少学时“工程制图”课程融合式教学模式研究

摘要：结合非机类少学时“工程制图”课程的教学特点，提出了将传统的机械制图内容与现代三维CAD进行有机融合的教学模式，探讨了如何从配套教材的建设、教学内容、教学方法与手段的应用、考核评价体制等方面进行融合式教学。教学实践证明，此模式对培养学生的工程图形表达能力、创新思维能力和构型设计能力有着重要的作用。

关键词：工程制图；三维CAD；融合式教学

作者简介：郑雄胜（1972-），男，浙江金华人，浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，副教授；张玉莲（1964-），女，浙江金华人，浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，教授。（浙江 舟山 316004）

基金项目：本文系浙江海洋学院2010年教改项目“非机类少学时工程制图课程教学模式研究与实践”（项目编号：003；批准号：浙海院东科[2010]12号）的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0099-02

21世纪以来，随着计算机性能的提高、计算机图形学的发展和计算机数据库的进步，CAD、CAE、CAM等现代设计制造技术得到迅速推广和应用。新的生产模式（构思三维产品计算机三维实体造型数控编程机械加工）发展迅速，传统的“工程制图”的教学内容已跟不上现代工业的发展实际。由此对“工程制图”课在教学内容和教学方法上提出了新的要求。学生不仅要系统学维投影方法等传统工程制图的理论知识，还要学习现代三维CAD制图。计算机技术已经越来越多地融入到了工程制图课的教学过程中，三维 CAD制图已成为工程制图的重要的教学内容。但是依据我国生产发展的现状，我国的制造水平发展极不平衡，传统的机械加工方法将在较长一段时间内长期存在，传统的二维制图内容不能丢掉。因此，结合我国的现有国情，如何将传统制图内容与三维 CAD有机融合、如何建立基于三维设计为主线的工程制图教学模式、在提高学生的二维图形表达能力的同时增强创新思维和构型能力等方面的探索与改革将是“工程制图”课程教学改革的必然趋势。

一、传统制图课程教学模式存在的弊端

目前在大多数学校的教学计划中，依然沿袭从二维到三维的工程制图教学模式，将“工程制图”和“三维CAD 制图”各自作为一门单独的课程。在工程制图教材中虽有计算机绘图部分的内容（主要是二维CAD制图），但往往是与画法几何学投影法、传统制图内容孤立，教学中主要侧重单纯的画图、读图等制图技能本身的训练。这种传统的工程制图教学模式是建立在二维投影及表达的层次上进行的，无论是传统绘图还是计算机绘图都是以投影方式绘出的二维图形，没有将三维 CAD 制图与传统制图内容有机结合。从教学经验可以看出，学生普遍反映听课容易，作业难，从二维到三维的思维过程比较困难，难以想象三维形体的空间形状，大部分同学失去学习制图课程的兴趣，教师难以调动学生的学习积极性，更谈不上培养学生的空间思维能力和创新能力，最终导致教师灌输教学和学生被动学习的结果，浪费了大量授课课时而且教学效果欠佳。[1]

另外，在大众化教育的现状下，“工程制图”课程采用了大班化授课和少学时化教学。因此，如何在学时减少又能强化培养学生的工程能力和创新能力呢？对此，教师提出了将“工程制图”与“三维CAD绘图”课程相融合的教学模式改革。本文主要讨论从配套教材的建设、教学内容的组织和实施、教学方法与手段的改革等方面将三维CAD 制图如何与传统工程制图教学的结合问题，以及在教学实践中的若干探索。

二、基于三维CAD的工程制图融合式教学改革内容

1.教材建设

国内现有的工程制图教材基本采用拼合式和分段式的编写模式，拼合式模式是将画法几何、机械制图、计算机二维绘图和三维 CAD 造型设计拼凑为一本教材，把传统的机械制图内容与现代三维CAD内容各自独立成章节。分段式模式是将画法几何及机械制图、计算机二维绘图和三维 CAD 造型设计分开成不同的教材编写，形成一套系列教材。上述两种模式编写的教材在内容编排上基本类同，即把传统的内容和现代的内容完全或基本完全独立，其缺点是：教学学时要求多，传统内容与现代三维 CAD 内容存在脱节和矛盾。因此，按照“将三维 CAD 设计与表达为主线，以二维投影制图为重点”的教学理念重新组织编写了工程制图教材。新的教材不是在原教材的基础上做简单的加减拼凑和章节顺序的调整，而是把三维软件作为一种“思维工具”，建立设计从先构建三维模型再由计算机直接生成二维工程图的设计理念，把培养学生利用三维设计技术进行设计和表达的能力以及利用三维设计技术进行创意设计的能力作为教学目标，将传统的二维机械制图和三维CAD进行有机地融合。[2]

2.教学内容的重新组织和实施

根据普通高校“工程制图”课程教学基本要求的规定，我校制定的电气工程、电子信息工程等非机类工科专业的工程制图教学课内学时为44学时，计算机课外上机学时为12学时。从我校教学实际出发，教研室重新组织教学内容，建立以三维实体设计为主，再用三维模型生成二维工程图形的教学内容体系，在实际教学中，将传统工程制图教学内容与现代三维造型设计内容有机地结合起来，赋予教学内容新的含义。重新组织和实施的教学日历与传统教学模式的教学日历对比见表1所示。[3]

3.教学手段和教学方法的调整

在教学手段上，实物、模型、多媒体课件、三维造型、动画视频手段等有机结合，充分帮助学生建立空间概念，提高教学的时效性。在教学方法上，主要采用讲授和互动相结合式教学，通过讲授与指导、练习与实践、引导和自学相结合使学生和教师之间能相互交流、相互探讨，充分发挥彼此的主观能动性，从而激发学生的学习积极性。例如，在讲解机械零件的构造时，有些结构是经常出现的，如两个立体相贯的情况，先通过三维造型，通过三维模型显示两个立体的相贯线形状，再转换为相应的二维图形。这样有助于学生在空间与平面的转换过程中某些定式思维和规律的形成，有利于学生空间想象能力和构思能力的培养。总之，在教学实践中，始终将三维建模贯穿于教学的各个阶段。

4.考核评价体制的改革

为了与融合式教学改革相适应，对学生的考核评价方式采取学习过程的全程监控措施，将原来单一的期末考试变成采取平时作业成绩、上机操作成绩、期中考核成绩、期末考试成绩等多项考核结合的综合考查方式，并且将期末考试成绩下调到50%，突出学习过程中各个环节的考核，将原来静态的考核变成动态的过程，改变了学生中存在平时可以不认真学习，只要期末进行突击复习应付一下的思想。采取综合评定成绩的方法，学生重视了平时的学习，淡化了应付考试的思想，加强了学习过程的自觉管理，促进了优良学风的养成。

三、教学效果

为了检验融合式教学模式的效果，将2011级电气工程专业和电信工程专业的四个班级分成两组，2011级电气专业的两个班采用传统教学模式授课，2011级电信专业的两个班采用融合式教学模式授课，对教学效果进行了一个对比试验。两种模式授课的教学日历见表1所示。采用传统授课的教学思路为：机械制图基本理论知识画法几何工程图样绘制计算机绘图，将计算机绘图集中在最后进行讲解和上机练习。采用融合式教学模式授课的教学思路为：将计算机绘图内容穿插融合在传统制图中，而且始终遵循将三维建模贯穿于教学的各个阶段。最终两组的期末考试成绩如表2所示。

从表2可以看出，采用融合式教学班级的平均成绩明显超过了传统教学班级的平均成绩，而且有不少学生取得了优秀的成

绩。在学期后的问卷调查中发现，采用融合式教学班级的学生普遍对制图课程比较感兴趣，认为学习对自己的空间想象能力和构型设计能力有比较大的提高，对三维软件的操作基本能够熟练运用。

四、结语

因此，上述的教学改革实践可以看出，将传统制图内容与三维CAD设计技术的有机融合是“工程制图”课程教学改革的必然措施，将三维CAD建模内容贯穿于制图课程教学活动的全过程，不仅增强了学生的空间思维能力、加深了对三维形体与二维图形之间的相互关系的理解，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的创新思维能力，而且能减少课内学时，减低学生的课外负担，从而在有限的课时内达到了预期的教学效果。

参考文献：

[1]徐绍军，徐海良，云忠.三维CAD与工程制图融合，培养学生的创新能力[J].长沙铁道学院学报（工学版），2009，10（1）：74-75.

[2]侯洪生，闫冠，谷艳华.由二维视图复原三维立体的新方法[J].工程图学学报，2011，（3）：95-99.

[3]舒宏，高菲，陈霞.多学时制图课程融入三维CAD的教学探讨[J].工程图学学报，2012，33（1）：103-106.