提升工程实践能力背景下“工程制图”教学改革探索

范芳蕾， 张克义， 余宏涛， 史冬敏

(东华理工大学 机械与电子工程学院，江西 南昌 330013)

“工程制图”是工科类院校学生学习工程科学与技术的入门课程。它以现代工程应用为背景，旨在使学生掌握工程设计表达的基础知识和基本技能，是培养空间想象能力和创新思维能力的重要载体，是学生认识工程、走进工程的桥梁。在工科类院校课程设置中占有一席之地[1]。近年来，在工程教育专业认证背景下，对大学生运用工程基础和专业知识解决复杂问题的要求越来越明确，要求大学生们具有较强的工程实践能力。这就要求课程内容和体系的设置多挖掘其背后的工程价值，多引入工程实例。

依据东华理工大学本科人才培养方案的指导性意见，原有的课程总学时减少，并且增加学生课外实践学时，工程制图课缩短为32学时。在有限的学时内更多的引入工程实例，提升学生的工程实践能力，这无疑是对本课程提出了更高的要求。针对这一背景，课题组成员进行了工程制图课程的改革，改变原有课程体系和内容，兼顾尺规作图和草图基本训练的同时，缩减投影理论和工程制图基础及相关国家标准两大模块的课内学时，提出结合网络教学平台，融入三维模型设计的新型教学理念。以熟练读取工程图和使用三维软件设计并生成清晰、规范的工程图，同时具备一定的尺规作图和草图能力为教学目标[2]。

1 教学模式与课程体系的改革

国内多数大学课堂依然以“概念—分类—历史—属性—未来”等类似线性内容的教师独白式授课模式为主线，学生丧失学习的主动性，“教”“学”的天平严重倾斜。欧美等国家早已突破这种传统模式，课题组成员在爱尔兰阿斯隆理工学院和爱尔兰都柏林理工学院分别进行了为期半年的访学，期间旁听相应课程，对教学过程、组织、内容和方法深入研究，结合我校实际情况提出在工程制图课程上采用“观察—移情—发现问题—调研—查找文献—寻找答案—验证答案”等类似螺旋式课程模式来探索本课程的知识脉络、学术规律以及背后的工程价值，意在促使课堂中呈现出一种相互对话与反复质询的交互机制。

“工程制图”课程体系改革基于少学时、工程运用及新教学模式的需求，将投影理论和工程制图基础两大模块的学时数从32缩减到21，如表1所示。新教学模式中注重学生的自学能力及课堂主导力的提升，制图课程将结合课题组建立的网上微课平台共同完成，如图1所示。例如：投影理论中点、直线、平面和基本形体投影的基础理论由学生课前通过微课平台自学，课堂上的四小时主要进行答疑、知识的提炼以及习题讲解。在整个课程体系中引入三维 CAD (Computer Aided Design) 软件工具，进行计算机辅助设计，三维建模融入到各个知识领域，“图”“形”结合，提高学生快速表达设计理念的能力。新课程体系更加注重实践教学，将绘图知识和CAD知识融合在一起，在学生进行计算机辅助设计练习的同时，向学生讲解介绍并辅以完成相应的设计练习[3]。

表1 新旧课程体系对比

2 教学方法的改革

2.1 结合工程制图线上平台，促使学生完成课前预习

新培养方案实施，所有课程总学时缩减，这就意味着学生有更多的可自由支配时间，可以利用课余时间自主学习制图课程的基础理论知识，提升自主学习能力。本课题组建成了网络教学平台，完成了“工程制图”和“工程制图微课”建设，为学生提供了一个基于网络的自主学习平台，也为本课题提出的教学改革方案奠定了基础。

以“工程制图微课” 网上教学辅导与学习系统为主，其包括：教学设计、电子课程教学内容讲解(PPT)以及微课，如图1所示。教学设计包含课程概况、教学目标、教学方法、实操实例、项目扩展以及作业布置，项目拓展主要以企业实际案例为主。微课针对每章节主要内容和重点难点进行讲解，每个教学视频浓缩至14-20分钟。教师课前发布任务，学生在限定时间内必须完成相应章节的微课学习，完成作业并上传，教师对完成情况进行监控，充分掌握学生自主学习的完成情况。

如图2所示，“工程制图”在线学习平台，将每一章的每一节内容细化讲解，学生在预习过程中碰到具体某个知识点无法理解时，可针对性地进行学习，起到很好的辅助教学作用。

图1 工程制图微课主界面

图2 工程制图主界面

2.2 三维建模融入课堂教学

二维工程图样是表达设计创意的语言工具[4]，任何一个产品都需要多张零件图及装配图表达。而要读懂这些图纸并准确地确定各尺寸链，将花费很多时间和精力。一旦读图有误，将会给生产、制造带来巨大损失。随着三维建模软件的应用，工程师就能在屏幕上见到近似真实的三维模型，并运用实体添加约束进行装配，在加工前就能检查出尺寸链及干涉问题，大大减少图纸绘制阶段的失误。现在大部分企业均采用三维软件做产品设计，也要求工程师们具备三维建模的能力。

现代的三维设计过程为：三维设计构思→三维表达CG(Computer Graphics)建模→三维分析计算→三维 CAE(Computer Aided Engineering)、CAM(Computer Aided Manufacturing)[5]。现代的三维设计过程将构思、设计、建模、分析和仿真整个过程实时地表达出来，大大缩短了设计周期，降低错误率，提升效率，降低企业成本，成为现在的主流设计思想。为更好地贴靠企业需求，提升学生工程实践能力，三维建模贯穿于本课程的始终。

(1)从点、直线、面的投影开始以简单模型入手，讲解投影基础理论及工程上常用的投影方法。运用三维CAD软件讲解基本体和组合体的草图绘制、从二维草图生成三维立体模型的方法、基本体之间的布尔运算(交、并、差)，最后由三维模型生成视图的过程。对照三维模型分析立体表面几何元素投影、截交线和相贯线的投影及画法，简单直观，学生更易理解。如图3所示，由二维草图拉伸得到长方体，再分步截切分析每一步截交线的投影，最终得到被截切体三视图。

(2)在工程建模与制图模块中，将标准件、零件图及装配图融合在一起，以简单的工程实例为主，项目驱动形式完成本模块学习。从此模块开始结合三维建模装配技术，分析组成装配体的各零件结构，完成各零件的建模，讲解各零件的装配关系、约束的添和工作原理。利用三维软件建模，完成部件装配。利用三维绘图软件自动生成零件及装配件二维图，依据制图标准完善图纸得到符合要求的二维工程图。

图3 基本体截切的分析步骤

3 考核方式的改革

原有的考核方式都是以一考定成绩，形式单一、目标僵化，忽略学生在教学中的主体作用，忽略其在学习过程中的思考、综合与积累，扼杀学生的创新意识，阻碍其个性发展[6]。因此，从分析和解决实际工程能力的角度出发，考核分为网络课程学习、项目完成和最终考试三部分，如表2所示，最终成绩由三部分组成。

表2 新考核方式说明

4 结论

“工程制图”课程是工科类院校的专业基础课，对培养学生空间想象力和工程实践能力起到非常重要的作用。在多年的教学实践中，课题组成员不断探索改革，为的是在少课时要求下还能更好地提升学生工程实践能力。实践证明，基于网络教学平台，有效提升了学生预习效率，课堂教学效果大大提升；结合三维建模和工程实例，一定程度上减少了课程的枯燥性，激发了学生的学习兴趣，并且培养了学生三维建模的能力，结合工程实例使得学习的目标更加明确。后续课题组还将对网络教学平台的维护和教学效果进行持续性跟踪，在实践中提升教学质量。