陳錦昌， 陳 亮， 張瑞秋， 陳熾坤

（華南理工大學(xué)設(shè)計學(xué)院，廣東 廣州 510006）

基于構(gòu)型設(shè)計的工程制圖課程中設(shè)計環(huán)節(jié)的探索

陳錦昌， 陳 亮， 張瑞秋， 陳熾坤

（華南理工大學(xué)設(shè)計學(xué)院，廣東 廣州 510006）

構(gòu)型設(shè)計的教育是為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識。論文探討了基于構(gòu)型設(shè)計工程制圖課程的內(nèi)容體系，分析了課程中常用的構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練方式，并在此基礎(chǔ)上就工程制圖課程小設(shè)計環(huán)節(jié)的布置、實施和檢查進(jìn)行了探索，指出了在工程制圖課程中可以引入小設(shè)計環(huán)節(jié)。小設(shè)計的實踐對工程制圖課程的教學(xué)改革有一定的指導(dǎo)意義。

工程圖學(xué)；課程；設(shè)計；實踐

設(shè)計是一種創(chuàng)造行為，基于構(gòu)型設(shè)計的教育必然是一種關(guān)于創(chuàng)造的教育，要把創(chuàng)造作為構(gòu)型設(shè)計教育的核心命題。設(shè)計教育在啟智、解惑、授業(yè)予人的同時，也在培養(yǎng)人的創(chuàng)造能力。“創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計能力的培養(yǎng)”作為工程制圖課程的任務(wù)之一[1]，主要目的是為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識，這是在新的教學(xué)理念指導(dǎo)下對工程制圖教學(xué)內(nèi)容所提出的新任務(wù)。目前國內(nèi)很多高校都對這一課題進(jìn)行探索和研究，但如何在加強學(xué)生的創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計能力培養(yǎng)、進(jìn)行有效的構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練的前提下，在工程制圖課程中引入設(shè)計環(huán)節(jié)，加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是工程制圖課程中需探討的問題。本文就基于構(gòu)型設(shè)計，在工程制圖課程中引入設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行探討和實踐。

1 工程制圖課程引入設(shè)計環(huán)節(jié)中的前提

基于構(gòu)型設(shè)計工程制圖課程中設(shè)計環(huán)節(jié)的實施是以教學(xué)內(nèi)容體系制定為研究對象和前提的。首先要制訂出合理的教學(xué)計劃，包括工程制圖課程中突出“構(gòu)型設(shè)計”的教學(xué)、突出“構(gòu)型設(shè)計”的訓(xùn)練、給出相關(guān)軟件使用的指引等。在工程制圖課程的教學(xué)內(nèi)容體系中，我們根據(jù)課程中引入設(shè)計環(huán)節(jié)的要求和目標(biāo)，將教學(xué)內(nèi)容抽象成以下3個主要的部分。

1.1 突出“構(gòu)型設(shè)計”的教學(xué)

工程制圖課程以構(gòu)型設(shè)計為主線時，其課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等都要相應(yīng)地進(jìn)行改革。既要考慮到目前社會對三維造型設(shè)計的需求，又要兼顧到從傳統(tǒng)的二維表達(dá)為主向以三維造型設(shè)計為主的過渡，以及二維圖形表達(dá)現(xiàn)在還不能完全取消的現(xiàn)狀。我們提出了以構(gòu)型設(shè)計為主線的工程制圖課程體系、教學(xué)內(nèi)容（圖1）[2]，將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力和加強實踐能力為主要目標(biāo)。

圖1 構(gòu)型設(shè)計為主線的工程制圖課程體系、教學(xué)內(nèi)容

在以構(gòu)型設(shè)計為主線的工程制圖課程體系中，構(gòu)型設(shè)計的內(nèi)容體現(xiàn)在課程的各個教學(xué)環(huán)節(jié)中。

如在緒論中，我們就可以提出，讓學(xué)生如何想象2個等直徑圓柱正貫后的求交形體？如何想象3個等直徑圓柱正貫后的求交形體？

在常用的幾何作圖方法和平面圖形畫法中，可以進(jìn)行平面幾何圖形的構(gòu)型設(shè)計練習(xí)（主要進(jìn)行輪廓特征設(shè)計），要求學(xué)生設(shè)計一個含已知線段、中間線段和連接線段的平面圖形并標(biāo)注尺寸，同時給出一定的創(chuàng)作約束條件。

在講授了點、直線和平面投影的基本知識后，可以要求學(xué)生先進(jìn)行包含各種類型直線的立體構(gòu)型設(shè)計；然后進(jìn)行包含各種類型平面的立體構(gòu)型設(shè)計。

在講授了基本立體、三視圖、組合體等基本知識后，可以引導(dǎo)學(xué)生思考3個視圖都不能將形體表達(dá)清楚的例子，給出這樣形體的二維表達(dá)和三維表達(dá)。

在講授草圖后，可以要求學(xué)生徒手進(jìn)行形體構(gòu)型設(shè)計；在講授了應(yīng)用軟件進(jìn)行圖形表達(dá)后，可以要求學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)進(jìn)行形體構(gòu)型設(shè)計；在講授了零件圖和裝配圖后，可以要求學(xué)生就某些零件結(jié)構(gòu)、裝配體的裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行零件及裝配體的構(gòu)型設(shè)計。

將構(gòu)型設(shè)計的內(nèi)容貫穿在課程的各個教學(xué)環(huán)節(jié)中，使學(xué)生得到了構(gòu)型設(shè)計的很好學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，為課程的小設(shè)計環(huán)節(jié)打好了基礎(chǔ)。

1.2 突出“構(gòu)型設(shè)計”的訓(xùn)練

構(gòu)型設(shè)計能力是創(chuàng)造性地解決實際應(yīng)用問題的一種實踐能力，是自然科學(xué)基礎(chǔ)與人文科學(xué)知識的厚積薄發(fā)和集中體現(xiàn)。創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)，需要將課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、設(shè)計訓(xùn)練、學(xué)生科技活動等相關(guān)環(huán)節(jié)整合配置，構(gòu)成完整的培養(yǎng)體系。創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)過程，是以學(xué)生為主體、通過上述環(huán)節(jié)培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力和設(shè)計能力的過程。教師要堅信每個學(xué)生都有創(chuàng)新的潛能，并告訴學(xué)生創(chuàng)造力并不是神秘的，或只有少數(shù)天才才具有的能力，創(chuàng)造力是每個正常人都具有的一種潛在能力。

我們將構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練貫穿于課程教學(xué)的始終，根據(jù)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生根據(jù)給定的條件設(shè)計新構(gòu)型。我們選用的題目，多數(shù)都是發(fā)散性的，可以有無數(shù)個答案，給學(xué)生留下充分的思維發(fā)展空間和創(chuàng)新空間，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和構(gòu)型設(shè)計能力。我們在工程制圖課程的各個教學(xué)環(huán)節(jié)均有相應(yīng)的突出“構(gòu)型設(shè)計”的訓(xùn)練。主要的“構(gòu)型設(shè)計”訓(xùn)練的形式有下述5種。

1.2.1 通過給定的視圖及網(wǎng)格線進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計

通過給定的一個視圖構(gòu)建幾何形體，在國外大學(xué)的工程圖學(xué)教學(xué)中已流行多年，近年國內(nèi)的圖學(xué)訓(xùn)練也引入了這一方法，這種訓(xùn)練方法對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性構(gòu)型能力無疑是有效的。如果在給定視圖的同時，也給出網(wǎng)格線，對構(gòu)形的隨意性作出一定的限制，并方便學(xué)生徒手繪圖，無疑對教學(xué)雙方都會有很大幫助。如圖2所示通過給定的正面投影及3×3的網(wǎng)格線構(gòu)造幾何形體，并要求以徒手的投影圖和立體圖的形式表達(dá)，同時達(dá)到構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練和徒手訓(xùn)練的目的。

圖2 構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練1

1.2.2 通過給定形體的外形輪廓線進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計

給定形體的外形輪廓線對形體的形狀有一定的限制，出題時應(yīng)注意不要使答案太多而使題解過于分散，而又不要約束過多而失去變化。如圖3所示，根據(jù)給出的三視圖的外形輪廓線進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計。

圖3 構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練2

1.2.3 通過給定的幾個形狀、大小相同的基本形體進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計

采用幾個相同的基本幾何體用不同的方式排列在一起，這樣的例子在工程應(yīng)用中比比皆是，可以讓學(xué)生進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計練習(xí)。如圖4所示，請用給定的4個形狀相同的馬蹄形形體構(gòu)造出組合體（可采用疊砌、相貫等形式）。

圖4 構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練3

1.2.4 通過求某一基本幾何體的補形進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計

在模具設(shè)計中，常常需要根據(jù)零件的形狀作出模具，通過這種形式的構(gòu)型設(shè)計，可使學(xué)生得到凹凸模具設(shè)計的初步概念。此類訓(xùn)練可采用棱柱、圓柱、圓錐、圓球等基本幾何體。如圖5所示，根據(jù)給出的基本形體，設(shè)計出另一形體（用三視圖表達(dá)），使其與給出的基本形體組合成完整的圓柱體。

圖5 構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練4

1.2.5 根據(jù)語言描述的要求進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計

這種訓(xùn)練方式可貫穿在點、線、面和體的教學(xué)過程中。如圖6所示，設(shè)計形體，使其包含各類的平面。

圖6 構(gòu)型設(shè)計訓(xùn)練5

1.3 給出相關(guān)軟件的使用指引

在基于構(gòu)型設(shè)計的工程制圖課程中，需講授相關(guān)應(yīng)用的軟件，一方面是讓學(xué)生可以應(yīng)用軟件的圖形表達(dá)功能，用計算機(jī)進(jìn)行形體的構(gòu)型設(shè)計，另一方面是為學(xué)生應(yīng)用軟件進(jìn)行課程小設(shè)計的表達(dá)做好準(zhǔn)備。

在工程制圖課程中，我們與教材配套，介紹了以二維表達(dá)為主的AutoCAD軟件，也對三維表達(dá)為主的SolidWorks軟件作了專門介紹。同時引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，將來的小設(shè)計可以根據(jù)需要自選合適的軟件為設(shè)計平臺（需自學(xué)）。

2 工程制圖課程中引入設(shè)計環(huán)節(jié)的實踐

現(xiàn)代設(shè)計教育常常把“創(chuàng)造能力”作為培養(yǎng)優(yōu)秀設(shè)計師的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。而構(gòu)型設(shè)計是創(chuàng)造性設(shè)計的重要表達(dá)形式。教師的重要任務(wù)就是在課程中善于啟發(fā)、引導(dǎo)，以學(xué)生為主體，營造有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計精神的環(huán)境。在課程的教學(xué)中，要采用討論式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)等，激發(fā)學(xué)生獨立思考，鼓勵學(xué)生勇于發(fā)表自己的見解。

在基于構(gòu)型設(shè)計工程制圖課程的具體教學(xué)實施中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是怎樣營造活潑的課堂氛圍，將課堂變成學(xué)生施展才華，引導(dǎo)學(xué)生積極思維的舞臺。在工程制圖課程中引入設(shè)計環(huán)節(jié)主要有3步：設(shè)計環(huán)節(jié)的布置、實施和檢查。

2.1 設(shè)計環(huán)節(jié)的布置

在設(shè)計環(huán)節(jié)的布置時，我們首先使用案例教學(xué)方法，如以椅子的設(shè)計為例，指導(dǎo)學(xué)生如何根據(jù)椅子的功能進(jìn)行椅子的創(chuàng)新設(shè)計。同時也給出一些簡單的日用品如瓶子、盒子等組合形體作為構(gòu)型設(shè)計的素材和案例，如圖7所示的煙灰缸和筆座就是這樣的案例。

圖7 構(gòu)型設(shè)計案例

在工程制圖課程中引入設(shè)計環(huán)節(jié)的教學(xué)改革試驗主要是面對機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生，要求學(xué)生3～4人為設(shè)計小組進(jìn)行分組，給出小設(shè)計的完成時間為7～8周，同時要求各組在分組后確定組長及給出小設(shè)計的題目。

在 2009－2010學(xué)年中，一個班的設(shè)計題目有：① 升降伸縮晾衣架，② 可伸縮新型鞋架，③ 新型娛樂手機(jī)造型，④ 實用新型拐杖椅子，⑤ 普通圓規(guī)的改進(jìn)，⑥ 多功能可伸縮行李箱，⑦ 便捷的飲水機(jī)，⑧ 宿舍床位的改良，⑨ 蘋果狀防滑型實用水杯（圖8）。

在 2010－2011學(xué)年中，一個班的設(shè)計題目有：① 運動型脫水機(jī)， ② 多功能健身椅，③ 便捷式折疊自行車（圖9），④ 新型高空自動玻璃擦，⑤ 多功能掛鉤，⑥ 可伸縮鞋架，⑦ 散熱器，⑧ 乒乓球臺，⑨ 防醉駕裝置。

圖8 蘋果狀防滑型實用水杯

圖9 便捷式折疊自行車

2.2 設(shè)計環(huán)節(jié)的實施

在課程設(shè)計中，當(dāng)設(shè)計小組確定了設(shè)計題目后，設(shè)計小組進(jìn)行的主要工作有以下2個方面：

1） 資料收集

通過書籍、雜志和互聯(lián)網(wǎng)等途徑收集到與設(shè)計題目有關(guān)的資料，同時進(jìn)行分析與整理，得到設(shè)計形體的優(yōu)點和不足，找到進(jìn)一步設(shè)計完善的目標(biāo)和方向。如升降伸縮晾衣架小組分析到市面上晾衣架有升降功能的沒有伸縮功能，不能在將衣服在升降的同時能伸縮，使衣服自動調(diào)整間距（圖10）。在設(shè)計時，要明確設(shè)計的創(chuàng)新點，創(chuàng)新可通過以下3個方面考查：同類產(chǎn)品有相近的形態(tài)，只是對現(xiàn)有形態(tài)的改進(jìn)；同類產(chǎn)品沒有相近的形態(tài)，但其他產(chǎn)品有類似的形態(tài)；是全新的產(chǎn)品形態(tài)。

2） 進(jìn)行設(shè)計

設(shè)計小組在組長的分工下，對設(shè)計形體進(jìn)行分解和設(shè)計，確定改進(jìn)的初步設(shè)計方案。在這過程中不少小組應(yīng)用 “頭腦風(fēng)暴法”，激發(fā)同學(xué)產(chǎn)生靈感，讓每位同學(xué)敞開思想，使各種設(shè)想在相互碰撞中激起腦海的創(chuàng)造性“風(fēng)暴”，從而誘發(fā)更多的設(shè)計創(chuàng)意與靈感。升降伸縮晾衣架的設(shè)計就考慮晾衣架在升降的同時能具有伸縮功能（圖11）。

圖10 升降伸縮晾衣架的資料收集和分析

圖11 升降伸縮晾衣架的設(shè)計

在初步設(shè)計后，小組成員分工從二維、三維考慮設(shè)計的改進(jìn)和表達(dá)，選定設(shè)計與表達(dá)的平臺，開展設(shè)計工作。

2.3 設(shè)計環(huán)節(jié)的檢查

課程設(shè)計的目標(biāo)既要關(guān)注學(xué)生對知識的理解和技能的運用，又要關(guān)注學(xué)生對設(shè)計過程的體驗和綜合知識的掌握與應(yīng)用，還要關(guān)注學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣和態(tài)度的涵養(yǎng)。在課程設(shè)計完成后，設(shè)計環(huán)節(jié)的檢查主要由各設(shè)計小組進(jìn)行設(shè)計的答辯（圖12）。

學(xué)生要準(zhǔn)備 15分鐘的答辯匯報，由小組中確定1人擔(dān)任主要匯報人，其余成員作補充，匯報完后，還有5分鐘的提問環(huán)節(jié)。提問環(huán)節(jié)可以是由老師提問點評，也可以同學(xué)間互相提問互評（圖13）。

課程的小設(shè)計將作為本學(xué)期工程制圖課程學(xué)生成績的一部分，約占總評成績的20% ～25%。

圖12 升降伸縮晾衣架的答辯

圖13 同學(xué)間互相提問互評

3 小 結(jié)

在工程制圖課程中引入小設(shè)計環(huán)節(jié)，通過兩年多的實踐，同學(xué)們對工程制圖課程中的小設(shè)計有了很多的感悟，其中比較集中的感受是：體會到一個設(shè)計團(tuán)體的作用與力量；懂得了將課程的知識綜合應(yīng)用；設(shè)計的表達(dá)讓同學(xué)們享受到設(shè)計的過程。一些同學(xué)的設(shè)計還申請了設(shè)計專利，如便捷式折疊自行車的設(shè)計等。

工程制圖課程是工程設(shè)計的基礎(chǔ)課和啟蒙課，是一門與學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等關(guān)系密切的技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過在工程制圖課程中培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)型設(shè)計能力的探討和實踐，可以看到其能夠有效地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和構(gòu)型設(shè)計能力，對提高課程的教學(xué)效果有很大幫助。

構(gòu)型設(shè)計的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和工程意識，這就要求制圖教師不能滿足于課程基本理論、基本技能和方法的講授，還要對學(xué)生的設(shè)計作品提出評價意見，進(jìn)行設(shè)計批評與設(shè)計欣賞。在基于構(gòu)型設(shè)計的工程制圖課程教學(xué)過程中，要訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的構(gòu)型設(shè)計能力，實際上對教師也提出了更高的要求。假如教師上課時照本宣科，就不可能實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的目標(biāo)。

[1] 陳錦昌. 論本科工程圖學(xué)課程教學(xué)基本要求的修訂[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報, 2004, 25(3)：101-105.

[2]Chen Jingchang, et al. Engineering graphics course research based on shape configuration design [M].Beijing：Beijing Institute of Technology Press, 2007：59-62.

[3]Wang Jianhua, Hao Yuxin. Teaching reform and practice in engineering drawing based on 3D modeling with computer [J]. CADDM, 2011, 21(1)：46-51.

Exploration and practice for design ability based on shape configuration in engineering drawing

Chen Jinchang, Chen Liang, Zhang Ruiqiu, Chen Chikun
( School of Design, South China University of Technology Guangzhou Guangdong 510006, China )

Developing student innovation ability and engineering consciousness is the main purpose of shape configuration. This paper presents the curriculum system based on shape configuration design for engineering course, and analyzes some training styles for shape configuration design. An effective training method, small product design, is introduced in teaching process for engineering drawing course. The assignment, implement and examination of small product design are discussed in detail. The results of practice application show that introducing small product design has a meaning for engineering graphics teaching reform.

engineering graphics; configuration; design; practice

TB 23

A

2095-302X (2013)01-0105-06

2012-04-30；定稿日期：2012-07-04

陳錦昌（1956-），男，廣東南海人，教授，碩士，主要研究方向為工程圖學(xué)、計算機(jī)圖形圖、工業(yè)設(shè)計。 E-mail：jcchen@scut.edu.cn