浅议工程制图教学改革

朱文博 李海渊 纪海慧

[摘 要]课题组对工程制图课程进行教学改革：充分利用多媒体技术、三维建模软件和虚拟现实技术进行制图教学，进行翻转课堂、线上线下混合式教学，进行基于项目驱动的教学，同时结合制图技能竞赛引领制图教学。这些改革必将有利于提升学生阅读和绘制工程图的能力。

[关键词]工程制图;教学改革;计算机技术;互联网技术;项目驱动;制图竞赛

[中图分类号] G642[文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2020）10-0068-03

工程制图是工科类学生必修的技术基础课程，是一种“工程语言”，是一门实用性非常强的课程。学生对该课程的掌握程度不仅对后续专业课程的学习有着直接影响，而且直接影响学生今后从事相关行业，尤其是机械设计的工作水平，因此学好工程制图非常重要。

工程制图的教学目的是培养学生阅读和绘制零件图和装配图的能力，教会学生掌握技术行业最基础的“工程语言”;培养学生的空间思维能力和空间构图能力;使学生懂得如何使用国家标准的图纸呈现设计结果。工程制图教学要注重课程的实用性，运用新技术和新手段，教师要与时俱进进行教学改革。

一、充分利用计算机技术进行制图教学

（一）多媒体技术应用于制图教学

我国直到20世纪末高校还在沿用黑板、粉笔加教鞭的传统教学模式[1]。工程制图的课堂上，教师一般都是边讲解边在黑板上用尺规和粉笔画图，并且借助于相应的模型、挂图等教具来传递教学内容。

2000年之后，随着计算机技术的发展和教育经费的投入，很多高校建立了多媒体教室，多媒体教学手段得到了广泛应用。2004年8月教育部制定的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》中，多媒体授课课时占必修课课时的比例是衡量“教学方法与手段改革”效果的一项指标[2]。工程制图课程运用多媒体技术进行教学，通过计算机屏幕将工程制图立体直观地展现在学生面前，规避了模型数量和大小的限制，更加形象具体地刻画形体内外结构。与此同时，利用多媒体进行教学，节省了在黑板上书写文字，特别是画图所消耗的大量时间，加大了课堂教学传递的信息量，学生可以学到更多的知识。运用多媒体教学手段，将图像、声音和文字等多种信息综合于一体，进行编排处理，改变了传统教学“粉笔+黑板”相对单一的局面，由原来的静止、平面的画面效果进步到动态、立体的影像效果，使抽象的视图变得直观，课堂教学效率获得很大的提高。多媒体的形象教学有助于培养学生的空间想象力、看图能力和绘图能力，突破教学中的重点和难点，激发了学生对工程制图课程的学习兴趣，有利于发挥教师和学生各自的作用。

（二）三维建模软件应用于制图教学

进入21世纪以来，基于特征的三维实体建模软件如UG、Pro/E、Solidworks等孕育而生，它是面向现代设计要求产生、发展的新型智能设计方法的重要工具。工程制图课程中出现的所有零部件实例都可以构建模型，将零部件各个细节用三维建模软件直观地展现在学生面前，使用图物对照，以物代言，简化教师对零件结构的讲解，使学生能从整体到局部地认识零件的空间结构，由表及里地了解各组成部分之间的联系，有助于学生空间概念的逐步形成，提高学生的学习兴趣，提高课堂教学效率。建立实物模型进行教学，对于一些学生比较难理解的内容，能起到事半功倍的效果，如相贯线的求解和三视图的绘制等，形象生动，学生更易于理解接受。

与此同时，现代设计首先运用三维建模软件进行产品的实体造型，然后直接在三维建模软件中根据三维模型转换并绘制二维工程图。因此，工程制图课程理应培养学生使用三维建模软件进行三维实体建模，以及三维向二维转换、绘制出符合国标的工程图的能力，这是现代图学发展的必然趋势，也是数字化机械产品设计和制造对工程制图教学提出的要求。

（三）虚拟现实技术应用于制图教学

虚拟现实技术也称灵境技术或人工环境，是一种以沉浸性、交互性和想象性为基本特征的，可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统[3]。

由于学生缺乏空间想象力，在校接触零部件的机会不多，无专业工作经验，当他们在书本或课件中见到一些机构和零件的二维视图时，无法勾勒出物体的正确轮廓，感到学习枯燥没吸引力。因此，在工程制图教学中，首先要解决的是学生的感性认知问题。对此，可以在工程制图教学中引入虚拟现实技术[4]。利用虚拟现实技术对一些典型机构进行模型的创建，并采用虚拟仿真和动态演示的方式，学生戴上特殊的眼镜、头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，清楚认识机械零件的结构、机构运动规律及其工作原理，更容易理解机械零件的二维设计图，显著提高学生的接受水平，激发学生学习的热情和主动性，为后续课程的学习打下基础。

二、充分利用互联网技术进行制图教学

（一）基于翻转课堂的教学改革

翻转课堂要求教师将课程相关教学视频或多媒体课件等文献资料放置在网络上，在上课之前，学生要自觉主动观看并学习教师提供的教学资料，整理反饋学习中遇到的问题。在课堂中，教师依据学生课前反馈的问题做出归纳总结，通过各种教学形式，例如小组讨论、作业、个性化辅导等，完成知识的进一步消化吸收。

在工程制图的教学中，翻转课堂以学生为中心来组织教学活动，激发学生的参与意识与学习兴趣的方式和工程制图课程实践性强的特点不谋而合，因此将翻转课堂应用于工程制图教学中是一项重要的教学改革举措[5]。信息技术和互联网技术的发展为教师制作教学视频、多媒体课件等提供技术支持，同时为学生课前学习教学资料提供有利条件，学生课前学习是实现翻转课堂的前提条件，课堂中学生的积极讨论和教师的引导是实现翻转课堂的核心环节。针对制图课的具体内容，教师合理安排章节实施翻转课堂必定会提高学生实际阅读和绘制工程图的能力。对于制图教学中的习题课和讨论课更应采用翻转课堂进行教学，充分发挥学生学习的积极性、主动性，使教学事半功倍。

（二）线上线下混合式教学改革

网络时代下学生接受新事物新知识的固化思维已发展到多元化、丰富化的认知水平，传统课程教学方式难以满足学生日益增长的对物质文化追求的需要，在线课程可以解决传统课堂教学方式导致学生对课程学习的主动探索求知欲和创新主观能动性不强的问题。同时，在线课程可以解决传统课堂课时受限，学生难以“身临其境”，阻碍学生建立课程整体知识体系的教学难点问题。首先，工程制图是从三维空间向二维工程图转变的过程，需要学生具有一定的空间逻辑思维能力，利用在线课程，将大量的二维工程图和所对应的三维模型关联起来，展示给学生，利于学生空间想象力的培养。其次，工程制图有很强的工程实践性，零部件的加工制造场景的构建与传统的课堂教学方式之间的矛盾特别明显，很多在课堂上无法展示的教学内容，例如各种加工方法和加工典型零件的实例，都可以充分利用在线课堂平台深入展开。

为此，可以构建线上和线下混合式制图教学，以线下（课堂）教学为主，线上教学为辅。课堂上仍要讲授制图规范、绘图要领等知识点，并且增加讨论和互动环节。线上教学浓缩知识点，进行习题详解，以及播放一些零件加工工藝、零件工艺结构、装配体拆装等视频，针对学习难点，辅助学生学习工程制图。具体改革思路如图1所示。

三、基于项目任务的课程教学

对比外国工程制图的教材，国内教材各章节内容虽详尽，但国内教材理论性、概念性的内容偏多[6-7]，又多采用“教师讲，学生听”的“填鸭式”教学方式，学生学习被动，对基础知识的掌握很难深入。学生即使听“会”了，但面临实际问题时，仍会出现束手无策的情况，而且与机械相关的课程安排在工程制图课程之后进行，使得工程制图授课对象缺乏相应的实践环节，学生在学习过程中缺乏相应的知识储备，继而在后续的课程设计、毕业设计实践时对所学的工程制图内容大多已遗忘，导致设计实践效果不理想。针对这些问题，基于工程制图的实用性，教学过程应适当增加将制图知识与实际生产相结合的环节，以项目任务的形式进行。

基于项目任务的工程制图教学，围绕具体的项目任务进行学习，以学生为主体，教师为主导，师生共同参与完成[8]。学生按需学习，亲身实践，从被动学习变成主动学习，这种学习方式能有效提高学生的自学能力，充分发挥学生的创造潜能，使得学生能更深入地掌握工科行业的“工程语言”，可以说基于项目任务的学习是一种“仿工作”模式的学习形式。对于一个具体项目的方方面面，教师不可能每一点都跟学生讲解清楚，这就需要学生自主地学习，根据问题查阅相关资料，这一学习过程有利于提高学生今后解决问题的能力。学生进行项目任务过程中遇到无法解决的问题时，教师进行引导性指导，引导学生用科学的思维和方法去分析问题和解决问题。

四、结合制图技能竞赛引领制图教学

组织学生参加各级竞赛和全国CAD技能等级考试等，为学生搭建创新学习、交流和展示个人才能的平台，以提升学生高技能创新水平。目前主要的工程制图相关竞赛有：世界技能大赛CAD机械设计项目、“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛和各省市及学校组织的竞赛[9]。通过这些课外相关竞赛活动，从思想上解决学生“为什么学习”工程制图的问题，使学生重视学习并认真掌握制图基础知识和技能，提高工程意识和创新意识。

参加制图相关的各种技能竞赛，将工程实践知识与工程制图有效衔接，提升分析问题和解决工程问题的理性思考能力及技能，可以促进理论学习向实践能力的转化，以便学生更顺利地学习和理解工程制图内容，激发学生参与教学和师生互动的热情及求知欲，培养学生的专业兴趣，强化培养学生的工程实践能力、创新能力和可持续发展能力。

五、结语

工程制图是工科专业的基础与核心课程，其教学效果的好坏关系到后续课程的学习，为此，各个高校的制图教师一直都在努力探索适合学生特点、课程特点和时代特点的教学方法，从将计算机技术、互联网技术引入制图教学，到基于项目驱动教学、结合制图竞赛来引领教学。这些教学方法与改革都将提升学生阅读和绘制工程制图的能力，提高教学质量，达到良好的教学效果，有助于学生将课堂学习有效地运用到实际工程问题中。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 李勇，范修文，张宏. 工程制图课程改革研究进展[J]. 新疆农机化，2014（6）：37-41+48.

[2] 教育部. 普通高等学校本科教学工作水平评估方案[R]. 2018.

[3] 李欣. 虚拟现实及其教育应用[M]. 北京：科学出版社，2008.

[4] 朱文博，陈龙，崔怡，等.基于虚拟现实技术的机械制图教学[J].教育教学论坛，2014（9）：57-58.

[5] 朱文博，崔怡，瞿元赏.基于翻转课堂的工程制图教学研究[J].科教文汇，2016（9）：55-57.

[6] 舒宏，胡清泥，高菲. 中日机械制图教材的比较及对教学改革的启示[J]. 工程图学学报，2010（4）：166-171.

[7] 张彦娥，Chulho Yang，李丽. 中美工程制图及CAD系列课程及教育比较：以中国农业大学和OSU为例[J]. 图学学报，2013，34（2）：125-129.

[8] 冯冬菊，王丹虹，徐占国. 基于项目驱动的机械制图教学改革[J]. 实验室科学，2012，15（3）：25-27.

[9] 许国玉，张梦，兰朝凤. 依托“技能竞赛和考试”提升机械制图创新教育[J]. 图学学报，2015，36（2）：631-637.

[责任编辑：钟 岚]