现代图学教育亟待解决的两个倾向性问题

季阳萍

（太原科技大学 化学与生物工程学院，山西 太原 030021）

0 引言

图学是用图形传播文化知识、科技文明的载体，是促进人类社会由低向高不断发展的重要途径。我们至今看到的最古老的人文始祖伏羲和女娲的画像中就有了 “规”“矩”“垂”3种重要的测绘工具，人们常用“左图右书”来描述和传播科技文化，联合国将不会读图、不会使用计算机的人列入信息时代的“新文盲”［1］。这些都充分说明图形绘制在人类文明的发展中有着很重要的地位。这里，笔者根据多年教学实践和与同行的交流所得，论述了目前工程制图课程教学中存在的问题及其应对策略。

1 图学教学中“传统”与“现代”的两极化及其影响

1．1 图学教学中“传统”与“现代”两极化的存在

在调研中了解到，目前工程图学的教学领域里出现了两种极端的倾向：一方面是过于留恋“传统”的技艺，对“现代”的东西接受缓慢，不能跟上发展的步伐；另一方面是单纯追求“现代”的东西，对“传统”的绘图、读图技巧丢失严重，直接影响到对制图的理解和应用。这种两极化主要表现在以下几方面。

（1）以教师为中心授课。当前教师授课虽然采用了模型、多媒体的课件，一定程度上提高了课堂教学效率，但课堂教学仍以传授知识为主，忽略学生能力培养和素质提升。

（2）课程体系、教学内容没有与时俱进，与人才需求脱节。很多学校由于时时有限，工程制图课程教学内容仍局限在传统内容范围，即使加入了计算机绘图，内容也只局限于AUTOCAD的操作应用。

（3）实践课程课时不足，缺乏必要的实践性训练，动手能力和工程素质的培养上缺乏有效的途径。

（4）对学生学习效果缺乏科学、合理的评价方式，很多学校仍然以传统的考试方式为主。

1．2 两极化对图学教学的影响

由于对图学教育中传统与现代教学的认识差异，严重影响了学生对后续课程的学习，学生在课程设计、毕业设计中常常出现以下情况：在方案设计阶段，不会绘制方案草图，徒手绘图能力较差；在结构设计阶段，不会选择装配体的表达方案（如主视图的选择等）；在绘制装配图阶段，不能完全按照国家标准规定正确表达标准件、常用件；在拆画零件图阶段，不能正确表达零件的加工信息，甚至出现零件的结构与装配体不一致。许多机械类专业毕业的大学生画不出正确用于生产的工程图纸。

2 “传统”与“现代”教学的融合策略

2．1 以国际先进的教学理念引导融合

美国密西根大学突出培养工科学生的3种能力：（1）把想法变为图形的能力；（2）把图形变为模型的能力；（3）把模型变为产品的能力。这3种能力都以形象思维为基础。其中第一种能力通过传统的工程图学教学内容即可解决；第二种能力虽然通过传统的工程图学教学也能解决，但是效果欠佳，最有效的方法是借助于计算机三维建模技术，帮助学生直接将图形变为模型；第三种能力则是要以前两种能力为基础，结合专业知识的学习和训练而获得［2］。

学生的这3种能力是系统的、不可偏废的，教师只有用先进的教学理念调整、融合传统与现代教学手段，才能培养出优秀的、素质全面的工科学生。

2．2 以全国图学大赛的内容导向融合

自2008年以来，每年由教育部组织，由教育部高等学校工程图学教学指导委员会和中国图学学会制图技术专业委员会联合举办了 “全国大学生先进图形技能与创新大赛”。其宗旨：其一，考察学生的工程图形表达能力，考察学生的绘制和阅读工程图样的能力；其二，考察学生的空间思维能力及其创新能力；其三，考察学生的空间思维以及分析和解决空间问题的能力；其四，考察学生的工程意识及其工程思想方法；其五，考察学生的认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风。

这一比赛的特点：一是规范，采取了政府支持、专家主导、学生主体、社会参与的组织运行模式；二是规模大，参赛人数多，具有权威性和影响力；三是涉及的专业知识面广，大赛分为机械类、建筑类、水利类和道桥类。以机械类为例，其中包括机械制图（手工）、金属工艺学、机械原理、机械零件、材料力学、三维建模（计算机绘图）等多门课程；四是综合应用性强，竞赛题目中大都是工程实践知识，必须依靠多学科知识才能完成［2］。

大赛每年举办一届，至今已经举办了七届。竞赛中规定了组队规模、竞赛时间、竞赛规则及评审要求等，将传统的手工制图基础和现代图学建模结合在一起。图学大赛，无形之中引导了教师教学理念的改变和教学内容、教学评价标准的调整，同时图学教学中“传统”与“现代”两极化现象也得到了调整。

2．3 以改变系统的教学内容促进融合

对于各类图学教育，不要再人为地将“传统”与“现代”分开，应适当调整教学的内容和时间，制图教师素质应全面，“两轮”齐全，“两翼”齐备。

图学教学改革分两步走：一是将投影原理、制图基础和计算机绘图3个模块放在低年级开课；二是将专业图放到高年级进行，参数化CAD在毕业设计中进行。这样既有利于学以致用，也解决了低年级学生在不了解专业的情况下，难于掌握专业图的困难。

以机械类课程为例，将《机械制图》《机械零件》《机械原理》融为一体，成为一门课。首先从《机械设计》原理入手，讲投影原理、制图基础和计算机绘图；其次将专业制图与《机械原理》及设计融合在一起；最后用CAD软件绘制零件图、装配图。

投影理论是教材的主线，充分融合机械制图和几何画法的内在联系；增加徒手绘草图训练，为进行现代工程技术设计尤其是创意设计打下基础；结合平面图形、基础立体和组合体、零件图、装配图等，将构型设计的训练贯穿到全教学过程中，有效地培养形体想象、空间思维、创新和创造能力，诱发和调动学生潜在知识和非智力因素；选用AUTOCAD软件，并将计算机绘图贯穿到全过程中。恰当融合传统和现代的教育手段。

2．4 以图学理论标准技能的教学深化融合

图学教学应该从图学理论、图学标准和作图的技能与技巧3个方面逐渐进行深度融合［3］。

（1）图学理论融合。理论来自于实践，反过来又指导和推动着实践活动。近几十年来，我国的图学理论一直在随着社会生产实践的快速发展而发展着，但理论往往会落后于实践，常反映在教材上，解决了教材的问题，就基本上能够解决图学理论与实践相脱节、传统与现代两极化的问题。当前制图教材的改革大致趋势是：由大部头、系统型教材向简明、实用型教材发展；由教材与习题分开向教材与习题结合方面发展；在教材内容上加强了轴测投影在教学中的应用，降低了读、绘零件图、装配图以及草图训练的难度。

（2）图学标准融合。讲究标准的目的是确保材料、产品、过程和服务能够符合需要。制定标准是一件严肃、精确、权威的事情，在整个学与用的过程中必须严肃对待。在制图基本知识体系中，投影理论是成熟的内容，相对稳定，机械常识要求不高，所以制图知识的更新是制图标准及其相关标准的修订。新标准要反映新的知识结构。

（3）作图技能与技巧融合。技能是能力，技巧是动作。动手能力培养、工程素质培养是工程制图课程的职责。学生在课堂上、书本里所学到的理论知识，只有经过自己的亲身实践、亲力所为的动手操作，才能将所学知识转化为实践行为和能力。加强训练是培养学生动手能力、工程素质的有力举措［4］。

2．5 以调整加强模拟训练融合

在先进工业国家中，工程图学教育各有特色，这些特色在某种程度上对我国的工程制图教学具有借鉴价值如，借鉴国外图学课程设置，对工程制图课程的教学环节做必要的调整，减少理论课堂课时，利用虚拟现实技术［4］，降低实践成本，加强实践环节，引入同步建模［5］模拟训练。实践环节的课时应多于理论课堂课时，少讲多练，让学生“做中学”，以期有效培养学生的动手能力及工程素质。

（1）验证性模拟训练。验证性模拟训练可以降低课程的教学难点，例如，立体表面交线模拟训练，观察截交线和相贯线的空间投影，使学生由浅入深地掌握三维造型软件进行立体造型的基本方法，树立模型设计理念。

（2）生成性模拟训练。使用三维造型软件模拟生成复杂立体的三维实体模型，综合运用所学知识模拟生成复杂立体的多种表达方案，对这些表达方案进行分析比较，选出优秀的表达方案。以虚拟现实加强模拟训练［4］，既培养了学生综合运用所学知识的能力，也提高了学生的科学研究的素养。

（3）产品性模拟训练。让学生根据机械设计手册完成常用标准件的模块建库，例如参数化弹簧、齿轮、螺栓等建模。进行各种类型的常用零件建模，将零部件进行虚拟装配、拆卸，进行零件图、装配图的生成编辑等操作。通过同步建模［5］，加强模拟训练，使学生对机械设计过程有一个初步了解，培养综合运用所学知识的能力、工程素质以及工程实践能力。

（4）3D数字化设计制造性模拟训练。现代工程设计正在从图样设计向产品模型设计过渡，以产品的几何模型为核心实现CAD／CAE／CAM 一体化，三维图样直接指导生产加工正在逐步成为现实，3D打印技术基本成熟［6］。有必要重新构建图学教育的新体系，从三维设计入手进行工程制图教学。

3 结语

针对图学教育出现的两种极端倾向，应调整融合教育理念，使其并行不悖。针对不同的教学对象，实施相应匹配的教材，夯实基础，让制图传统教学与现代计算机制图发展协调并进，在教学安排上两者并重；改变师资导向偏离倾向，在克服两个极端的同时，解决以设计为主线安排教学内容；以应用为目的选用教学方法，形成规范的教学模式，使传统技术制图和现代计算机绘图两者之间交融推进。

［1］ 何援军，童秉枢，丁宇明、蔡鸿明，张强．图与图学［J］．图学学报，2013（4）:1-9．

［2］中国图学会．图学学科发展报告［R］．北京:中国科学技术出版社，2014:4．

［3］童秉枢．对工程图学学科和图学学科的若干认识［J］．工程图学学报，2010（6）:1-5．

［4］ 合作编辑者．百度百科:虚拟现实［EB／OL］．［2013-06-08］．http: ／／baike．baidu．com ／view ／7299．htm．

［5］ 合作编辑者．百度百科:同步建模［EB／OL］．［2013-06-08］．http: ／／baike．baidu．com ／view ／2170476．htm．

［6］ 合作编辑者．百度百科:3D 打印技术 ［EB／OL］．［2013-10-31］．http: ／／baike．baidu．com ／view ／5403239．htm．