基于设计能力的制图类课程教学改革

摘要：针对现代工业生产实际，以提高学生的工程设计能力和创新能力为目标，构建从二维到三维设计的制图类课程体系，突出三维设计思想，开展制图类课程教学体系和教学内容的改革。组建复合型制图教学团队，在制图课程的不同阶段引入相应的CAD三维建模内容，提高学生的设计建模能力，从而提高制图类课程的整体教学水平。

关键词：工程制图；三维设计；CAD；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）35-0043-02

工程制图是工科学生必修的技术基础课，不仅是一门单纯传授知识的课程，还承担了对学生工程意识、空间思维方式和初步创新能力的启蒙和培养作业[1]。作为一门重要的工科专业基础课程，制图类课程的教学内容并没有充分考虑后续课程的设计概念、功能分析、设计分析、三维建模与制造等内容。多数高校对于机械类专业的学生通常开设出三门左右的制图课程，如工程制图、计算机绘图、三维实体造型软件应用（Pro/E、SolidWorks、UG等）。经过多年的教学改革与实践，国内高校的制图类课程已经由传统的黑板、挂图和模型讲解为主的教学方式过渡到利用多媒体和网络资源开展教学的模式。然而，这些制图类课程的改革大多仅仅停留在对传统教学手段形式上的改革，课程的改革也各自为政，没有系统性。近年来，国内机械行业正处在采用三维设计以及沿用传统二维设计方法的并存时期，而且这种局面还会持续一段时间[2]。因此，国内图学教育界提出“以三维为主，二维与三维并重”的教育理念，提倡设计从三维开始，以适应不断发展的现代产品设计、制造和管理方法的要求，当前高校制图类课程体系和教学内容不能满足这种新的需求。

一、根据专业特点，构建制图类课程新体系

针对现代工业生产实际，以提高学生的工程设计能力和创新能力为目标，结合农林院校工科专业特点，在专业人才培养方案修订中，具体结合我校工科专业特点完成从二维平面绘图到三维设计的制图类课程体系的构建，并且围绕这些制图类课程结合我校08版方案制订或修订课程的教学大纲，探讨各门制图类课程的教学体系与内容的实质性改革。结合我校2008版修订的机械类专业人才培养方案，以二维为基础，二维与三维造型设计并重，构建制图类课程体系。在新的课程体系中，我校机械设计及其自动化专业设置了工程制图、计算机绘图和三维工程应用软件Pro／Engineer三门课程。农业机械化、机电工程和其他近机类以及非机类专业设置完成了工程制图和计算机绘图，三维工程应用软件课选修（Catia、KMCAD、CAXA等）三门制图类课程的设置。在完成制图类课程设置后，基于三维设计为主线修订制图类课程的教学大纲，在各学期开出的制图类课程中逐渐渗透三维设计的思想，通过课堂讲授和加强实践环节，实现三维设计思想的整体贯穿。同时，面对现代工程实际中二维与三维设计并存的问题，通过制图类课程在突出、强化三维设计的同时，根据不同制图课程的特点，实现二维绘图与三维设计的有机结合。

二、以二维为基础，以三维设计为重点，开展制图类课程的改革

以二维为基础，以三维设计为重点，全面开展基于三维设计的制图类课程建设工作，以突出三维设计为特色，使二维到三维具有系统性和连续性。工程制图课程的主要任务是用图形法解决空间几何问题和用图形表示空间几何形体，培养和发展图学思维能力，让学生掌握绘制和阅读工程图样的原理和方法。其主要内容是基于正投影理论将空间的物体首先转化成二维的正投影图，即做出物体二维工程图样，用以表达机件的结构特征、零件的结构形状、部件与机器的工作原理和技术要求等。传统的工程制图的教学内容，主要包括讲解点、线、面、基本体、组合体的投影图与机件的各种表达方法。然而，设计者在脑海的设计构思都是三维的，制造的结果也是三维的实物，在“设计构思”和“产品实物”两者之间传递的信息却是二维的投影图形，这种形式在传统手工绘制图样的年代是很有用的，避免了绘制复杂的立体效果图。随着计算机的普及应用，以及现代的设计方法和加工方法的普及，开展从二维到三维设计的工程制图类课程的改革，是制图类教学亟待解决的一个问题。基于上述现状，我校对工程制图的教学内容进行了初步的改革，从教材的体系到教学内容都体现了三维的设计思想，在讲授点、线、面的投影等基础内容时，主要是二维的投影理论。在讲授基本体，组合体等相关内容时，增加了拉伸体和旋转体两种重要的三维造型方法，从三维实体出发，利用三维软件的特征造型功能讲授组合体各基本要素的组成与投影，这部分内容只要求学生理解正投影的概念，建立二维投影图是对三维实体的一种正投影表达方式，为学生将来阅读和绘制二维投影图做好知识的准备。截交线与相贯线的内容在讲课时结合三维实体的布尔运算进行讲解，这样不但符合三维切割体或者是相贯体的实际成型过程，也向学生传授了布尔运算的三维造型方法。组合体部分的内容结合立体的拉伸、旋转、放样、布尔运算等三维成型方法为进行讲解，讲授二维投影图的同时灌输三维设计思想。机件的表达方法章节重点以三维的零件、部件为研究对象，研究如何合理应用各种表达方法零件、部件的结构和尺寸，这一章着重培养学生的分析和应用力，在讲授清楚各种表达方法的特点和应用场合后，演示三维软件自动生成机件的各种视图和剖视图等二维图纸的功能，进行三维设计的同时兼顾二维设计。

三、组建复合型制图教学团队

全面开展从二维绘图到三维设计的制图类课程的改革，具有系统性和延续性，几乎涵盖了图学、计算机应用、设计与制造等学科，这些课程大多与不断发展的工程实际结合紧密，对从事制图类课程的教师提出了更高的要求。制图类课程是一门服务于制造业、建筑业等生产部门的与工程实际紧密结合的技术基础课程，随着制造业、计算机业的不断发展，围绕新的人才培养目标，不断调整课程设置和教学内容的今天，制图类教师必须有足够的专业知识才能胜任教学，如果制图教师不熟悉新的设计方法和加工技术，就跟不上现代生产实际的发展：步伐。传统的制图教研室教师忙于年复一年的一成不变的制图教学，失去对新知识的渴望与学习，不但制约了制图类课程的改革，同时，对于制图老师个人的发展与提高也非常不利。参考美、日、韩等国家的高校没有专门的制图教师，制图类课程是由有着丰富专业知识的专业老师承担的做法，打破传统的制图教师概念，组建吸收机械类各专业的专业教师参加的复合型制图教学团队，而原来专职制图教师根据自己所学的专业，学习和深造后从直各专业的制图课程的教学任务外，同时承担相应专业的专业基础课或专业课教学，参与学生生产实习指导和毕业设计指导等教学环节，使得基于三维设计的制图类课程的改革能面向专业和现代工程实际，组建复合型制图类课程教学团队，使教师教学水平和科研能力得到快速提升。

参考文献：

[1]马亚丽.机械类本科专业“工程图学”课程内容体系与教学方法探讨[J].吉林工程技术师范学院学报，2013，29（1）：66-67.

[2]熊志勇，罗志成，陈锦昌等.基于创新性构型设计的工程图学教学体系研究[J].图学学报，2012，33（2）：108-112.

基金项目：西北农林科技大学2011年教学改革研究项目（JY1102072）

作者简介：朱琳（1969-），男，博士，副教授，主要研究方向：图学教育与机械CAD技术。