工程教育认证背景下工程制图类课程教学改革

王振宁

（安阳工学院机械工程学院，河南安阳455000）

0 引言

工程教育专业认证是保障高等院校工科专业教育质量的重要机制和手段,也是实现工程教育国际化的主要途径[1]。其教育理念的核心是以学生为中心，以培养目标为导向，认证过程是把培养目标和毕业要求作为评价学生是否合格的标准[2]。工科类专业毕业的学生，其能力是否达到行业认可的要求，应作为教学目标重要的评价指标之一。

“工程制图”是工科专业一门重要的专业基础课，工程制图在经历了尺规制图，二维CAD绘图阶段后，随着计算机技术的不断发展，国内外优秀的CAD软件在我国工程领域的应用面的不断扩大，主流的三维设计软件，已经不仅局限于绘图功能，还集成了零件设计、装配、工程图、仿真、模具、加工、产品数据库管理等功能，涉及产品开发和生产的各个环节。三维设计软件已成为工程上普遍采用的设计工具。

因此工程制图理论、二维CAD软件、三维CAD软件的教学成为了一个系统的工程制图课程体系，各学校对这些课程的叫法不一，此处分别以“工程制图”、“计算机辅助设计（2D）”、“计算机辅助设计（3D）”称呼，三者之间是各自独立但又紧密相关的课程，三门课程的教学目标即培养绘制（尺规绘图、二维CAD绘图、三维设计软件设计与绘图）以及识读机械工程图样的能力。从而使学生不仅掌握制图理论，而且能够运用软件熟练进行机械产品设计及工程图绘制。这一目标正符合工程教育专业认证的核心导向。

1 现阶段制工程制图类课程存在的问题

现阶段，在各高校中，三门课程的教学比较独立，虽然有学校或教师尝试把计算机绘图教学的内容引入“工程制图”理论课程中，甚至从培养计划，教材、教学大纲、考试考核办法入手组成了全新的“工程制图”理论课，但是效果值得商榷，主要问题有以下几点：

1）制图课理论教学中引入大量的计算机绘图内容，造成学生对理论课程学习的不连贯，而且学生学习的焦点放在了趣味性较强的计算机绘图部分。笔者认为在理论教学中引入三维软件对三维模型进行展示，能够极大降低学习制图理论的难度，提高学生的学习兴趣，但学习重点还是要围绕制图理论进行，三维软件的使用或教学比重应适当。

2）学时无法满足教学要求。通过对不同专业“工程制图”课程多学时和少学时教学的长期教学总结，对于普通本科学校机械大类各专业学生来说工程制图分两个学期授课是适当的。如果在理论教学中参入大量的计算机教学，理论教学部分学时无法保证。

3）教学场地无法满足要求，对于一门课程，理论课教室和计算机机房交替排课，多数学校都无法满足要求。

因此，三门课程仍需要独立教学。但需要设法使制图类各课程紧联系在一起。

2 基于培养目标为导向的教学改革

工程制图类课程应尝试从培养计划、教学内容、教学手段和方法、教学大纲，考核办法上入手，制定一套全新的制图类课程培养方案，使三门课程紧密联系在一起，从而保证学生制图理论扎实、识图能力强、同时能够熟练使用制图工具进行机械产品设计以及工程图的绘制。现以安阳工学院机械工程学院为例介绍。

表1 工程制图类课程培养方案

2.1 培养计划

2.1.1 工程制图

1）工程制图（1）、（2）系机械学院各专业学生专业基础必修课，工程制图总学时为120，分为两个学期，考试课，考核方法为闭卷。课程只讲授工程制图理论课程，但是会在新生入学教育中开辟一个专题，介绍①制图在机械类课程中的地位、作用、内容；②制图技术经历的各阶段及其特点，③各种主流三维设计软件的功能、特点及使用领域，④相关制图竞赛（如“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、全国三维数字化创新设计大赛等）的比赛内容及获奖情况。通过介绍使学生了解到，设计软件是机械类学生必须掌握的设计工具，同时也认识到在竞赛中获奖，在以后的就业和考研中将具有很强的优势。激发学生对制图理论课程和制图软件的学习兴趣。在工程制图课程的绪论环节，会对上述内容重点介绍，从而吸引一部分感兴趣的学生，在第一学期提前准备电脑，介入三维软件的学习。

2）在制图课程中引入三维软件和三维模型。传统的实体模型在制图课程教学中存在诸多缺点，PPT贴图不能多角度实时展示模型，在制图课程中逐步引入三维软件和三维模型进行教学，大大降低了教与学的难度，激发了学生的学习兴趣，同时通过课堂上的演示，使学生再次认识到三维设计在机械设计中的强大功能及重要性。

现阶段很多出版社都在制图类教材中引入了新技术，通过手机拍照引入三维模型，作为课堂教学的辅助手段。方法一是通过手机中用于三维展示的APP扫描书中二维码，可以实现学生自主浏览三维模型，这种方法目前较成熟，效果好，如机工出版社出版《工程图学基础教程》一书，方法二是引入VR技术，但现阶段因为技术问题效果并不理想。上述两种方法可以在一定程度上通过三维模型辅助学生自学，课堂授课老师则可以通过Edrawings软件对三维模型进行展示。

通过给学生分享各类软件的教学视频及学习资料，促使一部分学生较早地开始学习三维设计软件，从中我们会发现一些对此有兴趣的学生，加以重点培养，为制图竞赛和各设计团队储备人才。

2.1.2 计算机辅助设计（3D）、计算机辅助设计（2D）

计算机辅助设计（3D）是各专业学生专业基础必修课，以UG NX教学为例，现阶段总学时为42学时，周学时为3学时，较以前的28的总学时有所增加，但考虑到其他课程设计或者节假日放假的占用，实际每学期包括本门课程考试只有14周教学时间，学时较少。

在长期的课程设计教学和毕业设计辅导中，逐渐认识到传统的尺规绘图、二维CAD绘图的不足，以及制图软件学期安排滞后的不利之处，我们不断前置制图软件课程，现阶段将计算机辅助设计（3D）安排在第二学期，计算机辅助设计（2D）安排在了第三学期，不仅促进了制图理论课程的学习，而且因为课程前置，从而为后续制图测绘、机械设计等课程设计提供了强有力的技术支持，也为学生下一步进实验室，加入老师组织的设计团队提供了一定的人才储备。

在培养计划讨论中，有另外一种观点，即计算机辅助设计（3D）教学应该更加提前，否则到第二个学期开始教学学习，再经过自学和练习，真正能够熟练使用各模块进行机械设计，就要到大二下学期，大三专业课大量铺开，同时一部分同学要考研，对于学生进入实验室或者设计团队参与设计或者学科竞赛，在时间上无法保障。因此教学目标应着眼于引导学生入门，至于学生的熟练使用，应通过后期自学及练习达到，因此我们在机械设计制造及其自动化专业进行教学试点，将计算机辅助设计（3D）放在第一学期，通过两年的试行，确实如上述观点所描述，学生入门较早，后期很多同学会进入实验室和设计团队，真正参与设计实践，对激发学生的学习兴趣，提高学生的专业水平，带动学风的提升有非常大的影响。但缺点是因为工程制图理论课还没有讲解机件的多种表达方法以及零件图、装配图，对三维软件建模学习有一定影响，

2.2 教学内容和考核方法

2.2.1 工程制图

工程制图（1）、（2）考试内容选择题15%，作图题85%，重点考察学生对几何体画图以及零件图、装配图识图的掌握。

上学期授课内容为制图基础、画法几何，考察要点是截交线、相贯线、组合体；下学期内容为机械制图部分。考察要点为机件的常用表达方式（重点为剖视图、断面图、螺纹紧固件装配图的作图，以及零件图、装配图的识图）。

2.2.2 计算机辅助设计（3D）

因为学时较少，对于模块功能多，命令及其参数设置较多的UG NX来说，学时远远不够，教学内容只能大幅度删减，挑选最常用的模块及命令，具体内容如下：1）包含草图和特征建模及编辑的常规零件建模命令；2）装配模块；3）工程图模块。其他如曲面建模、装配图中的爆炸图、装配序列动画、运动仿真等模块由学生自学。

考核方式为机试，时间2小时，考核内容为小型部件（7～10个零件）零件建模和装配。

2.2.3 计算机辅助设计（2D）

计算机辅助设计（2D）授课内容以AutoCAD软件的二维制图教学为主，后期穿插CAXA电子图板的使用，以及三维软件工程图转AutoCAD格式文件，之后通过CAXA处理，直到打印出图的使用流程，使学生不论是三维软件生成工程图，或是转档CAD出图，都能够熟练使用，以适应现阶段企业对制图工作新的需求。

考核方式为机试，时间2小时，考核内容为支架类、壳体类零件图绘制和打印出图。

3 教学改革效果

通过制图类课程三年内教学方面不断改革，成效非常明显，学生识图、绘图能力极大增强，完全可以达到行业对制图能力的需求，符合工程教育专业认证对课程的要求。

1）学生学习制图类课程兴趣提高；对工程制图中的截交线、相贯线、组合体、机件的常用表达方法等难点理解能力大幅度增强，成绩提高明显；制图测绘，机械设计等课程设计增加了计算机建模、绘图、出图工作，学生绘图实践能力极大增强。

2）学生学习制图类软件的兴趣浓厚，积极参加各类制图类、数字建模类比赛，取得了优异的成绩，2016年至今仅参加“高教杯”先进成图技术与产品信息建模创新大赛的省赛和国赛，获得省赛获团体特等奖、一等奖多项，省赛、国赛个人一、二、三等奖若干项的好成绩，其他如全国三维数字化创新设计大赛等，同样获奖颇丰。

3）因为制图类课程的前置和加强，许多学生大一进入教师设计团队，能够从事很过实际工作，对学生专业能力的提升效果明显，部分学生毕业时无需较长的实习阶段，可以直接从事机械产品的设计、研发工作。