现代CAD/CAE技术下的工程图学课程分类改革

【摘 要】在不增加或减少学时的情况下，为了反映出当前工程领域的新科技和新方法，和有效提高学生的空间思维能力，提出根据工程图学课程与专业的相关程度，将其分类并针对各类课程制定了相应的改革方案。可为国内工科院校的工程图学课程改革提供参考。

【关键词】工程图学；教学改革；分类；CAD/CAM

【Abstract】On the conditions of using no more classes， in order to introduce the latest engineering design technology and process to students， and improve 3-D visualization ability of students ， the classified reforms of Engineering Graphics is presented. The article has some reference value to reformation of relative courses in College of Engineering.

【Key words】Engineering Graphics； Course reform； Classified； CAD/CAM

0 引言

自从法国科学家加斯帕q蒙日开创了画法几何这门课程以来，工程图样一直被誉为“工程界的技术语言”，而工程图学的主要研究对象就是工程图样，该课程内容与相关技能是每一名工程技术人员必须掌握的。另外，工程图学课程对形象思维能力和创新思维的培养具有独特的作用，是其他课程难以替代的。这就确定了此课程为工科院校的一门重要的技术基础课的地位。但在工科院校的所有专业中，开设课程内容与教学目标完全相同的工程图学课程是不科学的，应根据专业的相关性和课程体系实行分类教学。

在当今的科技环境下，各学科领域的新理论和新技术不断涌现，为了给学生提供完整的“底盘”，各专业的培养计划均添加了新的课程，致使本课程的教学学时减少。另一方面，在工程领域，由于计算机及CAD/CAM技术的迅速发展，从工程设计方法到生产加工手段都发生了深刻的变化，工程图样的内容和绘制形式也产生了巨大改变，为此，工程图学课程理应吸纳现代设计和制造领域、计算机和信息领域的最新科技成果，以适应科技的进步和社会的需求。这样，增加内容与减少学时之间形成了日渐加剧的矛盾。为了解决这种矛盾，在高校范围内，应针对不同类别的工程图学，从教学目标、教学内容、到课程设计等方面，对原有教学体系开展深入的分类教学，其十分必要[1-3]。

1 CAD/CAM技术发展对工程图学课程的影响

1.1 工程图学的课程改革目标

随着科技和社会的发展，任何一门课程都应适时的调整和变更，避免落后于当前科技。工程图学的课程改革目标应为：在当前的CAD/CAM技术应用环境下，符合企业对人才的需求，使得四年后毕业的学生能胜任技术工作，并能适应未来先进制造业技术的发展趋势。故CAD/CAM技术发展和国内企业的应用现状决定了工程图学课程改革的目标和方向。

1.2 CAD/CAM技术的发展现状和对课程的影响

生产科技发展至今日，应用较为广泛的顺序设计的完整流程如图1所示，首先，根据问题的要求，进行方案设想和构形想象；然后徒手草绘出几何模型，而不必画出详细的仪器图；根据草绘图，利用绘图软件建立三维几何模型，并进行静力学、动力学和运动学等仿真分析；根据分析结果，调整设计方案，并对设计结构进行优化，直到满足要求为止；最后，利用软件由几何模型生成详细的工程图样，提交给生产制造部门投入生产，或直接将3-D模型应用于生产制造环节。

随着科技和网络的发展，新的现代设计方法相继涌现。CAD/CAM技术日臻完善，CAD/CAM系统的应用日益广泛，人-机交互型设计系统的发展，使得工程设计的过程从拟定方案、计算分析、绘图、编写文件、模拟和试验、自动加工、装配及控制等过程都可以在该系统中完成。在这种形式下，对三维造型技能的要求也相应提高。故在工程图学课程中讲授三维CAD造型的相关内容已成为基本要求。

1.3 先进CAD/CAM技术在国内的应用现状和对课程的影响

目前，国内企业应用二维CAD绘图非常普遍，应用三维CAD进行产品设计虽然较广，但应用程度较小、层次差别大，存在的问题有：（1）应用三维CAD辅助设计，但是存档采用二维工程图样，三维模型缺乏“法定地位”。（2）二维工程图样有可依据的成熟详细国标，而三维模型缺乏相应的的标准规范。（3）仅应用了三维CAD辅助设计的功能，在生产制造环节，没有应用CAM、CAE， 或应用程度相当有限。（4）很多由三维软件生成的二维工程图不完全符合我国国家标准，生成的图纸不被生产部门所接受。这些问题在短期内不会消失，三维和二维设计还将长期并存，鉴于国内企业应用CAD/CAM技术的现状，在机械类工程图学课程中完全摒弃二维CAD不现实。

2 课程目标的改革

由于该课程对潜力和综合素质培养的特殊作用，工程图学作为工科院校专业基础课的地位不能改变，但由于该课与专业的相关程度不同，其教学目标和教学内容也应不完全一致，本文按从高到低的顺序，将工程图学划分为A、B、C、D4个类别，为了培养各专业学生的空间想象能力，建议在所有类别的工程图学课程中开设三维CAD的造型能力培养内容。四类课程改革后的具体教学目标见表1。

3 课程内容的改革

课程内容是依据课程目标进行选择和组织的，是课程目标的具体体现。故由于教学目标的调整和学时数减少的限制，势必对原有教学内容进行改革，以解决增加教学内容与减少学时的矛盾。

对于工程图学课程内容的改革，要考虑以下几方面的原则。原则一，符合工程图学新的教学基本要求中所增加的“创造性构型设计能力、使用绘图软件绘制工程图样及进行三维造型设计能力的培养”。原则二，根据计算机三维造型技术对画法几何学要求的降低，删除或减少相关内容的讲授。原则三，考虑现代设计方法给工程图学带来的影响，增加相关新内容。原则四，根据专业的相关性和本课程给定的学时数，选择不同的课程类别，可以课后作业的形式布置学生自我学习，补偿教学学时的不足。原则五，由于计算机绘图的普及，减少仪器图的绘图数量，增加计算机绘图数量，提高计算机辅助绘图的能力。保留少量仪器图的绘制，目的是建立学生的工程设计意识、图形布置的概念，和培养严谨的工作作风。

根据上述原则，建议对教学内容进行如下调整。

在工程图学A的教学内容应包含：（1）CAD三维造型设计能力的培养和二维CAD绘图方法的训练两方面的内容。（2）删除复杂的综合图解问题，滤除难度较大的相贯线求解，减少截交线的求解，保留基本截交问题。（3）增加制造基础、现代设计方法、CAD/CAM技术的等相关知识内容，并布置工程项目设计作为课程设计。

而非机械类工程图学的教学内容应：（1）不单独讲点、线、面在三投影体系中的投影特性，直接讲体上的点、线、面；（2）简介现代设计方法和流程，了解工程图学在设计过程中的作用和地位；（3）只讲CAD三维造型设计的相关内容，不讲二维绘图方法。

对于较少学时的课程：直接讲体上的点、线、面；仅学习CATIA软件三维造型方法，增加徒手绘图的训练，使学生在三维造型和空间想象能力都得到提高。

4 课程内容的体系其他方面的改革

课程内容的体系主要指课程内容的编排顺序。合理的编排顺序应能反映出知识的逻辑结构，并符合学生的认知发展水平和思维逻辑特点。在对工程图学的教学目标和教学内容作出改革后，相应教学内容的编排顺序也应随之调整，已获得更好的教学效果，尤其涉及三维软件的学习、二维软件的学习，以及组合体，轴测图等相关理论内容的衔接问题。笔者认为，轴测图宜在组合体之前，三维软件的入门宜在组合体之前，且持续的学习可贯穿于整个工程图学的全过程。

5 结束语

由于现代设计方法的应用愈来愈广，密切相关的“新”内容应添加到工程图学课程的教学中， 但在本科生各门课程学时数减少的大趋势下，对传统课程内容必须做删减， 这种“有增有减”决定了：必须针对专业的相关性，从课程目标、课程内容、内容体系和课程设计等全方面对工程图学课程进行分类式的教学改革，以提高所有学生的能力，满足社会和企业对不同专业人才的需求，以实现培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才的目标。

【参考文献】

[1]童秉枢.工程图学中引入三维几何建模的情况综述与思考[J].工程图学学报，2005，26（4）：130-134

[2]冯涓.美国高校工程图学教育特色分析[J].工程图学学报， 2008（03）： 139-144

[3]焦永和，张 彤，陈军，董国耀.第7次普通高等学校图学教育现状的调查与研究[J].工程图学学报，2009（03）：168-172.