呂述綱 何陽春

(浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院)

工程圖樣是工程信息的載體，被稱為“工程界的技術(shù)語言”，工科教育教學(xué)活動(dòng)中，工程圖學(xué)在工程教育知識(shí)體系中處于基礎(chǔ)性地位，是大學(xué)學(xué)習(xí)階段重要的思維訓(xùn)練和工程教育的先導(dǎo)課程?！昂诎?粉筆+三角板”的傳統(tǒng)授課模式雖然已經(jīng)被多媒體課件替代，但是，多媒體課件教學(xué)模式還沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性改變，“照?qǐng)D索驥”的繪圖技能學(xué)習(xí)方式還是沒能突破，形成了工程制圖課程的側(cè)重點(diǎn)在制圖，疏遠(yuǎn)了工程實(shí)質(zhì)。

“新工科”教育理念的倡導(dǎo)、科技的進(jìn)步、新的教學(xué)手段的出現(xiàn)以及三維建模軟件的普及應(yīng)用，使得工程制圖的教育教學(xué)改革越來越迫切，同時(shí)也具備了實(shí)現(xiàn)新教學(xué)模式的方法。在這一背景下，以培養(yǎng)工程素養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐能力為目標(biāo)，通過梳理工程制圖課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，開展工程制圖課程教學(xué)改革與實(shí)踐，探索創(chuàng)新教學(xué)方法，構(gòu)建閉環(huán)學(xué)習(xí)過程，對(duì)于提升教學(xué)質(zhì)量、提高教學(xué)水平、促進(jìn)工程素質(zhì)培養(yǎng)，以及培養(yǎng)創(chuàng)新型技術(shù)人才具有重要意義。

一、工程制圖知識(shí)中工程思想的嵌入

工程制圖是以畫法幾何為理論依據(jù)的應(yīng)用實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，課程以工程圖樣的讀圖和繪制為目的，主要包括從空間幾何元素點(diǎn)、線、面以及基本幾何體的投影表達(dá)的理論分析到各種圖樣表達(dá)方法和典型零件的表達(dá)方法。工程制圖的理論內(nèi)容來源于工程實(shí)踐，最終也應(yīng)用在工程實(shí)踐之中，合理的工程制圖繪制蘊(yùn)含著很多工程認(rèn)知，課程的學(xué)習(xí)過程根據(jù)工程實(shí)踐的認(rèn)知過程，在不同的學(xué)習(xí)階段引入與工程相關(guān)的背景內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生對(duì)工程問題的思考，促使學(xué)習(xí)過程能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的結(jié)合。

工程制圖課程的知識(shí)體系以空間里的點(diǎn)、線、面為起點(diǎn)，通過幾何投影法表達(dá)幾何元素的空間位置關(guān)系，熟練掌握這些內(nèi)容是學(xué)好工程制圖課程的基礎(chǔ)，這些內(nèi)容可以通過空間幾何構(gòu)型的方法建立空間元素的各種位置關(guān)系模型，幫助學(xué)生能夠理解透徹空間位置關(guān)系，特別著重培養(yǎng)學(xué)生空間想象和空間邏輯分析能力。

基本立體以及組合體的三視圖表達(dá)是從基礎(chǔ)投影理論到零件圖表達(dá)的過渡和認(rèn)知漸進(jìn)的重要階段，起到承前啟后的作用。主要學(xué)習(xí)從實(shí)際工程模型中抽象出各種基本平面立體、回轉(zhuǎn)體到截切體、相貫體的表達(dá)方法。重點(diǎn)學(xué)習(xí)來源于工程問題中的模型，比如重點(diǎn)掌握在實(shí)際工程問題中出現(xiàn)較多的圓柱截切和相貫情況，盡量避免糾結(jié)非工程現(xiàn)實(shí)模型，比如復(fù)雜的平面立體切割體等，通過CAD三視圖和SolidWorks三維建模造型來強(qiáng)化這部分內(nèi)容的掌握。

課程最重要的內(nèi)容是零件圖的各種表達(dá)方法，包括基本視圖、斜視圖、局部視圖和剖視圖，其中剖視圖表達(dá)方法是重中之重，這部分內(nèi)容可以通過各種典型零件的SolidWorks三維模型，幫助學(xué)生掌握不同類型零件的常見的表達(dá)方法，裝配體主要以歷年全國大學(xué)生產(chǎn)品信息建模比賽的模型為例進(jìn)行建模，圖1表述了工程制圖課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)以及對(duì)應(yīng)表達(dá)方式和實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐的具體方法。

圖1 工程制圖的知識(shí)結(jié)構(gòu)與工程實(shí)踐方法

二、基于工程實(shí)踐的三維模型庫建立

工程制圖課程學(xué)習(xí)從簡單幾何空間元素到復(fù)雜的工程實(shí)際零件，由空間抽象思維到形體想象的過程，若每一部分內(nèi)容有具體的形體模型來支撐理解和想象，通過形象思維和形體模型的相互對(duì)照轉(zhuǎn)換，能夠幫助學(xué)生們建立較好的空間想象和空間邏輯分析的能力，高效地完成各部分制圖知識(shí)和制圖技能的學(xué)習(xí)。

根據(jù)課程內(nèi)容建立了工程制圖的三維模型庫，該模型庫中包括了6個(gè)模型子庫，分別是空間幾何構(gòu)型子庫、基本幾何體子庫、組合體形體子庫、典型零件庫、標(biāo)準(zhǔn)件子庫和部件裝配體子庫，建立模型時(shí)充分考慮了各階段知識(shí)學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)，如：學(xué)習(xí)基本幾何體繪圖知識(shí)章節(jié)，模型庫中涵蓋了基本平面立體、基本回轉(zhuǎn)體等特征組成的基本幾何體模型；學(xué)習(xí)組合體繪圖知識(shí)章節(jié)，模型庫中涵蓋了疊加、切除及復(fù)合等組合方式形成的典型形體模型；學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)件制圖知識(shí)章節(jié)，模型庫中包含了螺栓、螺釘、螺母、墊圈、軸承、齒輪、彈簧等常用標(biāo)準(zhǔn)件形體模型；學(xué)習(xí)零件圖知識(shí)章節(jié)，模型庫中也涵蓋了體現(xiàn)工程應(yīng)用功能的4種典型的工程零件形體模型。各模型庫的詳細(xì)內(nèi)容如圖2所示。

圖2 工程制圖三維模型庫

歷年全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模競賽中的形體構(gòu)型模型、零件模型和裝配體模型來源于工程實(shí)踐，緊跟工程圖學(xué)的發(fā)展方向，具有較復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)、涵蓋代表性工藝特點(diǎn)的工程模型，將這些模型以及包含的單個(gè)零件模型應(yīng)用于課程全過程可以全面覆蓋知識(shí)點(diǎn)，更有利于知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，所以工程制圖模型庫中還建立了歷年競賽中的一些典型的形體模型。

三、學(xué)科競賽牽引的教學(xué)改革實(shí)踐

近年來，大學(xué)生學(xué)科競賽受到了高等院校的關(guān)注和支持，學(xué)科競賽對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生解決綜合性實(shí)際問題的能力有很大的促進(jìn)作用，學(xué)科競賽也是一種由純理論知識(shí)學(xué)習(xí)延伸到解決綜合性實(shí)際問題能力培養(yǎng)的有效途徑，特別是對(duì)一些理論基礎(chǔ)扎實(shí)的同學(xué)，參與學(xué)科競賽是提升自身綜合能力的重要方式。

全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽是由高等教育學(xué)會(huì)工程制圖專業(yè)委員會(huì)主辦的國家級(jí)大學(xué)生學(xué)科競賽，也是全國高等學(xué)校學(xué)科競賽排行榜內(nèi)競賽項(xiàng)目。競賽以提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際工程問題進(jìn)行成圖技術(shù)、產(chǎn)品信息建模的實(shí)踐能力為目的，能夠促進(jìn)工程制圖課程的教學(xué)交流，也能夠促使教學(xué)手段緊跟現(xiàn)代科技發(fā)展出新的方法。

1.引導(dǎo)學(xué)生積極參與校內(nèi)競賽

工程制圖課程大多是在大學(xué)一年級(jí)第一學(xué)期開設(shè)的，大一新生對(duì)實(shí)際工程問題缺乏認(rèn)識(shí)，對(duì)競賽的內(nèi)容和方式都不熟悉。因此，在進(jìn)行第一學(xué)期工程制圖課程的教學(xué)過程中，要對(duì)學(xué)科競賽進(jìn)行必要的介紹，對(duì)學(xué)科競賽中的實(shí)際工程模型進(jìn)行分析，吸引學(xué)生對(duì)競賽建模和分析產(chǎn)生濃厚興趣，為第二學(xué)期參加比賽打好理論基礎(chǔ)，做好準(zhǔn)備。

2.開設(shè)工程制圖拓展性競賽輔導(dǎo)課程

經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的工程制圖的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備后，依據(jù)工程制圖課程的學(xué)習(xí)成績和個(gè)人興趣愛好與意愿，組建工程制圖校內(nèi)工程制圖拓展性學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，開設(shè)立體幾何構(gòu)型、零件圖表達(dá)方法尺規(guī)繪圖學(xué)習(xí)輔導(dǎo)課程，加強(qiáng)學(xué)生典型零件的表達(dá)方法的學(xué)習(xí)，同時(shí)也開設(shè)三維建模SolidWorks的線上學(xué)習(xí)課程，主要學(xué)習(xí)三維建模的方法，經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)和競賽準(zhǔn)備可以熟練掌握SolidWorks三維建模的方法。

3.利用學(xué)科競賽的成果促進(jìn)工程制圖的課內(nèi)教學(xué)改革

學(xué)科競賽可以全方位將工程制圖課程中的形體構(gòu)型、零件圖、裝配圖、標(biāo)準(zhǔn)件等工程制圖的多個(gè)知識(shí)塊與工程實(shí)踐聯(lián)系起來，讓學(xué)生建立制圖與工程實(shí)踐的直接關(guān)聯(lián)。運(yùn)用課堂所學(xué)知識(shí)，繪制工程圖樣、模型建立的過程，同時(shí)也可以加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的充分理解；在參賽過程中將制圖知識(shí)與工程實(shí)踐進(jìn)行對(duì)照，理解工程制圖對(duì)工程實(shí)踐的作用，促進(jìn)了工程制圖知識(shí)的學(xué)習(xí)和繪圖技能的提升。