基于“二维-三维-3D成型技术同步融合”的现代工程图学课程改革探究

吕志军，丁 力，朱晨辉，屈 哲，何 勋，何玉静，李 赫

（河南农业大学机电工程学院，河南郑州 450002）

0 引言

现代工程图学是多数工科院校研究绘制和阅读工程图样的理论、方法和技术的一门必修专业基础课，工程图样是人们用以表达设计意图、交流技术思想的重要工具，被称为是“工程界的语言”，是工程技术部门的一项重要技术文件[1]。随着三维数字化、虚拟仿真等科学技术的快速发展，传统单一的教学体系已然跟不上时代的发展。因此，针对现代工程图学课程体系的改革探究亟待开展。

本文以河南农业大学机电工程学院教学实践为例，针对目前农业工程类专业现代工程图学课程、三维数字化设计与表达课程等教学环节分学期进行存在彼此脱节问题，在分析现代工程图学课程体系的教学现状的基础上，探讨提出“二维-三维-3D成型技术同步融合”课程体系建设方案，将对培养一流工程技术人才具有重要的意义。

1 现代工程图学教学现状分析

1.1 现有课程体系概况

河南农业大学机电工程学院开设的现代工程图学课程面向农业工程类专业大一的学生，该门课程包括画法几何、工程形体的表达方法、零件图和装配图等内容，第一学期授课内容为画法几何到零件图，共计56学时，其中理论部分46学时，实验部分10学时；第二学期将开设三维数字化设计与表达课程，课程包括现代工程图学课程中的装配图、AutoCAD计算机绘图、SolidWorks三维建模，共计56学时，其中理论部分36学时，上机实验部分10学时。

1.2 当下课程体系存在问题

1.2.1 画法几何内容重视结果轻视思维过程

画法几何是现代工程图学课程基础环节，该部分既培养学生对图学课程的兴趣又对后续工程形体表达方法、零件图与装配图的学习奠定了坚实基础。然而因总学时的缩减，各部分内容学时也在减少，学生在学习组合体视图绘制过程中暴露出不能正确根据两个视图补画第三视图等问题，学生缺乏正确的解题思路，仅仅依据长对正、宽相等、高平齐投影规律依次进行组合体上各个点投影绘制。由此看来，学生因缺乏空间思维能力并未掌握轴测图的正确画法[2]。

1.2.2 二维-三维分学期进行缺乏关联

对于大一的学生来说，在第一学期刚接触现代工程图学这门专业基础课过程中难免会有畏难的情绪，同时没有二维计算机绘图软件、三维建模软件等技术的辅助教学引导，对单一重复的尺规绘图会失去学习兴趣和动力，导致第二学期开设的三维数字化设计与表达课程没有前面扎实基础知识的铺垫也难以使其建立二维-三维之间的联系，因此现有课程体系不符合具备通用能力、专门能力、工程能力等核心能力的新农科人才培养需求。

1.2.3 学生空间想象能力欠缺

经过对多个年级不同专业学生进行现代工程图学课程调研后发现，大多数学生反映在接触该课程时，对于简单形体的三视图绘制正确率可达90%，但当应用工程形体的表达方法正确表达工程形体时，学生脑海中难以对实体进行构型[3]。想象不到剖切之后内部结构，表现为在绘制图样时易缺线、画错线，甚至剖面线未画在正确的区域内。因此，为提高该课程教学质量，如何快速正确培养学生的空间想象能力是急待解决的问题。

2 “二维-三维-3D成型技术同步融合”的现代工程图学课程体系建设方案

基于该课程现存问题，根据课程组长期教学实践经验和培养方案，本文拟提出一种“二维-三维-3D成型技术同步融合”的现代工程图学课程体系改革建设方案，其计划方案如表1所示。

表1 现代工程图学课程体系改革方案

该方案的现代工程图学课程分为两个学期开展，在不改变总学时的情况下，第一学期教学内容从制图基本知识开始到轴测图结束，第二学期教学内容则从工程形体的表达方法开始到装配图结束。在教学过程中将板书绘制、AutoCAD绘图软件、SolidWorks三维建模软件和3D打印教学模型同步引入至课堂中，有利于学生的快速理解，且在实际教学过程中进行了部分教学融合方法的尝试，如图2所示。使学生在入学后就能接触前沿技术并熟练运用计算机绘图和尺规绘图正确且快速表达复杂工程形体的结构，此方案既能丰富课堂教学过程又提高了学生的空间思维能力。

3 现代工程图学课程体系改革建设的意义

现代工程图学课程作为农业工程类大一学生的专业基础课，具备正确的看图、读图、绘图能力对后续如农业机械学、拖拉机汽车学等专业类课程的学习提供坚实基础[4-6]。“二维-三维-3D成型技术同步融合”的课程体系能够极大改善班级的学习氛围与教学质量，体现了课程结构的均衡性和综合性。综上，现代工程图学课程体系改革建设的实施，将对培养农业工程类学生应用前沿技术解决复杂工程问题能力有重要的推动意义。

图1 课程阶段性改革实施过程

4 结语

针对现代工程图学课程教学实践中现存学生空间想象能力欠缺等问题，提出了“二维-三维-3D成型技术同步融合”的课程体系方案。将学科前沿技术与传统教学深度融合，在不改变总学时的前提下，虽然将传统教学过程的理论知识架构分学期进行，但增加了计算机绘图软件等授课内容，实现课堂教学过程的多样化，激发了大多数学生的积极性和主观能动性，本文所提出的课程体系改革建设方案对全面培养农业工程类相关专业学生动手能力、创新能力及团队合作能力等综合素质具有一定的指导意义。