王振寧

（安陽工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南安陽455000）

0 引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證是保障高等院校工科專業(yè)教育質(zhì)量的重要機(jī)制和手段,也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際化的主要途徑[1]。其教育理念的核心是以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，認(rèn)證過程是把培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求作為評價學(xué)生是否合格的標(biāo)準(zhǔn)[2]。工科類專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生，其能力是否達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的要求，應(yīng)作為教學(xué)目標(biāo)重要的評價指標(biāo)之一。

“工程制圖”是工科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，工程制圖在經(jīng)歷了尺規(guī)制圖，二維CAD繪圖階段后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外優(yōu)秀的CAD軟件在我國工程領(lǐng)域的應(yīng)用面的不斷擴(kuò)大，主流的三維設(shè)計(jì)軟件，已經(jīng)不僅局限于繪圖功能，還集成了零件設(shè)計(jì)、裝配、工程圖、仿真、模具、加工、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能，涉及產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。三維設(shè)計(jì)軟件已成為工程上普遍采用的設(shè)計(jì)工具。

因此工程制圖理論、二維CAD軟件、三維CAD軟件的教學(xué)成為了一個系統(tǒng)的工程制圖課程體系，各學(xué)校對這些課程的叫法不一，此處分別以“工程制圖”、“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（2D）”、“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（3D）”稱呼，三者之間是各自獨(dú)立但又緊密相關(guān)的課程，三門課程的教學(xué)目標(biāo)即培養(yǎng)繪制（尺規(guī)繪圖、二維CAD繪圖、三維設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)與繪圖）以及識讀機(jī)械工程圖樣的能力。從而使學(xué)生不僅掌握制圖理論，而且能夠運(yùn)用軟件熟練進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工程圖繪制。這一目標(biāo)正符合工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心導(dǎo)向。

1 現(xiàn)階段制工程制圖類課程存在的問題

現(xiàn)階段，在各高校中，三門課程的教學(xué)比較獨(dú)立，雖然有學(xué)?；蚪處焽L試把計(jì)算機(jī)繪圖教學(xué)的內(nèi)容引入“工程制圖”理論課程中，甚至從培養(yǎng)計(jì)劃，教材、教學(xué)大綱、考試考核辦法入手組成了全新的“工程制圖”理論課，但是效果值得商榷，主要問題有以下幾點(diǎn)：

1）制圖課理論教學(xué)中引入大量的計(jì)算機(jī)繪圖內(nèi)容，造成學(xué)生對理論課程學(xué)習(xí)的不連貫，而且學(xué)生學(xué)習(xí)的焦點(diǎn)放在了趣味性較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)繪圖部分。筆者認(rèn)為在理論教學(xué)中引入三維軟件對三維模型進(jìn)行展示，能夠極大降低學(xué)習(xí)制圖理論的難度，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但學(xué)習(xí)重點(diǎn)還是要圍繞制圖理論進(jìn)行，三維軟件的使用或教學(xué)比重應(yīng)適當(dāng)。

2）學(xué)時無法滿足教學(xué)要求。通過對不同專業(yè)“工程制圖”課程多學(xué)時和少學(xué)時教學(xué)的長期教學(xué)總結(jié)，對于普通本科學(xué)校機(jī)械大類各專業(yè)學(xué)生來說工程制圖分兩個學(xué)期授課是適當(dāng)?shù)?。如果在理論教學(xué)中參入大量的計(jì)算機(jī)教學(xué)，理論教學(xué)部分學(xué)時無法保證。

3）教學(xué)場地?zé)o法滿足要求，對于一門課程，理論課教室和計(jì)算機(jī)機(jī)房交替排課，多數(shù)學(xué)校都無法滿足要求。

因此，三門課程仍需要獨(dú)立教學(xué)。但需要設(shè)法使制圖類各課程緊聯(lián)系在一起。

2 基于培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向的教學(xué)改革

工程制圖類課程應(yīng)嘗試從培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法、教學(xué)大綱，考核辦法上入手，制定一套全新的制圖類課程培養(yǎng)方案，使三門課程緊密聯(lián)系在一起，從而保證學(xué)生制圖理論扎實(shí)、識圖能力強(qiáng)、同時能夠熟練使用制圖工具進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及工程圖的繪制?，F(xiàn)以安陽工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院為例介紹。

表1 工程制圖類課程培養(yǎng)方案

2.1 培養(yǎng)計(jì)劃

2.1.1 工程制圖

1）工程制圖（1）、（2）系機(jī)械學(xué)院各專業(yè)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)必修課，工程制圖總學(xué)時為120，分為兩個學(xué)期，考試課，考核方法為閉卷。課程只講授工程制圖理論課程，但是會在新生入學(xué)教育中開辟一個專題，介紹①制圖在機(jī)械類課程中的地位、作用、內(nèi)容；②制圖技術(shù)經(jīng)歷的各階段及其特點(diǎn)，③各種主流三維設(shè)計(jì)軟件的功能、特點(diǎn)及使用領(lǐng)域，④相關(guān)制圖競賽（如“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等）的比賽內(nèi)容及獲獎情況。通過介紹使學(xué)生了解到，設(shè)計(jì)軟件是機(jī)械類學(xué)生必須掌握的設(shè)計(jì)工具，同時也認(rèn)識到在競賽中獲獎，在以后的就業(yè)和考研中將具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。激發(fā)學(xué)生對制圖理論課程和制圖軟件的學(xué)習(xí)興趣。在工程制圖課程的緒論環(huán)節(jié)，會對上述內(nèi)容重點(diǎn)介紹，從而吸引一部分感興趣的學(xué)生，在第一學(xué)期提前準(zhǔn)備電腦，介入三維軟件的學(xué)習(xí)。

2）在制圖課程中引入三維軟件和三維模型。傳統(tǒng)的實(shí)體模型在制圖課程教學(xué)中存在諸多缺點(diǎn)，PPT貼圖不能多角度實(shí)時展示模型，在制圖課程中逐步引入三維軟件和三維模型進(jìn)行教學(xué)，大大降低了教與學(xué)的難度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時通過課堂上的演示，使學(xué)生再次認(rèn)識到三維設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大功能及重要性。

現(xiàn)階段很多出版社都在制圖類教材中引入了新技術(shù)，通過手機(jī)拍照引入三維模型，作為課堂教學(xué)的輔助手段。方法一是通過手機(jī)中用于三維展示的APP掃描書中二維碼，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主瀏覽三維模型，這種方法目前較成熟，效果好，如機(jī)工出版社出版《工程圖學(xué)基礎(chǔ)教程》一書，方法二是引入VR技術(shù)，但現(xiàn)階段因?yàn)榧夹g(shù)問題效果并不理想。上述兩種方法可以在一定程度上通過三維模型輔助學(xué)生自學(xué)，課堂授課老師則可以通過Edrawings軟件對三維模型進(jìn)行展示。

通過給學(xué)生分享各類軟件的教學(xué)視頻及學(xué)習(xí)資料，促使一部分學(xué)生較早地開始學(xué)習(xí)三維設(shè)計(jì)軟件，從中我們會發(fā)現(xiàn)一些對此有興趣的學(xué)生，加以重點(diǎn)培養(yǎng)，為制圖競賽和各設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)儲備人才。

2.1.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（3D）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（2D）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（3D）是各專業(yè)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)必修課，以UG NX教學(xué)為例，現(xiàn)階段總學(xué)時為42學(xué)時，周學(xué)時為3學(xué)時，較以前的28的總學(xué)時有所增加，但考慮到其他課程設(shè)計(jì)或者節(jié)假日放假的占用，實(shí)際每學(xué)期包括本門課程考試只有14周教學(xué)時間，學(xué)時較少。

在長期的課程設(shè)計(jì)教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)輔導(dǎo)中，逐漸認(rèn)識到傳統(tǒng)的尺規(guī)繪圖、二維CAD繪圖的不足，以及制圖軟件學(xué)期安排滯后的不利之處，我們不斷前置制圖軟件課程，現(xiàn)階段將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（3D）安排在第二學(xué)期，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（2D）安排在了第三學(xué)期，不僅促進(jìn)了制圖理論課程的學(xué)習(xí)，而且因?yàn)檎n程前置，從而為后續(xù)制圖測繪、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，也為學(xué)生下一步進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，加入老師組織的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供了一定的人才儲備。

在培養(yǎng)計(jì)劃討論中，有另外一種觀點(diǎn)，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（3D）教學(xué)應(yīng)該更加提前，否則到第二個學(xué)期開始教學(xué)學(xué)習(xí)，再經(jīng)過自學(xué)和練習(xí)，真正能夠熟練使用各模塊進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，就要到大二下學(xué)期，大三專業(yè)課大量鋪開，同時一部分同學(xué)要考研，對于學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室或者設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)參與設(shè)計(jì)或者學(xué)科競賽，在時間上無法保障。因此教學(xué)目標(biāo)應(yīng)著眼于引導(dǎo)學(xué)生入門，至于學(xué)生的熟練使用，應(yīng)通過后期自學(xué)及練習(xí)達(dá)到，因此我們在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)進(jìn)行教學(xué)試點(diǎn)，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（3D）放在第一學(xué)期，通過兩年的試行，確實(shí)如上述觀點(diǎn)所描述，學(xué)生入門較早，后期很多同學(xué)會進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，真正參與設(shè)計(jì)實(shí)踐，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的專業(yè)水平，帶動學(xué)風(fēng)的提升有非常大的影響。但缺點(diǎn)是因?yàn)楣こ讨茍D理論課還沒有講解機(jī)件的多種表達(dá)方法以及零件圖、裝配圖，對三維軟件建模學(xué)習(xí)有一定影響，

2.2 教學(xué)內(nèi)容和考核方法

2.2.1 工程制圖

工程制圖（1）、（2）考試內(nèi)容選擇題15%，作圖題85%，重點(diǎn)考察學(xué)生對幾何體畫圖以及零件圖、裝配圖識圖的掌握。

上學(xué)期授課內(nèi)容為制圖基礎(chǔ)、畫法幾何，考察要點(diǎn)是截交線、相貫線、組合體；下學(xué)期內(nèi)容為機(jī)械制圖部分。考察要點(diǎn)為機(jī)件的常用表達(dá)方式（重點(diǎn)為剖視圖、斷面圖、螺紋緊固件裝配圖的作圖，以及零件圖、裝配圖的識圖）。

2.2.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（3D）

因?yàn)閷W(xué)時較少，對于模塊功能多，命令及其參數(shù)設(shè)置較多的UG NX來說，學(xué)時遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，教學(xué)內(nèi)容只能大幅度刪減，挑選最常用的模塊及命令，具體內(nèi)容如下：1）包含草圖和特征建模及編輯的常規(guī)零件建模命令；2）裝配模塊；3）工程圖模塊。其他如曲面建模、裝配圖中的爆炸圖、裝配序列動畫、運(yùn)動仿真等模塊由學(xué)生自學(xué)。

考核方式為機(jī)試，時間2小時，考核內(nèi)容為小型部件（7～10個零件）零件建模和裝配。

2.2.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（2D）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（2D）授課內(nèi)容以AutoCAD軟件的二維制圖教學(xué)為主，后期穿插CAXA電子圖板的使用，以及三維軟件工程圖轉(zhuǎn)AutoCAD格式文件，之后通過CAXA處理，直到打印出圖的使用流程，使學(xué)生不論是三維軟件生成工程圖，或是轉(zhuǎn)檔CAD出圖，都能夠熟練使用，以適應(yīng)現(xiàn)階段企業(yè)對制圖工作新的需求。

考核方式為機(jī)試，時間2小時，考核內(nèi)容為支架類、殼體類零件圖繪制和打印出圖。

3 教學(xué)改革效果

通過制圖類課程三年內(nèi)教學(xué)方面不斷改革，成效非常明顯，學(xué)生識圖、繪圖能力極大增強(qiáng)，完全可以達(dá)到行業(yè)對制圖能力的需求，符合工程教育專業(yè)認(rèn)證對課程的要求。

1）學(xué)生學(xué)習(xí)制圖類課程興趣提高；對工程制圖中的截交線、相貫線、組合體、機(jī)件的常用表達(dá)方法等難點(diǎn)理解能力大幅度增強(qiáng)，成績提高明顯；制圖測繪，機(jī)械設(shè)計(jì)等課程設(shè)計(jì)增加了計(jì)算機(jī)建模、繪圖、出圖工作，學(xué)生繪圖實(shí)踐能力極大增強(qiáng)。

2）學(xué)生學(xué)習(xí)制圖類軟件的興趣濃厚，積極參加各類制圖類、數(shù)字建模類比賽，取得了優(yōu)異的成績，2016年至今僅參加“高教杯”先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽的省賽和國賽，獲得省賽獲團(tuán)體特等獎、一等獎多項(xiàng)，省賽、國賽個人一、二、三等獎若干項(xiàng)的好成績，其他如全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，同樣獲獎頗豐。

3）因?yàn)橹茍D類課程的前置和加強(qiáng)，許多學(xué)生大一進(jìn)入教師設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，能夠從事很過實(shí)際工作，對學(xué)生專業(yè)能力的提升效果明顯，部分學(xué)生畢業(yè)時無需較長的實(shí)習(xí)階段，可以直接從事機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)工作。