屈文涛,鲍泽富,孙艳萍

(西安石油大学机械工程学院,陕西西安 710065)

应用三维建模技术提高学生制图应用能力

屈文涛,鲍泽富,孙艳萍

(西安石油大学机械工程学院,陕西西安 710065)

提出机械类制图教育要面向应用,四年不间断,逐级强化,应用三维建摸技术提高工科学生制图应用能力,将三维建模技术和传统的制图课程内容相融合,构成新的内容体系,适应市场的需求和人才培养的要求。结合石油行业特色,进行了教材与教学资料建设,计算机辅助教学软件建设,工程制图试题库建设,工程制图精品课程网站建设,完成了计算机绘图实验室、零件测绘实验室、模型制作实验室、模型展览实验室的建设。

制图能力;三维建模;石油行业;试题库;网站

画法几何学自法国数学家加斯帕 ·蒙日(Gaspard Monge)创立至今已210余年了,它是在当时的历史条件下诞生和发展的,而以其为基本原理的工程制图更是随着人类工业化进程的发展及生产实践经验的总结,逐步形成一门机械工程领域的重要学科。它为满足机械结构设计、工程设计和解决空间几何问题提供了理论依据和有效的设计手段,因此历来是高等院校工科学生的一门必修的基础课程。

从工程制图产生至今,其基本思路都是研究一种用平面图形来表达空间三维形体的方法,并将其平面图形作为一种规范图纸用于指导生产、装配和进行技术交流。基于正投影法的工程图样既能清楚表达物体的形状,又便于度量和绘制,还可照图进行生产,所以,工程图样一直被誉为工程界共同的技术语言。然而,正因为其技术性较强,只有受过专业训练的人才能进行图样绘制和读图。从作者多年教学经验来看,很大一部分人员在三维形体经投影生成平面图形过程中会感到困难。近年来,由于三维建模和计算机技术的进步,相应的设计软件不断涌现,使用三维模型来表示空间形体已经不再困难,结合制造业的发展趋势,三维建模技术将逐渐应用到制造业中,完全可替代平面工程图样的作用。

1 建设优质立体化教学资源,引入机械类制图教育四年不间断教学理念,培养高素质创新型人才

1.1 进行三维实体建模技术融会到制图教学过程的实践

三维模型主要表现设计对象的总体结构和形状,而二维工程图则较全面的给出对象的尺度大小和相互位置关系,两者在课程体系中有着同样重要的地位。对于刚接触制图课的学生,我们在教学中利用形体的三维模型来加深学生对形体特征的理解和把握,从三维立体再到二维平面,对于难理解的二维图形用相应的三维模型进行多角度演示,可帮助学生更快地掌握。为了便于学生课下学习,我们有一套网上资源,丰富的模型可以让学生达到更进一步的理解。对于学生实际三维立体构型能力,我们则开设了目前常用的三维软件平台如Pro/E,UG和Solid Edge的培训课程,通过对实际零件的建模,来培养学生的造型能力,待学生掌握方法后给予设计任务,培养学生的创新能力。

1.2 机械类制图教育面向应用,四年不间断,逐级强化

现代科技的发展对本课程提出了新的要求,培养具备扎实基础知识,较强动手能力和工程素质的学生是我们的教学目的。制图能力对于机械类专业学生的今后从业是不可或缺的。在课程的安排上我们精心设计,大学第一学年安排制图的基础知识,如投影原理、图示方法和制图标准规范,培养学生对简单工程对象的表达能力和求真务实的严谨作风;第二学年安排计算机绘图、构型设计、三维实体造型以及计算机图形学的学习和训练,进一步加强学生的表达能力和实体造型能力的培养;第三学年在学生机械课程设计前安排测绘环节,通过对实际装配体以及零件的感受来训练徒手绘草图能力并强化零件图和装配图这样实践性强的环节的掌握,在随后的机械课程设计中再进一步加深学生的印象和理解;第四学年学生进入毕业设计环节。针对更具体的实际课题,学生需要用各种三维绘图工具和二维图形来进行设计表达和设计交流,其实际应用能力得到进一步加强。在设计中要求学生贯彻执行各种行业标准和国家标准以及规范。通过四年的逐级强化和面向应用的教育,学生毕业后能够很快适应生产和科研实际。

1.3 以科研成果促进教学发展

科研在高等教育中具有十分重要的地位。从教师所从事的课题研究中衍生出具有科研背景的各种题目,要求学生利用所学的图形学知识来完成,一方面让学生接触到科研前沿,从而为今后从事科研工作打下基础;一方面又锻炼了学生对所学知识的综合应用。教师注意将科研内容有机地渗透到教学中,起到了引导学生和拓宽学生眼界的作用,而教师在科研活动所表现出的品质,对学生的创造能力、精神、态度还可起到潜移默化的熏陶作用。从事科研对教师本身也是一个自我完善的过程。

1.4 建立优选机制,因材施教,培养学生的工程素质和创新能力

随着高校扩招,大学教育已经从精英教育转变为大众教育,学生的教育基础参差不齐,因此因材施教就显得更为重要。在保证整体教学质量的前提下,把我们有限的教学力量集中到想学、有能力也有精力的学生中,起到人才孵化器的作用。平时在教学中注意观察和引导学生,从中发现突出个体,建立课外科技小组,锻炼其驾驭所学知识,充分发挥其创新能力,培养合作意识,也让他们感受到学以致用的成功喜悦。对学生个体突破还可以起到带动群体的效果,把整体的学习氛围提升到新层次。工程测绘实验室面向学生全方位开放,培养学生的实际操作能力,大大缩短未来与实际工作的衔接时间。

2 认识课程特色,采取切实可行的教学改革措施

(1)结合石油行业特色完成教材建设。教材是课程的主要载体,是教师课堂教学和学生学习的主要工具,教材的内容和质量直接影响到教学质量,因此教材建设是课程体系改革的重要组成部分。为提高我校人才培养质量,改革教学内容和教学方法,我们结合我校的实际情况,针对培养目标规划、学时数以及学生实际情况主持编写并出版了《画法几何及工程制图》教材及辅助用书(配套习题集)。

(2)CA I课件的建设。计算机辅助技术的发展推动了制图教学体系的发展。传统的制图教学体系与先进的计算机辅助技术的融合成为该课程发展的必然趋势。我们以三维实体建模、计算机图学理论为基础,充分利用计算机绘图和建模软件,开发了一套机类、非机类、近机类多媒体课件,取代了传统的挂图、木模等,改变了传统的教学方法及手段,使教学方法及教学手段步入现代化,教学更形象生动,提高了教学效率和教学效果。

(3)配套实验教材建设。配合课程理论教学,安排学生分别完成16学时的装配体测绘实验和计算机绘图上机实验,2006年开始,我们重新编写了《安全阀装配体测绘指导书》《齿轮油泵装配体测绘指导书》《计算机绘图上机实验指导书》。这些指导性的实验教材对学生的实践教学环节起到了积极作用,有助于学生完成实验任务。上机指导书的扩展内容对培养学生的创新思维能力和个性化培养起到积极指导作用。

(4)实践性教学环境建设。现有10个独立的制图室(每个可容纳5个教学班)用于学生仪器图绘制、木模测绘、零件测绘及装配体测绘。还有一个教学微机室(150多台计算机),有良好的实验上机条件,保证学生一人一机。实践环节由主讲教师和助课教师共同指导。

(5)网络教学的应用。利用计算机网络建立制图网络教学、辅导系统,为教师教学、辅导,学生学习及课后做作业搭建起一座桥梁,从而创造一个无形的课堂。它不受时间、空间的限制。教师则以课堂教学为主、网络教学为辅组织教学。《画法几何与工程制图》课程网站的建设,包括该课程的教学大纲、课程电子教案、课程实验指导书、课程参考习题及其答案、课程部分现场教学录像、CA I多媒体课件展示等不断更新的网络资源,大大提高了学生的学习兴趣和学习效率。

3 结束语

通过利用自主研制开发的CA I课件、网络课程、教学录像、教学模型等教学资源,采用多媒体教学,在教学手段、教学方法上不断创新,很好地提高了本课程教学质量和教学效率。学生不及格率明显下降(原来30%,现在16%)。多媒体课件已应用在5个学期约300个班级的教学中,学生反映良好。

教学网站全面运行,网站资源不断更新,充分利用网络技术,实现教学的部分网络化,一方面弥补了利用多媒体课件的缺陷,便于学生自学,极大地调动了学生学习的积极性;另一方面更便于教师与学生的沟通;大大提高了教学效率和教学效果,有效地提高了学生的学习兴趣和学习效率。自网站运行以来,点击率已达10万余次。

新的教学理念的贯彻和实施,成果显著,学生参加图形类设计获全国Solid Edge第二届设计大奖赛团体二等奖;首届陕西省大学生“知识产权杯”外观设计大赛一等奖2项、二等奖2项,三等奖1项,优秀奖若干;第二届全国大学生机械创新设计大赛陕西赛区二等奖1项,三等奖2项;西安市大学生工业品外观设计大赛二等奖1项;第一届“东莞杯全国工业设计大赛”优秀奖;陕西中联阿姆瑞特杯家具设计大赛三等奖1项,优秀奖3项;泾渭新城杯陕西省家具设计大赛二等奖1项,三等2项,等等。

总之,我们的工程制图课程经过团队多年的建设与改革,无论从师资、教学资源、教学内容等方面都完全适应西安石油大学培养学生的目标,为石油行业和陕西省地方建设源源不断地输送了大批优秀的高级工程技术应用型人才。

[1] 制图教研室.深化制图教学改革突出学生能力的培养[J].郑州工业高等专科学校学报,2000,16(4):34-37.

[2] 屈文涛《.机械制图》课程体系改革探索与实践[J].教书育人,2002(11):21-24.

[3] 屈文涛.将计算机技术全面融入制图课程教学[J].凉山大学学报,2003(1):9394.

[4] 屈文涛.大学生机械创新能力培养方案探索与实践[J].唐山学院学报,2003,16(增刊):99-100.

[5] 章黎丽.机械制图课学生应用能力的培养[J].职业教育研究,2006(8):124-125.

[6] 杜长征,宋丽华.在制图教学中引入三维建模的探索与实践[J].教育探索,2009(8):25-26.

(责任编校:李聪明)

Application of 3d Modeling Technology to Strengthen Students’Practical Drawing Ability

QU Wen-tao,BAO Ze-fu,SUN Yan-ping
(School of Mechanical Engineering,Xi’an Shiyou University,Xi’an 710065,China)

This paper proposes that education in mechanical drawing should be application-oriented,continuous and strengthened increasingly for the four years.3D modeling technology should be used to imp rove engineering students’practical drawing ability,integrating 3D modeling technology with traditional drawing course to constitute the new content system and to meet the market demand and talent cultivation requirement.Combined with characteristics of the oil industry, w e carried out the construction of teaching material and educational materials,computer-aided teaching software,engineering drawing item bank and engineering drawing exquisite course web-site,and completed construction of computer graphics laboratory,parts surveying and mapping laboratory,model making laboratory,and model exhibition laboratory.

drawing ability;3D modeling;the oil industry;item bank;website

TH126

A

1672-349X(2010)06-0094-03

2010-08-24

陕西高等教育教学改革研究项目(陕教高[2007]68号)

屈文涛(1970-),男,教授,博士,主要从事制图、工业设计的教学与研究。