曹鋒 李雙營 張麗娟

摘要：工程制圖課程是大部分工科專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式費時費力，并且學(xué)生的接受效果不佳.本文通過對傳統(tǒng)教學(xué)方式以及所存在的問題進行分析，并進一步闡述了與MIDAS軟件相結(jié)合的新的教學(xué)方式的優(yōu)勢及意義，對該課程的教學(xué)改革以及學(xué)生的空間想象力培養(yǎng)有重要的促進作用.

關(guān)鍵詞：MIDAS軟件;工程制圖;傳統(tǒng)教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）01-0159-03

工程制圖課程教學(xué)中，對學(xué)生的空間想象力要求較高，然而學(xué)生在課堂講解的短短幾分鐘內(nèi)，又難以完全將空間立體模型在腦海中映射出來.工程制圖課程中，立體的投影、截斷與貫穿以及立體的相貫部分內(nèi)容，對學(xué)生的空間想象能力要求更高.在這部分內(nèi)容的講解中，短短幾分鐘時間要求學(xué)生完全想象出立體模型，一部分學(xué)生就會做不到.教學(xué)的結(jié)果，使得部分學(xué)生跟不上課堂節(jié)奏，從而脫離有效的課堂教學(xué).如果教學(xué)過程中，教師用了大量的時間去引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建空間形體，又會造成教學(xué)滯后，空間的想象能力也不會得到提高[1].

MIDAS FEA軟件可以快速地建立任何立體幾何模型，如果在工程制圖課程教學(xué)中，在講解立體的投影以及立體相貫部分內(nèi)時，結(jié)合軟件建立的未劃分網(wǎng)格的有限元模型，可以給學(xué)生非常直觀地反映.軟件中旋轉(zhuǎn)功能，可以將模型進行360°旋轉(zhuǎn)，以及其中的平視圖、正視圖和側(cè)視圖功能，可以很直接地形成立體模型的三面投影圖.

1 課程與軟件情況

1.1 課程介紹

工程制圖是一門主要研究應(yīng)用投影原理進行圖示和圖解空間幾何問題的理論與方法的課程.它是工程專業(yè)必修的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的空間想象力，提高空間分析問題與解決問題的能力[2].

空間三維形體如何用二維平面表達或由二維平面圖樣如何想象三維空間形體，這是該課程特有的要解決的主要矛盾.其圖示理論雖然與立體幾何知識有密切關(guān)系，但又是用全新的投影概念去觀察、分析和解決問題的，初學(xué)者往往會感到陌生、抽象和困難[3].

1.2 MIDAS軟件

MIDAS軟件是一款專門適用于土木工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計軟件.其中MIDAS CIVIL適用于橋梁結(jié)構(gòu)分析，MIDAS GEN和MIDAS BUILDING適用于結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計，MIDAS FEA適用于土木結(jié)構(gòu)非線性及細部分析，MIDAS GTS適用于巖土結(jié)構(gòu)與隧道分析等.

本課題主要采用MIDAS FEA軟件，與畫法幾何課程教學(xué)相結(jié)合.MIDAS FEA軟件主要使用于土木結(jié)構(gòu)非線性及細部分析，也是目前唯一全部中文化的土木專用非線性及細部分析軟件[4].它的幾何建模和網(wǎng)格劃分技術(shù)采用了在土木領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的前后處理軟件MIDAS FX+的核心技術(shù)，同時融入了MIDAS強大的線性、非線性分析內(nèi)核，是一款專門適用于土木領(lǐng)域的高端非線性分析和細部分析軟件.MIDAS FEA擁有簡潔直觀的用戶界面，即使是初學(xué)者也可以在短期內(nèi)迅速掌握.特別是工程中比較難處理的各種非線性分析問題，程序不僅提供了簡單的參數(shù)化輸入方法，其全中文化的程序界面、全中文化的技術(shù)手冊、全中文化的培訓(xùn)例題，可以讓初學(xué)者迅速成長為高級分析人員.另外，MIDAS FEA軟件強大的立體建模功能，快速而且簡單，對立體模型的反映直觀明了.

2 傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)方式

傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)，在講解立體的投影以及立體的相貫部分內(nèi)容時，對學(xué)生空間分析能力的培養(yǎng)，成為教學(xué)的最大難題[5].課堂教學(xué)中，難以在短時間內(nèi)啟發(fā)學(xué)生的空間思維，課堂教學(xué)的效果也難以達到.傳統(tǒng)教學(xué)中，往往借助實體模型來直觀地給學(xué)生反映立體形狀，從而形成它的投影圖.

傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)中，還有一種經(jīng)常使用的教學(xué)方式，老師在黑板上畫出這個空間的立體模型，讓學(xué)生去分析它的三面投影圖.

2.2 傳統(tǒng)教學(xué)的問題

工程制圖教學(xué)中，立體的投影以及立體的相貫部分講解，需要學(xué)生較強的空間思維能力.由于部分學(xué)校教學(xué)資源匱乏，可供用于教學(xué)的實體模型又比較欠缺，尤其是相貫?zāi)Ｐ?實體模型一般比較小，也不一定能完全反映清楚.況且，看到的立體模型，在分析它的三面投影圖時，需要旋轉(zhuǎn)，老師在旋轉(zhuǎn)的過程中，角度很不好把握，導(dǎo)致所有學(xué)生看到的投影不完全一致.因此，如何找到一個既經(jīng)濟又直觀的立體模型，非常有意義.

傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，一種方式是使用現(xiàn)有的立體模型，從而作它的投影圖，另一種方式是老師課堂上現(xiàn)場作圖，做出空間的立體模型，進而作其投影.

方式一的教學(xué)中，立體模型的呈現(xiàn)，使得空間形體直觀地反映出來，從而進一步直觀地得出其投影.但是，現(xiàn)有的空間實體模型種類較少，可完全滿足教學(xué)使用的更少.因此，不是輕易就能找到一個符合的立體模型，模型上的尺寸就更難確定了.另外，在立體模型形成三面投影的過程中，需要去手動旋轉(zhuǎn).然而，旋轉(zhuǎn)的角度又難以把握，造成學(xué)生看到的投影又不是完全一致.

方式二的教學(xué)中，雖然作圖的過程比較清楚，對于簡單的模型，可以清楚直觀地反映.對于復(fù)雜的模型，由于作圖全部由直線或曲線構(gòu)成，因此，完成的圖由于線條非常多，導(dǎo)致空間形體的反映不再直觀明了.在黑板的平面上由眾多線條組成的立體圖形，對學(xué)生的空間想象力造成極大的考驗.另外，一個復(fù)雜的空間圖形，在黑板上作圖，需要耗費大量的時間，多數(shù)情況下一個立體模型的完成需要十多分鐘.因此，這種教學(xué)方式，不但不能提高學(xué)生的空間分析能力，還會對課堂教學(xué)的效果造成很大影響[6].

3 與MIDAS軟件相結(jié)合的教學(xué)方式

3.1與軟件結(jié)合的教學(xué)特點

在工程制圖教學(xué)中，對立體的投影以及立體的相貫部分內(nèi)容講解，結(jié)合MIDAS FEA軟件建立立體模型，能夠準(zhǔn)確直觀地反映其幾何形狀.

課堂的教學(xué)中，在給出兩面投影的情況下，做出三面投影的問題，需要學(xué)生較高的空間思維能力.或者沒有立體模型的情況下，給了三面投影圖，但是不完全，要求補全投影或者做出相貫線的問題.在學(xué)生難以想象其復(fù)雜模型的空間幾何形狀時，可以將軟件建立的有限元模型直接展示給學(xué)生們，從而引導(dǎo)學(xué)生進一步思維、分析，如圖1所示.

在沒有立體模型的情況下，給出不完整的三面投影，要求補全其投影，或者作出相貫線.學(xué)生在足夠時間內(nèi)難以想象出其空間幾何模型的情況下，借助MIDAS FEA軟件建立其空間幾何模型，直觀地展示出來，如圖2所示.

立體模型展示后，還可以通過軟件的旋轉(zhuǎn)功能，將模型進行旋轉(zhuǎn)，從而觀察其各投影方向的幾何形狀，如圖3所示.

通過旋轉(zhuǎn)立體幾何模型，可以觀察各投影方向的幾何形狀，從而根據(jù)投影原理做出其各面投影圖.投影圖繪制完成以后，如何能夠確定所作圖形是否正確，也是很值得思考的問題.費了大量的時間作圖，做出的圖形不正確，那么也是徒勞.再次借助MIDAS FEA軟件，所建立的空間立體模型，可以利用其主視圖、俯視圖及左視圖功能，校核其所作圖形是否正確，如圖4所示.

3.2 與軟件結(jié)合的教學(xué)意義

在工程制圖教學(xué)中，講解立體投影及立體相貫部分內(nèi)容，借助MIADS FEA軟件進行圖示.這種軟件建立立體模型快而且簡單，可以建立任何教學(xué)中所需要的立體模型.空間立體投影問題的求解，需要很強的空間想象力，在課堂教學(xué)中，短時間內(nèi)學(xué)生又難以想象其完整的空間形狀.因此，借助MIDAS FEA軟件建立其空間幾何模型，直觀地展示給學(xué)生，將會對學(xué)生的空間分析過程中的阻礙不解自開.

運用軟件可以建立教學(xué)中需要的立體模型，并且利用其旋轉(zhuǎn)功能可以360°方位給學(xué)生展示各個方向的幾何形狀.通過立體的模型以及配合旋轉(zhuǎn)展示，可以引導(dǎo)學(xué)生空間想象力的開發(fā)，逐步提高其空間分析問題的能力.

通過軟件所建立的立體模型，配合軟件的旋轉(zhuǎn)功能，可以全方位地給學(xué)生展示其幾何形狀.從而充分發(fā)揮學(xué)生的空間想象力，逐步完成各面投影圖.最后，還可以借助軟件自帶的主視圖、左視圖及俯視圖的功能，來檢驗已完成的投影圖是否正確.

MIDAS FEA軟件在工程制圖課堂教學(xué)中的應(yīng)用，簡單易行且具有較強的可操作性.這樣的教學(xué)方式，不僅使得課堂教學(xué)有效，而且能夠切實提高學(xué)生的空間思維能力及空間分析能力.

4 結(jié)語

（1）工程制圖課程教學(xué)需要學(xué)生具備較強的空間想象能力及分析能力.傳統(tǒng)的教學(xué)方式，由于教學(xué)資源欠缺、實體模型展示過程中難以精準(zhǔn)把握以及板書及多媒體教學(xué)均無法做到全方位展示，因此該課程的教學(xué)效果極為不佳，對學(xué)生及教師的心理造成了嚴重的影響.

（2）與MIDAS軟件相結(jié)合的教學(xué)方式，很大程度上克服了實體模型不足、展示過程難以全面把握以及現(xiàn)場繪圖費時費力等弊端.教師易于展示、學(xué)生易于接受，對課程的學(xué)習(xí)起到良性的促進作用.

（3）隨著教育教學(xué)改革的大力發(fā)展，部分課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式已不能滿足學(xué)生需求及社會發(fā)展的需要，尋求新的、有效的教學(xué)方式，使教師易于教、學(xué)生易于學(xué)，是教學(xué)改革的必由之路.

參考文獻：

〔1〕冷繼梅.工程制圖教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2005（03）：180-181.

〔2〕韓麗艷，丁喬，張孟玫.面向工程制圖教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法研究與實踐[J].教學(xué)研究，2012，35（02）：76-78+82.

〔3〕薛愛文.多媒體技術(shù)在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].機械工程與自動化，2004（04）：49-50+52.

〔4〕馬小秋.計算機軟件在畫法幾何課程中的應(yīng)用[J].四川水泥，2015（01）：328.

〔5〕李雨桐，閆成新.《工程制圖》教學(xué)實踐中綜合培養(yǎng)學(xué)生工程表達能力的探討[J].裝備制造技術(shù)，2012（10）：213-215+234.

〔6〕周艷華，史佩，高華軍.工程制圖課程教學(xué)方式方法淺談[J].教學(xué)研究，2015，38（04）：83-86.