王淑俠

(西北工業(yè)大學(xué)國家級機(jī)械基礎(chǔ)實驗教學(xué)示范中心，陜西 西安 710072)

制圖系列課程實踐教學(xué)存在的問題及改進(jìn)措施探討

王淑俠

(西北工業(yè)大學(xué)國家級機(jī)械基礎(chǔ)實驗教學(xué)示范中心，陜西 西安 710072)

實踐教學(xué)逐漸成為國內(nèi)大學(xué)課堂教學(xué)方法改革的熱點，而如何深入地將各課程體系或課程群有機(jī)結(jié)合進(jìn)行多維立體式實踐教學(xué)并未得到深入關(guān)注。分析制圖系列課程實踐教學(xué)中存在的問題，提出以創(chuàng)新實驗平臺作為支撐，通過構(gòu)建計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)融入課程教學(xué)、以賽促學(xué)、加強選修課、強化認(rèn)證考試等多維立體式先進(jìn)制圖人才培養(yǎng)模式。教學(xué)實踐證明多維立體式實踐教學(xué)改革可以激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

制圖系列課程；實踐教學(xué)；教學(xué)改革；本科教學(xué)

制圖系列課程(工程制圖基礎(chǔ)、機(jī)械制圖和制圖測繪)是培養(yǎng)工程技術(shù)人才的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生閱讀與繪制機(jī)械圖樣的能力、圖解簡單空間幾何問題的能力以及對三維形狀與相關(guān)位置的空間邏輯思維和形象思維能力。傳統(tǒng)的二維繪圖貫穿制圖系列課程全過程的教學(xué)實踐方法對學(xué)生尺規(guī)作圖技巧有較大提高。但通過長期教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)[1]：傳統(tǒng)的制圖系列課程教學(xué)中，教師用圓規(guī)和三角板在黑板上繪圖或采用多媒體進(jìn)行教學(xué)，再輔之以掛圖、實物模型來

體現(xiàn)空間立體，從而幫助學(xué)生理解。但整個教學(xué)過程缺乏互動，學(xué)生在學(xué)習(xí)中感覺枯燥乏味，難以建立空間概念，更達(dá)不到讓學(xué)生從學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，再到創(chuàng)新的要求。

1 機(jī)械類高等教育與社會需求的現(xiàn)狀分析

2001年，我國啟動了制造業(yè)信息化工程，逐步實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計制造已進(jìn)入“甩掉圖板”的計算機(jī)輔助設(shè)計(computer aided design, CAD)時代。但我國工程院校在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計中采用尺規(guī)繪圖的還比比皆是，分析其源頭在于學(xué)生入校后接觸的第一門技術(shù)基礎(chǔ)課——工程制圖大多強調(diào)尺規(guī)繪圖方式，因此導(dǎo)致后續(xù)課程仍然沿用該方式。部分高校雖然制圖系列課程中沒有講授CAD技術(shù)或僅是簡單介紹，但在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計中學(xué)生已采用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，由于學(xué)生多為短時間的課外自學(xué)，導(dǎo)致所學(xué)知識并不系統(tǒng)，從而使三維建模操作步驟繁多，后期零件圖、裝配圖與我國的國家制圖標(biāo)準(zhǔn)大相徑庭，有時甚至使后續(xù)專業(yè)課老師對制圖系列課程所授知識進(jìn)行質(zhì)疑。

隨著先進(jìn)數(shù)控設(shè)備及大量CAD/CAM/CAE一體化軟件的不斷涌現(xiàn)，使設(shè)計、分析、加工、檢測等功能集于一身成為現(xiàn)代機(jī)械工程的新特點。三維模型是各個模塊間的重要信息載體，其不僅能表達(dá)產(chǎn)品的幾何構(gòu)型，還能對產(chǎn)品性能進(jìn)行分析與優(yōu)化，并可對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行模擬和驗證以及管理工程數(shù)據(jù)[2]。三維設(shè)計符合人的思維過程，設(shè)計師在設(shè)計時，總是先構(gòu)思出產(chǎn)品的形狀，然后再將其表達(dá)出來。由于在腦海中構(gòu)思出的產(chǎn)品形狀是三維的，因此，構(gòu)建三維立體模型符合設(shè)計師的創(chuàng)新意識流，有利于設(shè)計的深入，有利于獲得復(fù)雜的幾何造型，如截交、相貫等。而且，三維立體模型具有直觀、易于理解等特點，便于與他人進(jìn)行技術(shù)交流，甚至可以與非專業(yè)人員進(jìn)行交流。同時，可以在計算機(jī)上對零件進(jìn)行力學(xué)分析、虛擬加工、虛擬裝配情況，從而降低制造價格昂貴的產(chǎn)品樣機(jī)的數(shù)量?？傊?，三維設(shè)計是CAD技術(shù)應(yīng)用的必然趨勢[2-3]。

三維CAD時代正快速走來，使設(shè)計與繪圖的思想、內(nèi)容與方法都發(fā)生了變化，因此，讓學(xué)生了解和掌握三維 CAD技術(shù)的應(yīng)用是一項迫切的教學(xué)課題和任務(wù)。圖學(xué)教育工作者正積極創(chuàng)造條件，力爭將三維CAD技術(shù)的實踐教學(xué)落到實處，并在全三維的模式下重構(gòu)制圖系列課程體系及教學(xué)內(nèi)容[3]，從而實現(xiàn)“設(shè)計從三維開始”的教學(xué)目標(biāo)[4-5]。

2 當(dāng)前制圖系列課程中人才實踐能力培養(yǎng)存在的問題

社會對機(jī)械類高等教育人才的期望值不斷提高，但我國高校仍以尺規(guī)作圖及二維計算機(jī)繪圖為主進(jìn)行教學(xué)，其圖紙的不直觀以及不宜修改，導(dǎo)致其已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會需求。美國以及日本等高校非常重視徒手草圖和三維建模的教學(xué)內(nèi)容[6]。國內(nèi)部分高校嘗試性加入三維CAD內(nèi)容[6-7]，但由于沒有后期的支持和應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生盡管課上積極性高，但課程結(jié)束后，由于沒有相關(guān)項目支持而導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣減弱。因此，在機(jī)械類高等教育中進(jìn)行三維CAD技術(shù)的多維立體式實踐教學(xué)迫在眉睫。雖然已有部分高校將三維CAD技術(shù)引入課堂，但很多是小范圍試點。通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，僅僅在制圖系列課程中講授三維 CAD，學(xué)生一般無法將其應(yīng)用于后期專業(yè)課程，又因教學(xué)實踐環(huán)節(jié)太少，導(dǎo)致學(xué)生并不能很好地使用三維CAD技術(shù)。目前制圖系列課程教學(xué)中存在的主要問題表現(xiàn)為：

(1) 忽視創(chuàng)新能力培養(yǎng)。傳統(tǒng)制圖系列課程在對圖紙的質(zhì)量評判中，對圖線、面質(zhì)量的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對圖形表達(dá)能力和水平的重視。但隨著制圖新技術(shù)的不斷普及和制圖標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，繪圖技能的訓(xùn)練和能力培養(yǎng)應(yīng)具有新的含義。如淡化圖板繪圖能力訓(xùn)練，強化草圖、軸測圖等構(gòu)形、讀圖能力培養(yǎng)。這種重視圖面質(zhì)量的傳統(tǒng)教學(xué)方式很容易使剛剛步入大學(xué)校門的學(xué)生由于圖面質(zhì)量不佳而導(dǎo)致的得分不理想而失去對所學(xué)專業(yè)的信心。

(2) 忽視上機(jī)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。制圖系列課程的實踐環(huán)節(jié)包括課程的動手能力、尺規(guī)繪圖能力，計算機(jī)繪圖能力等。但近年來由于課時的不斷壓縮，很多高?？紤]理論課教學(xué)很重要，不能壓且不好壓，從而導(dǎo)致實踐教學(xué)環(huán)節(jié)受到極大的削弱。同時受教學(xué)條件等限制，安排計算機(jī)繪圖學(xué)時較少，且多以二維 CAD技術(shù)為主；個別院校本科教學(xué)的三維繪圖軟件有問題，在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些瑕疵及異常問題，從而使學(xué)生誤認(rèn)為三維 CAD軟件功能并不強大，從而失去

學(xué)習(xí)興趣。

(3) 忽視第二課堂的引導(dǎo)作用。盡管在制圖系列課程中的某門課程中加入三維CAD技術(shù)，甚至整個制圖系列課程中均加入三維CAD，但如果后續(xù)教學(xué)、實踐環(huán)節(jié)中學(xué)生不再進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的練習(xí)及強化，學(xué)生會逐漸淡忘三維CAD技術(shù)中的一些使用方法與技巧，從而削弱學(xué)生的三維設(shè)計能力。因此，加強制圖系列課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，保證知識鏈的完整性和連續(xù)性，需結(jié)合課外課堂，如學(xué)生學(xué)術(shù)性社團(tuán)等，全面提升機(jī)械專業(yè)大學(xué)生工程制圖能力[8]。

總之，隨著CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為學(xué)生創(chuàng)新思維提供展現(xiàn)的平臺，要求學(xué)生在掌握傳統(tǒng)的繪圖方法的同時，也要掌握三維CAD技能，不僅提高學(xué)生興趣，而且提升教學(xué)質(zhì)量。除了在制圖系列課程中增加三維CAD技術(shù)外，還要為學(xué)生提供更廣闊的學(xué)習(xí)交流平臺，從而達(dá)到伴隨著制圖系列課程教學(xué)，學(xué)生能在課上、課下進(jìn)行實時交流；而在制圖系列課程結(jié)束以后，仍能學(xué)有所用，學(xué)以致用。

3 構(gòu)建多維立體式實驗教學(xué)模式

以擁有三維CAD技術(shù)的先進(jìn)設(shè)計人才培養(yǎng)為宗旨，著眼課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計及社會需求，充分利用高校本科實驗室現(xiàn)有資源，根據(jù)機(jī)械類專業(yè)對人才質(zhì)量的需求，統(tǒng)籌考慮知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等。構(gòu)建融入制圖系列等基礎(chǔ)教學(xué)課程、創(chuàng)新實驗平臺支持、以賽促學(xué)、選修課加強、認(rèn)證考試強化等的多維立體式先進(jìn)制圖人才培養(yǎng)模式(圖1)。

圖1 多維立體式先進(jìn)制圖人才培養(yǎng)模式框架

(1) 課程通道：融入基礎(chǔ)教學(xué)。借鑒歐美等國高等院校將先進(jìn)制圖技術(shù)融入本科教學(xué)的方法，在本科教學(xué)中將三維CAD逐級循序漸進(jìn)引入制圖系列課程。制圖系列課程的教學(xué)大綱均分為“理論教學(xué)大綱”和“實踐教學(xué)大綱”，其中工程制圖基礎(chǔ)、機(jī)械制圖及機(jī)器測繪的課堂教學(xué)與實踐教學(xué)的比例分別為4∶1，1∶2和1∶4。課程實驗的教學(xué)目的隨著課程的不同逐漸提高，分別以綜合運用課堂知識、學(xué)習(xí)設(shè)計思路等為主，著力培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能和創(chuàng)新能力。依托制圖系列課程的教材及習(xí)題集，構(gòu)建虛擬三維零、部件的虛擬模型庫，使學(xué)生能更直觀地體驗二維與三維的轉(zhuǎn)化。完善實驗指導(dǎo)書和便攜實驗教程，設(shè)置具有階梯推進(jìn)式的實驗內(nèi)容，以提高學(xué)生的設(shè)計能力。

(2) 以賽促學(xué)通道：提高師生積極性。明確適合大學(xué)生參與的全國先進(jìn)制圖技術(shù)的技能大賽，并對之進(jìn)行權(quán)衡比較，最終確定 1~2項賽事作為常規(guī)賽事。例如學(xué)校將“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽作為學(xué)校的常規(guī)賽事，每年制圖系列課程組在全校牽頭選撥CAD方面的人才，并對其進(jìn)行強化培訓(xùn)，使學(xué)生能有組織地參加全國比賽，從而達(dá)到以賽促學(xué)，以賽促教的目的。

(3) 創(chuàng)新實驗通道：教師重點輔導(dǎo)，協(xié)會宣傳普及。利用國際級機(jī)械基礎(chǔ)實驗教學(xué)示范中心提供各種學(xué)生社團(tuán)創(chuàng)新設(shè)計的平臺，如三維設(shè)計協(xié)會、機(jī)器人基地、節(jié)能車基地等。并聘請制圖系列課程主講教師作為相關(guān)學(xué)生社團(tuán)的指導(dǎo)教師，從而使學(xué)生在課堂外仍能與教師保持密切聯(lián)系。由社團(tuán)骨干學(xué)生作為“學(xué)生指導(dǎo)教師”開展三維

CAD的開放性課堂，該課堂每學(xué)期進(jìn)行8次全校公開課進(jìn)行CAD操作技能的培訓(xùn)。充分調(diào)動協(xié)會成員的積極性，讓其在活動中感受到三維CAD的樂趣，并發(fā)揮協(xié)會成員的特點，在協(xié)會乃至全校范圍內(nèi)進(jìn)行CAD的宣傳普及工作，并在內(nèi)部成立由CAD高手組成的智囊團(tuán)，負(fù)責(zé)創(chuàng)新項目和學(xué)生輔導(dǎo)等工作，在學(xué)生協(xié)會的配合下，掀起“學(xué)三維，用三維”的熱潮。

(4) 選修課通道：開設(shè)公共選修課、專業(yè)選修課。由熟練掌握三維CAD技術(shù)的老師，開設(shè)全校三維計算機(jī)設(shè)計的公共選修課及專業(yè)選修課，并結(jié)合機(jī)械專業(yè)特點，出版相關(guān)教材，從而達(dá)到“以教促學(xué)、以學(xué)促教”的良性循環(huán)的目的。

(5) 認(rèn)證考試通道：學(xué)生可選擇相關(guān)認(rèn)證考試證明自己的能力。與國家信息化工程師崗位技能認(rèn)證中心以及國際 Solidworks認(rèn)證助理工程師CSWA取得聯(lián)系，在學(xué)校國家級機(jī)械基礎(chǔ)實驗教學(xué)示范中心掛牌并設(shè)置考點。為滿足需要，對制圖系列課程教師進(jìn)行技能培訓(xùn)，保證對學(xué)生講授知識的高效性。對學(xué)生進(jìn)行有效的報名及考試的管理模式，學(xué)生可根據(jù)自身能力自由選擇認(rèn)證考試種類，對自己的能力進(jìn)行證明。

4 結(jié) 束 語

自2009年我校開始推進(jìn)多維立體式制圖系列課程改革，采用多媒體與三維CAD相結(jié)合的制圖系列課程的教學(xué)改革，強化其上機(jī)實驗環(huán)節(jié)。除融入基礎(chǔ)教學(xué)平臺外，還以各種輔助通道包括創(chuàng)新實驗、以賽促學(xué)、選修課和認(rèn)證考試等。隨著課程改革，使最初的低年級學(xué)生基本無人報名參與各類創(chuàng)新性比賽的狀況消失，到現(xiàn)在的低年級學(xué)生報名參加各類學(xué)術(shù)性學(xué)生基地及各類比賽的積極性越來越高，而且由于其動手創(chuàng)新實踐能力強，能迅速成為其骨干力量?？傊?，多維立體式制圖系列課程改革對我校本科生綜合素質(zhì)提高起到了一定的推動作用，受到了我校師生的高度肯定。

[1] 王淑俠, 王關(guān)峰, 劉援越, 等. 基于先進(jìn)制圖技術(shù)的多通道制圖人才培養(yǎng)模式研究[J]. 現(xiàn)代制造工程, 2013, 388(1): 134-138.

[2] 葉 琳. 機(jī)械制圖虛擬現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)模型室的建立[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報, 2002, 23(3): 202-206.

[3] 陳伯雄. 三維設(shè)計是CAD技術(shù)應(yīng)用的必然趨勢[J]. 計算機(jī)輔助設(shè)計與制造, 2000, 8(2): 56-59.

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[7] 胡江萍. 面向三維 CAD 的機(jī)械制圖教學(xué)改革[J]. 機(jī)械管理開發(fā), 2011, (1): 176-177.

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The Improvement of Practice Teaching in Draw ing Series Courses

Wang Shuxia

(National Mechanical Basis Experimental Teaching Demonstration Center, Northwestern Polytechnical University, Xi’an Shaanxi 710072, China)

Practice teaching is gradually becom ing a reformation hot spot of teaching method in national university. But how to integrate the curriculum system and course groups w ith multi-dimensional practice teaching has not been deeply concerned. The existing problems are analyzed in the practice teaching of the draw ing series courses. An innovative experiment platform for practice teaching reform is suggested. A multi-dimensional practice teaching is proposed by adding advanced computer-aided design technology into the curriculum teaching, participating in relative competition and certification test, opening elective courses, and so on. The teaching practice proves that the multi-dimensional practice teaching reform can stimulate students’ interest and improve the comprehensive quality.

draw ing series courses; practice teaching; teaching reform; teaching of undergraduate course

TH 126

A

2095-302X(2016)04-0573-04

2015-11-26；定稿日期：2016-02-21

西北工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目和西北工業(yè)大學(xué)教學(xué)與考核模式改革項目

王淑俠(1978–)，女，天津人，副教授，博士。主要研究方向為圖學(xué)教育及計算機(jī)圖形學(xué)。E-mail：2008wangshuxia@163.com