胡文韜　王化軍

摘要：現(xiàn)價(jià)段工程設(shè)計(jì)教學(xué)中存在設(shè)計(jì)工具落后，教學(xué)方法陳舊，學(xué)生缺乏整體設(shè)計(jì)觀念、重視模仿、缺乏創(chuàng)新意識等問題。推廣應(yīng)用3D設(shè)計(jì)軟件有利于消除目前工程設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的弊端，提高教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：工程設(shè)計(jì)；3D設(shè)計(jì)；教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）29-0239-02

工程設(shè)計(jì)一直是高等工科教育中的重點(diǎn)和難點(diǎn)（李松、方曉波，2013）。受傳統(tǒng)觀念的影響，多數(shù)高校的工程設(shè)計(jì)教學(xué)都側(cè)重于理論講授（祝麗花，2016），以傳授知識為主，未能訓(xùn)練出學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用能力。對于初學(xué)者而言，強(qiáng)調(diào)知識積累無可厚非，但近年來我國各領(lǐng)域工業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，社會對畢業(yè)生設(shè)計(jì)能力的需求日趨提高。傳統(tǒng)意義上的工程設(shè)計(jì)教學(xué)與社會需求日益脫節(jié)，以知識講授為主的教學(xué)模式愈發(fā)難以滿足教學(xué)實(shí)踐的需求，迫切需要變革以提高教育水平。

一、存在的問題

現(xiàn)價(jià)段設(shè)計(jì)課教學(xué)主要存在如下問題：

1.設(shè)計(jì)工具落后，教學(xué)方法陳舊。目前很多高校的工程設(shè)計(jì)教學(xué)還停留在PPT講授，2D軟件出圖的階段。而實(shí)踐中3D設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)在各大設(shè)計(jì)院和生產(chǎn)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用（李家偉，2016；呂德芳，2015；周占紅，2016；王衛(wèi)兵，2007），在教學(xué)中僅使用2D設(shè)計(jì)軟件會顯著拉長畢業(yè)生日后從事設(shè)計(jì)工作的適應(yīng)周期。自身能力與社會需求脫節(jié)、適應(yīng)性差（喬志宏、王爽、謝冰清、王禎，2011）已經(jīng)成為工科畢業(yè)生日后工作面對的巨大困難。

2.缺乏整體設(shè)計(jì)意識。2D設(shè)計(jì)工具其空間可視性和細(xì)節(jié)表達(dá)能力上都遠(yuǎn)遜于3D產(chǎn)品。作為初學(xué)者，學(xué)生大多是沒有從事過實(shí)際設(shè)計(jì)工作的本科生，對設(shè)計(jì)作品的整體把握能力不足，加之沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，畫出的圖紙往往只能做到“形似”，不能完全做到準(zhǔn)確。

3.重視模仿，缺乏創(chuàng)新性。由于經(jīng)驗(yàn)有限，學(xué)生很難對設(shè)備的空間位置和連接關(guān)系形成整體印象，因而只能簡單模仿教科書或者其他現(xiàn)有圖紙中的內(nèi)容。在這種情況下學(xué)生往往更傾向于將現(xiàn)有資料中的已有設(shè)備納入自己的工藝流程，所設(shè)計(jì)圖紙的布局和設(shè)備選型往往與參考資料高度一致。在這種情況下，學(xué)生很難提出創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。

4.專業(yè)知識碎片化，系統(tǒng)性差。工程設(shè)計(jì)課往往是學(xué)生進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)之前的最后一門課程，可以說是“收官之課”。如果學(xué)生不能在課上將大學(xué)四年所學(xué)的知識融會貫通，將使畢業(yè)設(shè)計(jì)的效果大打折扣，直接影響學(xué)生日后綜合利用知識的能力。

二、使用3D設(shè)計(jì)軟件的必要性

高校工程設(shè)計(jì)教學(xué)中強(qiáng)化使用3D設(shè)計(jì)軟件至少具有如下作用：

1.更多參數(shù)可視化，降低學(xué)生理解難度。使用3D設(shè)計(jì)軟件能夠直接進(jìn)行3D建模和出圖，可將更多的參數(shù)可視化，顯著降低學(xué)生理解設(shè)備之間三維位置關(guān)系和連接方式的難度。對于初學(xué)設(shè)計(jì)的本科生，無疑可以大幅度降低入門門檻，提高自主學(xué)習(xí)能力；

2.有利于學(xué)生從整體上把握圖紙。3D設(shè)計(jì)軟件可以將工藝流程中涉及的主要設(shè)備及其空間位置關(guān)系以可視化的方式展示出來，學(xué)生可以直觀地判斷設(shè)備配置是否合理，提高學(xué)生從整體上把握圖紙的能力；

3.有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。三維、可視化的設(shè)計(jì)環(huán)境降低了學(xué)生的理解難度，降低了出現(xiàn)錯(cuò)誤的機(jī)率，從而減少學(xué)生對現(xiàn)有圖紙的依賴。消除了“怕出錯(cuò)”的思想，學(xué)生可以更多地發(fā)揮自己的創(chuàng)造性思維進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，提高創(chuàng)新能力；

4.強(qiáng)化工程設(shè)計(jì)課的“總結(jié)”作用，提高學(xué)生專業(yè)知識的系統(tǒng)性。工程設(shè)計(jì)課及對應(yīng)的課程設(shè)計(jì)是對大學(xué)知識的一次總結(jié)，學(xué)好工程設(shè)計(jì)課需要大量前期課程作為積累。采用3D設(shè)計(jì)軟件教學(xué)可以提高工程設(shè)計(jì)課的教學(xué)效果，將學(xué)生所學(xué)的專業(yè)知識融合為整體，提高專業(yè)知識的系統(tǒng)性。

三、使用3D設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢

目前高校工程設(shè)計(jì)教學(xué)中常用2D設(shè)計(jì)軟件建模。此類軟件主要用于2D，但也能進(jìn)行3D設(shè)計(jì)。2D設(shè)計(jì)軟件操作簡單、上手快，用于工程設(shè)計(jì)仍具有一些優(yōu)勢。此外，安裝MEP插件后用其構(gòu)建的3D模型也能帶有一些實(shí)際的建筑信息，即使在一線的設(shè)計(jì)單位也有一些人員用其構(gòu)建3D模型。但3D設(shè)計(jì)軟件可將擬建工程的真實(shí)信息參數(shù)化，并利用這些參數(shù)使所構(gòu)建的模型具有更真實(shí)的物理信息。且利用3D設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建的模型，其中的參數(shù)化構(gòu)件、族文件和項(xiàng)目文件可以隨時(shí)多次使用，無需重復(fù)建模、設(shè)計(jì)效率大幅度提升。同時(shí)，采取“調(diào)用”方式建模還可以降低出現(xiàn)誤操作的概率并簡化設(shè)計(jì)流程。3D設(shè)計(jì)軟件相對于2D設(shè)計(jì)軟件具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.軟件定位更明確。2D設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)初衷是解決2D建模問題，雖然也能兼顧3D，但其定位決定了其3D能力不會太強(qiáng)大。3D設(shè)計(jì)軟件則是專門用于3D建模的產(chǎn)品，其定位更明確、3D設(shè)計(jì)能力也更加強(qiáng)大；

2.視圖更靈活。3D設(shè)計(jì)軟件可以從平面、立面、剖面三個(gè)角度，及任意的三維視圖角度觀察設(shè)備布置細(xì)節(jié)，確保構(gòu)建的模型準(zhǔn)確無誤。2D設(shè)計(jì)軟件則只能在特定的視圖內(nèi)定位構(gòu)件，之后才能生成3D模型；在3D設(shè)計(jì)軟件中能夠方便地生成任意位置的新斷面，且這些斷面視圖可以編輯：能夠依據(jù)需要擴(kuò)大或者縮小視圖范圍，還能在新視圖中修改構(gòu)件參數(shù)。而2D設(shè)計(jì)軟件中的斷面視圖則是一個(gè)孤立的單元，可以查看但不能單獨(dú)編輯；

3.可實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)性修改。利用3D軟件建模時(shí)，設(shè)計(jì)者在某一視圖中所做的修改能自動(dòng)在其他的相關(guān)視圖中得到同步體現(xiàn)。這可省去大量重復(fù)工作，同時(shí)減少錯(cuò)誤；而在2D設(shè)計(jì)軟件中修改3D模型則必須在平面視圖下進(jìn)行，之后再分別手動(dòng)修改其他視圖；

4.優(yōu)化設(shè)計(jì)更便捷。3D設(shè)計(jì)軟件中的族就是參數(shù)化構(gòu)件，是一類圖元的總稱。根據(jù)創(chuàng)建時(shí)設(shè)置的參數(shù)，不同類型的族可以具有尺寸、形狀、材質(zhì)或其他參數(shù)變量，使圖元具有了特定的物理意義。設(shè)計(jì)者只需更改構(gòu)件或項(xiàng)目的參數(shù)就能通過參數(shù)賦值可以依據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行模型尺寸、外觀、材質(zhì)、渲染效果等多種優(yōu)化設(shè)計(jì)；而2D設(shè)計(jì)軟件只能進(jìn)行簡單的尺寸修改；

5.樣板文件豐富。3D設(shè)計(jì)軟件內(nèi)置了種類多樣的設(shè)備樣板，具備很強(qiáng)的3D建模功能。利用這些樣板，設(shè)計(jì)者能夠便捷地構(gòu)造出符合設(shè)計(jì)要求的特殊構(gòu)件；而2D設(shè)計(jì)軟件中的構(gòu)件和設(shè)備都是預(yù)先定制的，設(shè)計(jì)者不能根據(jù)設(shè)計(jì)需求自主構(gòu)建未經(jīng)定制的新構(gòu)件或設(shè)備；

6.是真正的3D設(shè)計(jì)軟件。利用3D設(shè)計(jì)軟件可直接在3D狀態(tài)下建模，無需參照2D圖紙。施工所需的2D圖紙可直接從3D模型中生成，無需重復(fù)進(jìn)行2D設(shè)計(jì)；

可見，未來3D建模軟件的應(yīng)用范圍將更加廣泛，其在工程設(shè)計(jì)教學(xué)中的重要性也會提高。但設(shè)計(jì)工作具有很強(qiáng)的慣性，2D設(shè)計(jì)軟件在國內(nèi)的應(yīng)用時(shí)間較長，絕大多數(shù)設(shè)計(jì)單位不可能在短期內(nèi)放棄使用2D設(shè)計(jì)軟件。而且2D軟件也在不斷完善自身功能，仍在推出新的版本。因此，在可預(yù)見的未來2D設(shè)計(jì)軟件都不會消失，但3D設(shè)計(jì)軟件所占份額會逐漸提高，在3D設(shè)計(jì)方面逐漸替代2D產(chǎn)品。

四、教學(xué)的心得

工程設(shè)計(jì)課一般安排在大學(xué)四年級開設(shè)，學(xué)生在接觸3D設(shè)計(jì)軟件之前已經(jīng)在前期課程中學(xué)習(xí)過2D設(shè)計(jì)軟件對其使用方法和思路比較熟悉。如前所述，2D與3D設(shè)計(jì)軟件存在較大差別，這在一定程度上反而成為學(xué)生學(xué)習(xí)3D設(shè)計(jì)軟件的負(fù)擔(dān)。筆者在教學(xué)過程中反復(fù)實(shí)踐逐漸總結(jié)出如下教學(xué)要點(diǎn)：

1.強(qiáng)調(diào)前期準(zhǔn)備的重要性。3D設(shè)計(jì)軟件集成度高，必須要求學(xué)生在動(dòng)手設(shè)計(jì)之前做好各種準(zhǔn)備、搜集并整理好充足的原始素材，做到有的放矢。大學(xué)生思維靈活，但自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力不足（劉亞娟，2016），需要加強(qiáng)訓(xùn)練、促使其養(yǎng)成良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣。

2.培養(yǎng)宜簡則簡意識。多數(shù)3D軟件都對電腦自身的配置有較高的需求，這一點(diǎn)與2D軟件差別很大。教學(xué)過程中應(yīng)盡量強(qiáng)調(diào)屏蔽無效的作用，僅顯示最必要的核心內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣。

3.使用工作集。3D設(shè)計(jì)軟件工作集不僅在團(tuán)隊(duì)協(xié)作場合，對個(gè)體設(shè)計(jì)者也來說也能帶來如下好處：首先，能夠提高建模效率。建模過程中只需要打開正在修改中的工作集，這樣需要顯示的內(nèi)容就大大減少，硬件負(fù)擔(dān)相應(yīng)降低；其次，能簡化操作。關(guān)掉暫時(shí)不用的工作集能避免大量的臨時(shí)性隱藏操作。因?yàn)樘幱诖蜷_狀態(tài)的內(nèi)容減少，觀察模型更方便、顯示細(xì)節(jié)更突出；最后，方便批量操作。使用個(gè)人工作集后可以非常便捷地將項(xiàng)目中的某部分直接提取或選定，方便批量刪除或修改。

4.強(qiáng)化學(xué)生的條理意識。構(gòu)建模型時(shí)模型中的結(jié)構(gòu)，如墻、梁、設(shè)備等構(gòu)件要嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行命名和標(biāo)注，保持細(xì)節(jié)一致。

5.盡量用公用族。3D設(shè)計(jì)軟件用于具體的專業(yè)時(shí)往往需要使用一些不常見、不通用的構(gòu)件。為了方便設(shè)計(jì)者一般需要根據(jù)具體的需要構(gòu)建一些新族。在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)鼓勵(lì)或者直接要求學(xué)生將這些新構(gòu)件建成公用族，以增加族文件的通用性。

筆者發(fā)現(xiàn)在工程設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用3D設(shè)計(jì)軟件可將擬建工程的真實(shí)信息參數(shù)化，使所構(gòu)建的模型具有更真實(shí)的物理信息，方便學(xué)生理解；將抽象的參數(shù)可視化，提高學(xué)生從整體上把握設(shè)計(jì)的能力；新構(gòu)建的族和項(xiàng)目文件可以重復(fù)使用，大幅度提升設(shè)計(jì)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李松，方曉波.給排水工程課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].化工高等教育，2013，（2）：29-34.

[2]祝麗花.工程教育專業(yè)認(rèn)證下工程電磁場課程改革[J].學(xué)周刊，2016，（3）：235-236.

[3]李家偉.基于Solidworks工程技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)研究與實(shí)踐-以武昌工學(xué)院為例[J].大學(xué)教育，2015，（12）：147-148.

[4]呂德芳.三維CAD與機(jī)械制圖教學(xué)改革[J].內(nèi)江科技，2015，（12）：152.

[5]王衛(wèi)兵.UG NX5中文版產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例導(dǎo)航視頻教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[6]周占紅.三維CAD技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的合理運(yùn)用[J].科技視界，2016，（4）：231.

[7]喬志宏，王爽，謝冰清，王禎.大學(xué)生就業(yè)能力的結(jié)構(gòu)及其對就業(yè)結(jié)果的影響[J].心理發(fā)展與教育，2011，（3）：274-281.

[8]劉亞娟.國內(nèi)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下大學(xué)生自主學(xué)習(xí)研究綜述[J].教育教學(xué)論壇，2016，（4）：1-3.