魏興春，宋　鳴，李海燕，鄭　敏，吳　卓（蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州730050）

并行教學(xué)模式在工程圖學(xué)系列課程教學(xué)改革中的應(yīng)用*

魏興春，宋鳴，李海燕，鄭敏，吳卓
（蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州730050）

工程圖學(xué)系列課程是工科學(xué)生必須要掌握的很重要的系列專業(yè)基礎(chǔ)課。文中提出并行教學(xué)模式，將二維CAD技術(shù)和三維CAD技術(shù)融入工程圖課程的教學(xué)，將原本抽象、枯燥的理論教學(xué)通過(guò)CAD技術(shù)變得形象、易懂，豐富了教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力，提升了教學(xué)的效率和質(zhì)量。在這種并行教學(xué)模式下，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、表達(dá)能力和計(jì)算機(jī)繪圖能力都有了很大的提升，為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。

并行教學(xué)模式；AutoCAD；SolidWorks；工程圖學(xué)；教學(xué)改革

工程圖學(xué)系列課程是面向工科學(xué)生開設(shè)的實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和工程素質(zhì)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。我國(guó)高校開設(shè)CAD（ComputerAidedDesign，簡(jiǎn)稱CAD）教學(xué)已有20多年的歷史，在教學(xué)內(nèi)容上主要以繪制二維圖形為主［1］。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)從最初的二維繪圖發(fā)展到三維造型設(shè)計(jì)。CAD技術(shù)的革新也在一定程度上影響了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和制造方法，并顯著地影響了工程技術(shù)發(fā)展和人才培養(yǎng)方法［2］。這就要求對(duì)工程圖學(xué)系列課程的課程體系、內(nèi)容、方法、手段進(jìn)行全面改革，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。

1　工程圖學(xué)系列課程教學(xué)現(xiàn)狀

工程圖學(xué)課程的教學(xué)在我國(guó)目前的高等教育中，大多采用的是多媒體課件結(jié)合板書的課堂教學(xué)模式，以知識(shí)傳遞和灌輸為主，從教材編寫到課堂教學(xué)，都強(qiáng)調(diào)理論體系的完整性，忽略了實(shí)用性、綜合性和創(chuàng)新性。CAD課程是在完成工程圖學(xué)課程之后單獨(dú)進(jìn)行的，主要介紹二維AutoCAD軟件、三維SolidWorks或Pro/Engineer等計(jì)算機(jī)繪圖軟件。這種串聯(lián)式的教學(xué)模式將本來(lái)可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的工程圖學(xué)系列課程割裂開來(lái)，作為幾門單獨(dú)的課程開設(shè)，無(wú)形中給學(xué)生增加了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，這樣的安排既浪費(fèi)時(shí)間又達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)的目的。

針對(duì)以上傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)筆者多年的教學(xué)實(shí)踐，提出將CAD課程融入到工程圖學(xué)課程的教學(xué)中，對(duì)工程圖學(xué)系列課程的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理調(diào)整，這種并聯(lián)式的教學(xué)模式，可以使工程圖學(xué)系列課程教學(xué)達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)事半功倍的效果。

2　教學(xué)改革方案

工程圖學(xué)課程理論教學(xué)中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)環(huán)環(huán)相扣，已形成不容打亂的體系，所以在并行教學(xué)的方案設(shè)定中是以工程圖學(xué)課程的教學(xué)體系為主線，穿插融入AutoCAD和Solidworks的教學(xué)內(nèi)容，以確保在有限的課時(shí)內(nèi)完成既定的教學(xué)目標(biāo)。

2.1制圖的基本知識(shí)與技能

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械制圖》，是一項(xiàng)基礎(chǔ)性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［3］。在傳統(tǒng)教學(xué)中需要學(xué)生死記硬背才能夠完全掌握。此時(shí)，將AutoCAD軟件的工程圖樣繪圖環(huán)境設(shè)置內(nèi)容引入教學(xué)，也就是通常所說(shuō)的“工程圖樣繪圖模板的創(chuàng)建”。工程圖學(xué)課程的這部分理論內(nèi)容以多媒體課件講授，緊接著講授AutoCAD軟件，內(nèi)容包括AutoCAD概述、工程圖樣的繪圖環(huán)境設(shè)置、二維圖形的繪制、相應(yīng)的二維修改等。AutoCAD軟件理論教學(xué)之后是實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生進(jìn)行上機(jī)操作，具體內(nèi)容是將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械制圖》與AutoCAD軟件相結(jié)合進(jìn)行圖層設(shè)置、文字樣式設(shè)置、標(biāo)注樣式設(shè)置等，同時(shí)指定一種圖紙幅面按尺寸繪制圖幅、圖框及標(biāo)題欄，并將圖樣中常見的線型在相應(yīng)的圖層設(shè)置中應(yīng)用，強(qiáng)化對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械制圖》中制圖基本知識(shí)與技能的記憶與應(yīng)用。最后，應(yīng)用AutoCAD軟件繪制第一張A3大圖，圖名為：線型練習(xí)。

平面圖形的作圖及尺寸注法這部分內(nèi)容是尺規(guī)繪圖的基礎(chǔ)，先通過(guò)多媒體進(jìn)行理論講解，主要講述尺寸基準(zhǔn)及其選取，三類尺寸：定形尺寸、定位尺寸和總體尺寸，以及三種線段：已知線段、中間線段、連接線段和畫圖步驟。接著進(jìn)行AutoCAD軟件的教學(xué)，內(nèi)容是以實(shí)例來(lái)介紹二維圖形的繪制、修改、標(biāo)注樣式設(shè)置及尺寸標(biāo)注。最后安排上機(jī)操作，應(yīng)用AutoCAD軟件繪制習(xí)題集上以前需用尺規(guī)繪制的第二張A3大圖，圖名為：圓弧連接。

將AutoCAD軟件基礎(chǔ)知識(shí)與工程圖學(xué)中《機(jī)械制圖》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容相互融合，取代傳統(tǒng)的圓規(guī)、三角板、粉筆等輔助工具進(jìn)行工程圖學(xué)的教學(xué)，大大提高了作圖的準(zhǔn)確性，有助于對(duì)本章節(jié)中重點(diǎn)、難點(diǎn)等細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)演示和講解，增加了教學(xué)的靈活性與趣味性，從而提高了教學(xué)效率，改善了教學(xué)的效果。

2.2投影理論

投影理論是工程圖學(xué)課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，主要學(xué)習(xí)的是點(diǎn)、線、面的投影、基本體截交線和相貫線。由于空間思維的引入，學(xué)生普遍感覺(jué)工程圖學(xué)課程抽象、枯燥，空間想象能力缺乏而想象不出實(shí)物形狀。在這種情況下，通過(guò)多媒體課件和板書講解完投影理論后開始SolidWorks三維繪圖軟件的講解，主要學(xué)習(xí)軟件基礎(chǔ)知識(shí)，草繪和拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等三維建模命令。教師運(yùn)用Solid-Works軟件演示點(diǎn)、線、面在三投影面體系中的各種投影和五大基本形體（棱柱、棱錐、圓柱、圓球和圓環(huán)）的創(chuàng)建過(guò)程，幫助學(xué)生建立空間概念，讓學(xué)生了解創(chuàng)建形體的基本方法和各種建模方法的優(yōu)缺點(diǎn)；接著在SolidWorks軟件進(jìn)行五大基本體截交線和相貫線的演示操作。借助SolidWorks軟件將原本抽象、枯燥的教學(xué)內(nèi)容很形象、生動(dòng)的展現(xiàn)在學(xué)生面前，不但激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣而且圓滿的完成了此部分的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)效果明顯。

2.3組合體視圖

組合體大多是由機(jī)械零件抽象而成的幾何模型，是由五大基本立體通過(guò)疊加、切割和綜合的方式形成的。這部分內(nèi)容主要采用啟發(fā)引導(dǎo)為主，結(jié)合多媒體演示、板書示范完成理論教學(xué)，然后借助SolidWorks軟件進(jìn)行各種典型組合體三維建模，幫助學(xué)生建立空間概念，逐步培養(yǎng)空間想象能力。理論教學(xué)之后安排上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生完成習(xí)題冊(cè)上各種組合體三維建模，并配合筆者自己創(chuàng)建的SolidWorks立體模型庫(kù)來(lái)進(jìn)行自我檢測(cè)。SolidWorks軟件在組合體教學(xué)中的應(yīng)用增加了教學(xué)的趣味性，一個(gè)個(gè)鮮活的三維實(shí)體模型展現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生學(xué)習(xí)很有成就感，有力的幫助學(xué)生建立起了空間想象能力，一改以往工程圖學(xué)課程抽象難懂的局面。

2.4軸測(cè)圖

軸測(cè)圖是在二維繪圖環(huán)境下繪制出來(lái)的具有立體視覺(jué)效果的圖形。在工程圖學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)習(xí)軸測(cè)圖的畫法，可以幫助初學(xué)者提高理解形體的空間想象能力，為讀懂正投影圖提供形體分析與構(gòu)思的思路與方法。這部分內(nèi)容通過(guò)多媒體課件講解軸測(cè)圖的基本原理，然后結(jié)合AutoCAD軟件講解軟件中軸測(cè)圖繪圖環(huán)境的設(shè)定，并舉例進(jìn)行軸測(cè)圖繪制，最后通過(guò)SolidWorks進(jìn)行對(duì)應(yīng)模型的三維建模，由SolidWorks軟件自動(dòng)生成軸測(cè)圖，以驗(yàn)證AutoCAD軟件繪制的軸測(cè)圖的正確性。之后安排上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生自行完成習(xí)題冊(cè)提供的各類軸測(cè)圖，教師輔導(dǎo)答疑。

2.5零件常用表達(dá)方法

工程圖學(xué)課程中典型零件有：軸套類、盤蓋類、叉架類、箱體類；零件常用的表達(dá)方法有：視圖、剖視圖、斷面圖和局部放大圖等。為適應(yīng)表達(dá)各種物體內(nèi)外形狀的需要，SolidWorks提供了標(biāo)準(zhǔn)三視圖、模型視圖等多種表達(dá)方式。針對(duì)典型零件一一舉例進(jìn)行理論講解，之后安排上機(jī)實(shí)踐強(qiáng)化練習(xí)Solid-Works軟件中各種表達(dá)方法，在學(xué)習(xí)軟件的過(guò)程中加強(qiáng)了對(duì)工程圖學(xué)表達(dá)方法知識(shí)的理解與應(yīng)用。

2.6零件圖與裝配圖

以回油閥為模型，對(duì)學(xué)生進(jìn)行一次零件圖與裝配圖的綜合訓(xùn)練。首先，要求學(xué)生徒手繪制所有零件的二維草圖；然后利用SolidWorks軟件創(chuàng)建所有零件三維實(shí)體模型，培養(yǎng)學(xué)生徒手繪圖及三維構(gòu)形設(shè)計(jì)的能力；接下來(lái)由SolidWorks軟件直接生成對(duì)應(yīng)零件的二維工程圖，最后將二維工程圖導(dǎo)入AutoCAD軟件進(jìn)行精細(xì)化處理，使之符合機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。應(yīng)用SolidWorks軟件還可以將回油閥各零件按一定關(guān)系裝配在一起，生成回油閥裝配體，可以在軟件中變換視角，使學(xué)生對(duì)回油閥的形狀和結(jié)構(gòu)以及裝配關(guān)系有更清晰的認(rèn)識(shí)?；赜烷y裝配體也可以直接由SolidWorks軟件生成二維工程圖。

3　教學(xué)改革效果

筆者在近三年的本科教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用這種并行教學(xué)模式，在總學(xué)時(shí)不變的情況下，豐富了教學(xué)內(nèi)容，提升了教學(xué)的效率與質(zhì)量。學(xué)生在玩電腦的過(guò)程中既學(xué)會(huì)了工程圖學(xué)的知識(shí)又掌握了計(jì)算機(jī)繪圖軟件的操作與應(yīng)用。理論課考試成績(jī)明顯優(yōu)于其平行他班級(jí)，而且學(xué)生的動(dòng)手能力也有了極大的提高，大部分學(xué)生都積極參加了校級(jí)或國(guó)家級(jí)的CAD科技創(chuàng)新活動(dòng)取得了豐碩的成果。

4　結(jié)束語(yǔ)

在CAD技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的工程圖學(xué)思想和教學(xué)方法已難以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需要，工程圖學(xué)系列課程教學(xué)教學(xué)改革勢(shì)在必行。并行教學(xué)模式將二維CAD技術(shù)和三維CAD技術(shù)融入到工程圖學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，使抽象的空間想象過(guò)程變得形象、直觀。在這種并行教學(xué)模式下，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、表達(dá)能力和計(jì)算機(jī)繪圖能力都有了很大的提升，為后續(xù)課程打下了良好的基礎(chǔ)，并行教學(xué)模式值得推廣。

［1］吳狄.基于三維CAD技術(shù)的工程制圖教學(xué)改革研究［J］.沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，10（3）：408-411.

［2］田春來(lái)，何萍，肖文福. 機(jī)械CAD技術(shù)研究進(jìn)展與開源軟件應(yīng)用介紹［J］.萍鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，32（6）：19-24.

［3］吳卓，王林軍，秦小瓊.畫法幾何及機(jī)械制圖［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010：5-29.

TH12

蘭州理工大學(xué)工程圖學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)資助。