宋增梅

摘 要：随着高等教育的发展，工程制图课程教学改革势在必行，本文建议将虚拟现实技术引入工程制图课堂，把三维制图软件的学习纳入工程制图的教学范畴，积极利用无线及有线互联网络，将课上学习和课下学习紧密地结合在一起，并在此基础上大力改进工程制图考核方法，以适用工程实际要求。

关键词：工程制图；教学改革；三维设计；工程实践

一、引言

工程制图为高等学校工程学科的一门基础课程，大多在大學一二年级开设，其内容包含画法几何学和制图两部分。由于本课程的学习需借助于空间想象能力，学生普遍反映学习难度大，其核心内容难以掌握。基于这种情况，我们很有必要针对工程制图的教学方法及授课内容进行进一步的探讨，以利于保证工程制图课程的授课质量。

二、结合三维设计软件，将虚拟现实技术引入课堂

在工程制图的学习过程中，学生空间想象能力的培养非常重要，它是学生学好这门课程的关键所在。所以，工程制图的教学离不开被绘制物体的教学模型或被绘制物体的立体图，传统方法过于呆板，主要是借助于教学模型以及正等轴测或斜二等轴测立体图，教学模型的数量有限，而且因自身的局限性在讲解时会受到诸多限制，比如在剖分时只能遵循已经定制好的剖面、大课堂讲解局部特点时因模型较小，学生看不清楚等。而正等轴测或斜二等轴测立体图只能用于学生想像零部件的立体形状，而不能进行实际剖分操作及投影操作，从而影响学生的学习效果。

基于以上原因，工程制图课堂可以引入虚拟现实技术，比如利用三维设计软件Solidworks中的Composer模块，教师可以现场绘制不同的模型，或在课件中插入已经做好的Composer模型文件，在课堂上从不同角度现场展示模型，现场以任意平面剖切模型。并可以动画形式展示不同角度的模型三维图像、或展示以不同平面剖切模型的剖切过程，且可以根据需要任意放大或缩小展示模型，实现交互操作。

在工程制图教学内容中，“画法几何学”部分的难度较大，学生难以掌握。其最主要原因在于低年级的学生们还没有工厂实践经验，其空间想象能力比较差。对此，授课教师可以轻易利用机械三维设计软件建立起立体的点线面投影，在教学课堂上现场制作、现场展示，简单明了，这样可以达到非常好的教学效果。

三、利用在线课程模式，提高学生学习积极性

目前，慕课等在线课程方兴未艾，为提高学生的学习积极性，可以将在线课程模式引入工程制图的教学过程中，将课程相关知识点的难点部分和学生容易混淆的重点内容，以课件的形式和视频的形式上传到网络进行重点讲解，并相应地提出一系列问题，让学生边学习边思考。

线上的部分内容还安排学生在课前进行预习，这样学生在对本节重点内容和难点内容预习的基础上再进行课堂学习。在课堂学习过程中，授课教师可以安排学生应用手机调出已经制作好的零部件交互图像，学生点击图像进行交互操作，多角度展示零部件立体影像，加深学生对相关知识的理解。授课教师还可以安排学生应用手机调出本节的习题进行课堂练习，并实时对练习结果进行评判。课后安排在网上完成相应章节的作业，这样会极大的提高学生的学习效率。

当然对于工程制图而言，线上课程也有它的不足之处，比如工程制图习题大多是绘图题，网上答题很难做到手工绘图，再比如学生课下的作业如安排在网上完成，很难保证所完成的作业是本人所做，等等。这就需要我们教学者集思广益，探索多种方法来提高在线课程的教学和考核水平，比如关于工程制图的线上绘图习题问题，我们可以采用学生在纸上绘制，然后拍照上传网络的方法来解决。

四、将两维绘图与三维绘图衔接，提高学生的实践能力

开设工程制图这门课程的目的，当然是为了学生工作后的工程应用，基于这个原因，大多数高校在工程制图课程中设置了实践环节，即测绘机械设备零部件，利用二维设计软件绘制零件图及装配图。这种实践环节的设置，较大地提高了学生的实践能力，但从另一个角度来看，对于初学者来说，利用二维设计软件进行零部件设计会阻滞设计者的设计思路，而改用三维设计软件可以极大释放初学者的空间想象能力。

随着生产及设计水平的进一步发展，三维绘图在工程实践中得到了越来越广泛的应用，当前大多数企业已经实现三维软件绘图。为适应企业要求，许多高校在高年级开设了三维绘图课程，但三维绘图课程的设置与工程制图课程存在着严重的脱节。目前，三维绘图课程与工程制图课程在教学上互不关联，且大多安排在工程制图课程学完后的两三个学期进行，课程设置者通常认为，学生学完相关设计类专业课程后进行三维绘图课程有利于学生对本课程的学习。但这种设置破坏了二维制图和三维绘图之间的连贯性，使学生对制图的学习发生了中断，且延长了制图的学习时间，不利于学生的进一步学习。

我们通过教学实践发现，将工程制图课程和三维绘图课程合并，可以明显提高学生的学习效率，节省课时。学生在学习过程中空间想象能力会得到很大的提高。在制图课程设计过程中，在思路上可以轻易将零部件在两维空间和三维空间之间转化。设计时思路会更加明晰，对于零部件结构的理解会更加深入。学生的两维制图能力和三维绘图能力都得到了相应地提高。

五、改进工程制图考核方法，反映学生真实制图水平

目前，工程制图课程考核方法无非是以下三种：开卷考试、闭卷考试或大作业，一般以闭卷考试和大作业居多，闭卷考试对于考核学生对投影方法、投影规律、零部件表达方法等方面比较合适，但对于考核学生对于制图实际工程应用方面的掌握较为欠缺，工程制图大作业的考核方式较为合理，但目前的工程制图大作业仅仅要求学生提供一幅手绘的机械零部件图纸，这副图纸还是借鉴于已有的样本，很难考核出学生对于掌握工程制图知识的真实水平。

鉴于以上原因，我们在教学实践中可以采用以下方法，在工程制图和三维绘图课程合并的基础上，合理的安排绘图实践环节，给定学生带有所有尺寸的零部件正等轴测或斜二等轴测图纸，让学生利用三维设计软件绘制出零部件三维图纸，并在三维图纸基础上由三维设计软件生成标准的二维工程图纸。其中，二维图纸的表达方法由学生自己确定。学生还需利用三维软件相关计算模块得出零部件的质量和重心坐标，以校验学生绘制零部件三维图的准确性。最终绘制结果由教师进行评判。这种考核方法可以较为有效地评判学生的学习效果，并切实符合工程实际的需要。

六、结束语

由于工程制图课程的特殊性，其课程改革一直是一个难点。借助当前计算机技术的飞速发展，可以将工程制图课程与计算机软、硬件技术密切结合起来，针对课程的实际情况，将虚拟现实技术、三维设计技术和互联网技术纳入工程制图的教学过程中，大力提高学生的学习效率和教师的工作效率，将工程制图的教学改革进一步切实推进。

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