工程制图课程教学方法改革与实践

曹锋 李双营 张丽娟

摘要：工程制图课程是大部分工科专业所开设的专业基础课，该课程的传统教学方式费时费力，并且学生的接受效果不佳.本文通过对传统教学方式以及所存在的问题进行分析，并进一步阐述了与MIDAS软件相结合的新的教学方式的优势及意义，对该课程的教学改革以及学生的空间想象力培养有重要的促进作用.

关键词：MIDAS软件;工程制图;传统教学;教学改革

中图分类号：G642  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）01-0159-03

工程制图课程教学中，对学生的空间想象力要求较高，然而学生在课堂讲解的短短几分钟内，又难以完全将空间立体模型在脑海中映射出来.工程制图课程中，立体的投影、截断与贯穿以及立体的相贯部分内容，对学生的空间想象能力要求更高.在这部分内容的讲解中，短短几分钟时间要求学生完全想象出立体模型，一部分学生就会做不到.教学的结果，使得部分学生跟不上课堂节奏，从而脱离有效的课堂教学.如果教学过程中，教师用了大量的时间去引导学生构建空间形体，又会造成教学滞后，空间的想象能力也不会得到提高[1].

MIDAS FEA软件可以快速地建立任何立体几何模型，如果在工程制图课程教学中，在讲解立体的投影以及立体相贯部分内时，结合软件建立的未划分网格的有限元模型，可以给学生非常直观地反映.软件中旋转功能，可以将模型进行360°旋转，以及其中的平视图、正视图和侧视图功能，可以很直接地形成立体模型的三面投影图.

1 课程与软件情况

1.1 课程介绍

工程制图是一门主要研究应用投影原理进行图示和图解空间几何问题的理论与方法的课程.它是工程专业必修的一门主干技术基础课程，旨在培养和发展学生的空间想象力，提高空间分析问题与解决问题的能力[2].

空间三维形体如何用二维平面表达或由二维平面图样如何想象三维空间形体，这是该课程特有的要解决的主要矛盾.其图示理论虽然与立体几何知识有密切关系，但又是用全新的投影概念去观察、分析和解决问题的，初学者往往会感到陌生、抽象和困难[3].

1.2 MIDAS软件

MIDAS软件是一款专门适用于土木工程领域的结构分析与优化设计软件.其中MIDAS CIVIL适用于桥梁结构分析，MIDAS GEN和MIDAS BUILDING适用于结构分析与优化设计，MIDAS FEA适用于土木结构非线性及细部分析，MIDAS GTS适用于岩土结构与隧道分析等.

本课题主要采用MIDAS FEA软件，与画法几何课程教学相结合.MIDAS FEA软件主要使用于土木结构非线性及细部分析，也是目前唯一全部中文化的土木专用非线性及细部分析软件[4].它的几何建模和网格划分技术采用了在土木领域中已经被广泛应用的前后处理软件MIDAS FX+的核心技术，同时融入了MIDAS强大的线性、非线性分析内核，是一款专门适用于土木领域的高端非线性分析和细部分析软件.MIDAS FEA拥有简洁直观的用户界面，即使是初学者也可以在短期内迅速掌握.特别是工程中比较难处理的各种非线性分析问题，程序不仅提供了简单的参数化输入方法，其全中文化的程序界面、全中文化的技术手册、全中文化的培训例题，可以让初学者迅速成长为高级分析人员.另外，MIDAS FEA软件强大的立体建模功能，快速而且简单，对立体模型的反映直观明了.

2 传统工程制图教学

2.1 传统教学方式

传统的工程制图教学，在讲解立体的投影以及立体的相贯部分内容时，对学生空间分析能力的培养，成为教学的最大难题[5].课堂教学中，难以在短时间内启发学生的空间思维，课堂教学的效果也难以达到.传统教学中，往往借助实体模型来直观地给学生反映立体形状，从而形成它的投影图.

传统的工程制图教学中，还有一种经常使用的教学方式，老师在黑板上画出这个空间的立体模型，让学生去分析它的三面投影图.

2.2 传统教学的问题

工程制图教学中，立体的投影以及立体的相贯部分讲解，需要学生较强的空间思维能力.由于部分学校教学资源匮乏，可供用于教学的实体模型又比较欠缺，尤其是相贯模型.实体模型一般比较小，也不一定能完全反映清楚.况且，看到的立体模型，在分析它的三面投影图时，需要旋转，老师在旋转的过程中，角度很不好把握，导致所有学生看到的投影不完全一致.因此，如何找到一个既经济又直观的立体模型，非常有意义.

传统的教学方式中，一种方式是使用现有的立体模型，从而作它的投影图，另一种方式是老师课堂上现场作图，做出空间的立体模型，进而作其投影.

方式一的教学中，立体模型的呈现，使得空间形体直观地反映出来，从而进一步直观地得出其投影.但是，现有的空间实体模型种类较少，可完全满足教学使用的更少.因此，不是轻易就能找到一个符合的立体模型，模型上的尺寸就更难确定了.另外，在立体模型形成三面投影的过程中，需要去手动旋转.然而，旋转的角度又难以把握，造成学生看到的投影又不是完全一致.

方式二的教学中，虽然作图的过程比较清楚，对于简单的模型，可以清楚直观地反映.对于复杂的模型，由于作图全部由直线或曲线构成，因此，完成的图由于线条非常多，导致空间形体的反映不再直观明了.在黑板的平面上由众多线条组成的立体图形，对学生的空间想象力造成极大的考验.另外，一个复杂的空间图形，在黑板上作图，需要耗费大量的时间，多数情况下一个立体模型的完成需要十多分钟.因此，这种教学方式，不但不能提高学生的空间分析能力，还会对课堂教学的效果造成很大影响[6].

3 与MIDAS软件相结合的教学方式

3.1与软件结合的教学特点

在工程制图教学中，对立体的投影以及立体的相贯部分内容讲解，结合MIDAS FEA软件建立立体模型，能够准确直观地反映其幾何形状.

课堂的教学中，在给出两面投影的情况下，做出三面投影的问题，需要学生较高的空间思维能力.或者没有立体模型的情况下，给了三面投影图，但是不完全，要求补全投影或者做出相贯线的问题.在学生难以想象其复杂模型的空间几何形状时，可以将软件建立的有限元模型直接展示给学生们，从而引导学生进一步思维、分析，如图1所示.

在没有立体模型的情况下，给出不完整的三面投影，要求补全其投影，或者作出相贯线.学生在足够时间内难以想象出其空间几何模型的情况下，借助MIDAS FEA软件建立其空间几何模型，直观地展示出来，如图2所示.

立体模型展示后，还可以通过软件的旋转功能，将模型进行旋转，从而观察其各投影方向的几何形状，如图3所示.

通过旋转立体几何模型，可以观察各投影方向的几何形状，从而根据投影原理做出其各面投影图.投影图绘制完成以后，如何能够确定所作图形是否正确，也是很值得思考的问题.费了大量的时间作图，做出的图形不正确，那么也是徒劳.再次借助MIDAS FEA软件，所建立的空间立体模型，可以利用其主视图、俯视图及左视图功能，校核其所作图形是否正确，如图4所示.

3.2 与软件结合的教学意义

在工程制图教学中，讲解立体投影及立体相贯部分内容，借助MIADS FEA软件进行图示.这种软件建立立体模型快而且简单，可以建立任何教学中所需要的立体模型.空间立体投影问题的求解，需要很强的空间想象力，在课堂教学中，短时间内学生又难以想象其完整的空间形状.因此，借助MIDAS FEA软件建立其空间几何模型，直观地展示给学生，将会对学生的空间分析过程中的阻碍不解自开.

运用软件可以建立教学中需要的立体模型，并且利用其旋转功能可以360°方位给学生展示各个方向的几何形状.通过立体的模型以及配合旋转展示，可以引导学生空间想象力的开发，逐步提高其空间分析问题的能力.

通过软件所建立的立体模型，配合软件的旋转功能，可以全方位地给学生展示其几何形状.从而充分发挥学生的空间想象力，逐步完成各面投影图.最后，还可以借助软件自带的主视图、左视图及俯视图的功能，来检验已完成的投影图是否正确.

MIDAS FEA软件在工程制图课堂教学中的应用，简单易行且具有较强的可操作性.这样的教学方式，不仅使得课堂教学有效，而且能够切实提高学生的空间思维能力及空间分析能力.

4 结语

（1）工程制图课程教学需要学生具备较强的空间想象能力及分析能力.传统的教学方式，由于教学资源欠缺、实体模型展示过程中难以精准把握以及板书及多媒体教学均无法做到全方位展示，因此該课程的教学效果极为不佳，对学生及教师的心理造成了严重的影响.

（2）与MIDAS软件相结合的教学方式，很大程度上克服了实体模型不足、展示过程难以全面把握以及现场绘图费时费力等弊端.教师易于展示、学生易于接受，对课程的学习起到良性的促进作用.

（3）随着教育教学改革的大力发展，部分课程的传统教学方式已不能满足学生需求及社会发展的需要，寻求新的、有效的教学方式，使教师易于教、学生易于学，是教学改革的必由之路.

参考文献：

〔1〕冷继梅.工程制图教学中如何培养学生空间想象能力[J].西南农业大学学报（社会科学版），2005（03）：180-181.

〔2〕韩丽艳，丁乔，张孟玫.面向工程制图教学内容的教学方法研究与实践[J].教学研究，2012，35（02）：76-78+82.

〔3〕薛爱文.多媒体技术在工程制图教学中的应用[J].机械工程与自动化，2004（04）：49-50+52.

〔4〕马小秋.计算机软件在画法几何课程中的应用[J].四川水泥，2015（01）：328.

〔5〕李雨桐，闫成新.《工程制图》教学实践中综合培养学生工程表达能力的探讨[J].装备制造技术，2012（10）：213-215+234.

〔6〕周艳华，史佩，高华军.工程制图课程教学方式方法浅谈[J].教学研究，2015，38（04）：83-86.