基于现代设计方法的工程图学系列课程改革研究

徐绍军+杨放琼+云忠

摘要：为适应时代发展的要求，建立基于现代设计方法的《工程图学》教学模式，通过更新教学观念，重组教学内容，创新教学方法等措施，培养学生的综合素质和能力。实践证明，新的教学模式使学生在掌握基本知识、学习基本技能的同时，空间想象能力、利用三维设计技术进行设计和表达的能力、创新能力等大大增强。

关键词：现代设计方法；工程图学；课程改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）14-0117-03

计算机三维设计、虚拟现实和计算机网络集成技术的发展，大大改变了传统的设计和绘图概念的观念。原有的二维设计方式已不再是设计的主要方式，更加直观快捷的三维CAD设计方法，可以大幅度提高设计效率和产品质量，因而得到了广泛应用。《工程图学》课程作为一门与生产实际密切联系的技术基础课，其发展也步入了一个新时代。所以，只有准确定位《工程图学》课程的性质、目标及要求，不断更新教学观念，引入新内容，创建新方法，才能逐步适应社会的发展和时代的进步。因而，在教学实践中将现代的设计方法和理念与计算机绘图工具结合起来，创建了一种以创新教育为目标、以工程设计为主线、以教学资源为支撑、以信息技术与课程教学全方位整合为载体的《工程图学》创新教学模式。

一、明确教学目标，更新教学观念

经过多年的教学改革，目前我国有许多高校开展了三维CAD教学，引入三维CAD的方式主要有融合式和分段式两种。前者将三维建模的原理、方法和技能融合、渗透到《工程图学》课程中，后者则是设置另外的必修课或选修课，与《工程图学》一起构成新课程体系。无论采用哪种方式，都是把引入三维的目的放在了辅助绘图手段上，教师在教学过程中也只是介绍一种软件而已，学生们则是花费大量的时间学习软件的基本操作，其结果往往是缺乏创造性设计思想和综合运用能力。

《工程图学》教育是以几何学理论为基础，为工程设计实践服务的。《工程图学》课程的教学目的主要是培养工科大学生的形象思维和设计表达能力。因此，在教学中应引入现代设计方法，以工程设计为主线，讲授有关的工业设计基础知识、投影知识、三维造型理论和图形表达的有关规定及技能等内容。不仅要有传统知识的传承，更重要的要培养学生利用现代设计技术进行设计表达的能力和创新能力。

二、重组教学内容，紧跟学科前沿

我校采用分段式引入三维CAD，《工程图学》课程仍然是传统的教学内容，是在基于二维投影及表达的层次上进行的，无论是手工绘图还是计算机绘图都是以投影方式绘出的二维图形。从以往的教学经验可以看出，学生从二维到三维的思维过程非常困难，即使花大量的时间和精力都难以掌握，因此，大部分同学将制图课程视为头痛课。此外，在教学过程中所使用的实例大都是纯粹的模型，不是实际的设计实例，学生对那些没有“生命”的模型和图样提不起学习兴趣。因而，教师很难调动他们的学习积极性，更谈不上培养他们的创新能力。

由此可见，只有从现代设计方法入手，以设计为主线，通过设计实例教学，逐渐引入计算机三维造型的内容，才能让学生明确本课程的学习目的，激发其学习兴趣，发挥其主观能动性。并且，形成《工程图学》系列课程教学模式，改革后的《工程图学》系列课程教学内容见图1。

改革后，《工程图学》课程从现代设计方法简介入门，通过设计实例的引入，使学生对设计的过程、对本课程的目的和要求有了初步的认识。再根据教学内容逐步引入三维造型方法，然后演示由三维转化为二维图形的过程。先构建三维模型，再由计算机直接生成二维图，直观易懂，符合人的认识规律；再加上学生可以将自己的设计在计算机中进行三维构造、三维修改，最后构造出形象生动三维模型，从而可创造一种新颖愉快的学习氛围，激发其学习兴趣，引导学生进行创意构型设计，充分发挥学生的潜能，培养他们的创造力。

《机械产品测绘与设计课程》是通过测绘实例让学生了解和掌握测绘设计过程和现代设计方法：根据现有零件绘制零件草图→对零件进行三维造型→虚拟装配→生成工程图，从而引入复杂零件的三维造型及零件的三维装配及工程图的生成等内容。

《计算机几何造型及三维可视化设计》是一门综合性的实践训练课程，旨在培养学生的绘图能力、综合运用能力、创新设计能力和团队协作精神。这门课分为两个部分，第一部分是对现有零部件进行改进设计，通过对现有零部件的功能和结构进行分析，发现不合理的地方并对其进行改进。要求绘制零件草图→对零件进行三维造型→虚拟装配→生成工程图。主要是培养学生发现问题和解决问题的能力、图样表达能力、徒手绘图能力、对前面所学知识的综合运用能力以及计算机三维造型能力。第二部分是创新设计，老师指定课题方向，学生分组并根据课题方向进行市场调查→确定设计方案→绘制草图→三维设计→虚拟装配→运动仿真→生成工程图→写出设计报告→答辩。在这一部分引入三维设计软件的动画、仿真等功能，让学生进一步了解如何利用现代设计方法，借助计算机技术来修改和完善设计方案。

改革后，现代的设计方法、设计理念一直贯穿于整个教学中，以达到培养学生综合素质和能力的目的。此外，随着“工程图学”系列课程的改革，后续的机械设计课程设计以及毕业设计也将做相应的改革。因此，“工程图学”系列课程的改革引领了后续课程的改革，同时也为后续课程的改革打下了坚实的基础。

三、优化教学过程，创新教学方法

以往的教学是以讲授为主，学生是知识的载体，这种模式显然不利于人才综合素质和创新能力的培养。要真正建立起科学、先进的创新教学模式，只有通过优化教学设计，针对不同的教学内容，采取各种有效的教学方法。在教学中，坚持以启迪创新思维、培养和发展智能、提高学生综合素质为核心，采用讲课、讨论、練习、测绘、上机实验及创新设计、答辩等多种形式，以提高学生灵活运用所学知识，分析问题、解决问题的能力，培养学生的综合素质、创新设计能力及团队协助精神。具体实施了教师精讲与学生自学相结合，常规练习与自主创新相结合，课堂讨论与学生讲解相结合，团队协作与个性培养相结合的教学方式方法。

（一）教師精讲与学生自学相结合

一贯以来都是教师讲、学生听，对于有些标准、规定等内容学生觉得听之无趣，学习积极性不高，对于程度好、思维活跃的学生尤为如此。所以要全方位调动学生的学习积极性，教师必须精心设计教学内容，重点、难点的内容由教师讲解，有些内容由学生课外自学，如“标准件与常用件”一章以及看零件图部分就安排学生自学。教师给出教案、课件和自学提纲，指定应完成相关的作业并随机抽取某些学生讲解本章节的某些知识点。学生要完成指定的作业并作好上台讲解的准备，必须认真学习研读教材、教案和课件，甚至还要查阅相关资料。这样可以让学生变被动学习为主动学习，培养其自主学习的能力和获取知识的能力。

（二）常规练习与自主创新相结合

工程制图课程主要是以形象思维为主，对于大一学生来说大部分同学在这方面是比较薄弱的，为了培养他们的形象思维能力和空间想象能力，必须进行大量的从三维到二维，再由二维到三维的基础训练。在具备了一定的基础知识后就要培养学生的发散思维和创新能力，因此，通过三维设计软件的引入，要求学生进行组合体的构型设计，并生成二维工程图。学生能充分发挥他们的空间想象能力，构思出结构新颖、形态各异的组合体。在零件图的学习阶段，要求学生设计比较复杂的零件，先进行三维设计，再生成零件工作图，要求标注尺寸和技术要求。这比完成统一规定的练习，更能调动他们的学习积极性，且能充分发挥他们的主观能动性，培养他们的创新设计能力，也不会存在抄袭作业的可能性。由于三维设计软件直观的性以及三维转换为二维的便捷性，使得工程制图课程的学习不再成为学生的头痛课。

（三）课堂讨论与学生讲解相结合

为了让学生最大限度地参与到教学活动中来，使他们从知识的接受者变成知识的探索者，变被动学习为主动学习，对有些内容采用学生讲解与课堂讨论相结合的方式。如对学生自主设计的零件，老师挑选出几个典型的零件，先由学生分组讨论，分析零件结构设计是否合理，表达方案是否最优，尺寸标注及技术要求是否齐全、合理等，然后挑选学生进行讲解，并让其他同学进行补充，老师最后总结。这种学生与学生之间、学生与教师之间对教学内容理解上的交流，符合学生思维的独立性和批评性的要求。通过充分地交流讨论，既可以使学生更清晰地理解、掌握学习内容，又可以培养他们的语言表达能力，同时，还可以让教师及时掌握学生的学习状况，为他们提供有效的指导。

（四）团队协作与个性培养相结合

个人的能力固然重要，但离开集体的智慧，他的价值也难以得到体现，团队协作能激发出团队成员不可估量的潜力。因此，团队协作精神的培养显得尤为重要，《三维可视化设计》课程旨在培养学生的综合素质、创新设计能力和团队协作精神。小组成员根据教师指定的课题，每个人充分发挥想象力和主动性，广泛地搜寻新颖、富有创意的想法，然后通过交流互相启发、互相激励，产生思想火花的撞击、共鸣，并及时抓住那些看似荒唐但却极具创造性的思想加以完善或改进，最终得到有价值的设想，然后通过分工协作完成设计作品。这个过程教师只给学生提供指导性的意见和建议，并对最终的设计方案进行把关，学生是主体，每个同学在团队这个大家庭里可以充分施展个人的才华，凸显个人的智慧，并在小组进行交流沟通时吸取他人的长处，使自己的能力发挥到极致。

四、改革试点

对机械专业2014级两个班和2015级两个班进行了教改试点，通过问卷调查显示：学生对在工程设计这一主线下，逐步引入三维造型方法表现出了极大的兴趣，普遍反映这种模式能将自己的构思直观地表达出来，且能方便快捷地转化成二维图形，能快速地建立起二维与三维之间的对应关系，空间想象能力能得到大大地提高，从而使得工程制图的学习不再变得困难。同时对现代设计方法有了初步的了解，增强了对后续课程的学习兴趣。从期末考试情况来看，在学时不变的情况下，学生平均成绩高于同类班级的平均成绩。

五、结论

基于现代设计方法的“工程图学”系列课程改革，以现代设计方法为依托，以设计为主线，将现代设计手段逐步引入到教学的各个环节，达到培养学生基本技能、综合素质、创新能力的目的，并使其初步掌握现代先进的设计理念和方法。彻底改变了传统的从二维图样入手，主要介绍二维工程图样的绘制和阅读方法，而单独开设三维教学软件的模式。以灵活多样的教学方式最大限度的让学生参与到教学活动中来，充分发挥他们的主观能动性。打破了传统的老师授课，学生听课的教学模式。通过几年来的教学改革实践可以看出，学生在掌握基本知识、学习基本技能的同时，空间想象能力、利用三维设计技术进行设计和表达的能力、创新能力等大大增强。

参考文献：

[1]杨光，刘静华，宋子玉，马金盛，王运巧.以设计为主线、三维为核心的工程图学教学改革[J].北京航空航天大学学报（社会科学版），2001，14（2）：57-61.

[2]乔春蓉，王福成，李爱平，黄燕.“渐进加综合”引入三维内容的“工程图学”课程改革研究[J].中国电力教育，2012，（2）：62-63.

[3]李冬梅，张持重，张耀娟，张云峰.以创新能力培养为目标的设计图学课程改革的研究与实践[J].工程图学学报，2010，（3）：161-164.

Abstract：In order to adapt to the requirement of times development，based on the modern design method of engineering graphics teaching mode，by updating the teaching idea，the reorganization of teaching content，innovation of teaching methods，cultivate students' comprehensive quality and ability. Practice has proved that the new teaching mode so that the students in mastering the basic knowledge，learning the basic skills at the same time，spatial ability，using 3 d design technology design and expression ability，innovation ability greatly enhanced.

Key words：modern design method of engineering graphics；the curriculum reform