技能的培训。充分调动协会成员的积极性，让其在活动中感受到三维CAD的乐趣，并发挥协会成员的特点，在协会乃至全校范围内进行CAD的宣传普及工作，并在内部成立由CAD高手组成的智囊团，负责创新项目和学生辅导等工作，在学生协会的配合下，掀起“学三维，用三维”的热潮。

(4) 选修课通道：开设公共选修课、专业选修课。由熟练掌握三维CAD技术的老师，开设全校三维计算机设计的公共选修课及专业选修课，并结合机械专业特点，出版相关教材，从而达到“以教促学、以学促教”的良性循环的目的。

(5) 认证考试通道：学生可选择相关认证考试证明自己的能力。与国家信息化工程师岗位技能认证中心以及国际 Solidworks认证助理工程师CSWA取得联系，在学校国家级机械基础实验教学示范中心挂牌并设置考点。为满足需要，对制图系列课程教师进行技能培训，保证对学生讲授知识的高效性。对学生进行有效的报名及考试的管理模式，学生可根据自身能力自由选择认证考试种类，对自己的能力进行证明。

4 结 束 语

自2009年我校开始推进多维立体式制图系列课程改革，采用多媒体与三维CAD相结合的制图系列课程的教学改革，强化其上机实验环节。除融入基础教学平台外，还以各种辅助通道包括创新实验、以赛促学、选修课和认证考试等。随着课程改革，使最初的低年级学生基本无人报名参与各类创新性比赛的状况消失，到现在的低年级学生报名参加各类学术性学生基地及各类比赛的积极性越来越高，而且由于其动手创新实践能力强，能迅速成为其骨干力量。总之，多维立体式制图系列课程改革对我校本科生综合素质提高起到了一定的推动作用，受到了我校师生的高度肯定。

[1] 王淑侠, 王关峰, 刘援越, 等. 基于先进制图技术的多通道制图人才培养模式研究[J]. 现代制造工程, 2013, 388(1): 134-138.

[2] 叶 琳. 机械制图虚拟现实网络模型室的建立[J]. 工程图学学报, 2002, 23(3): 202-206.

[3] 陈伯雄. 三维设计是CAD技术应用的必然趋势[J]. 计算机辅助设计与制造, 2000, 8(2): 56-59.

[4] 李苏红, 庞云阶, 林玉祥. 三维CAD技术课程的教学研究与实践[J]. 高等理科教育, 2005, (4): 67-69.

[5] 窦忠强. 高校的CAD教学应从三维开始[J]. 工程图学学报, 2001, 22(4): 23-27.

[6] 王文静. 三维CAD机械制图教学技术实践与探索[D].合肥: 合肥工业大学, 2011.

[7] 胡江萍. 面向三维 CAD 的机械制图教学改革[J]. 机械管理开发, 2011, (1): 176-177.

[8] 刘梅英, 任奕林, 王巧华, 等. 工程图学系列课程实践教学探讨[J]. 机械制造与自动化, 2013, 42(1): 82-84.

The Improvement of Practice Teaching in Draw ing Series Courses

Wang Shuxia

(National Mechanical Basis Experimental Teaching Demonstration Center, Northwestern Polytechnical University, Xi’an Shaanxi 710072, China)

Practice teaching is gradually becom ing a reformation hot spot of teaching method in national university. But how to integrate the curriculum system and course groups w ith multi-dimensional practice teaching has not been deeply concerned. The existing problems are analyzed in the practice teaching of the draw ing series courses. An innovative experiment platform for practice teaching reform is suggested. A multi-dimensional practice teaching is proposed by adding advanced computer-aided design technology into the curriculum teaching, participating in relative competition and certification test, opening elective courses, and so on. The teaching practice proves that the multi-dimensional practice teaching reform can stimulate students’ interest and improve the comprehensive quality.

draw ing series courses; practice teaching; teaching reform; teaching of undergraduate course

TH 126

A

2095-302X(2016)04-0573-04

2015-11-26；定稿日期：2016-02-21

西北工业大学教育教学改革研究项目和西北工业大学教学与考核模式改革项目

王淑侠(1978–)，女，天津人，副教授，博士。主要研究方向为图学教育及计算机图形学。E-mail：2008wangshuxia@163.com