工程制圖是理工類(lèi)本科生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程教學(xué)正面臨著學(xué)時(shí)日益減少而內(nèi)容沒(méi)有減少的矛盾，學(xué)生普遍反映該課程學(xué)習(xí)難度大，做作業(yè)耗時(shí)且想象不出形體空間結(jié)構(gòu)。如何根據(jù)制圖課程的特點(diǎn)，有效地結(jié)合三維CAD軟件來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量；如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)充分發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，使其有效地掌握本課程的內(nèi)容并提高對(duì)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，一直是現(xiàn)代工程制圖教學(xué)亟待解決的問(wèn)題。
自去年我國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》后，工程教育面臨新的挑戰(zhàn)，學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力需要進(jìn)一步提升。我校作為一所應(yīng)用型本科院校，以培養(yǎng)一線(xiàn)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，原有的工程圖學(xué)教學(xué)模式已不能滿(mǎn)足“工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”、“工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”的實(shí)施，也不能滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)需求，探索適合新形勢(shì)下人才培養(yǎng)的圖學(xué)教學(xué)新模式迫在眉睫。
一、三維CAD軟件引入實(shí)時(shí)制圖課程
傳統(tǒng)的教學(xué)模式中教師板書(shū)工作量較大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力又不生動(dòng)。多媒體CAI課件教學(xué)以其圖文并茂的畫(huà)面、直觀(guān)的動(dòng)態(tài)模擬和形象逼真的動(dòng)畫(huà)，使得一些抽象難懂的教學(xué)內(nèi)容變得生動(dòng)形象而具體。但是我們所采用的課堂教學(xué)CAI課件都是課前已設(shè)計(jì)好的，當(dāng)學(xué)生在聽(tīng)課過(guò)程中有不同的反映時(shí)，課件不能針對(duì)學(xué)生個(gè)體做出相應(yīng)的改變。
許多三維CAD設(shè)計(jì)軟件如SolidWorks、UG、Pro/E等為工程圖學(xué)的教學(xué)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。在本課程中，教師將三維CAD設(shè)計(jì)軟件與已有的CAI課件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在課堂上直接進(jìn)行三維立體建模，這種教學(xué)過(guò)程緊湊、生動(dòng)、有趣，更形象地增強(qiáng)學(xué)生的空間概念，啟發(fā)了學(xué)生的積極思維，使其加深了理解，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的興趣，改進(jìn)了教學(xué)效果；還可使學(xué)生對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件有直觀(guān)的體驗(yàn)和了解，熟悉操作界面，為后續(xù)的課程學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。
我們將AutoCAD直接融入制圖教學(xué)中，教學(xué)過(guò)程中先由教師講授軟件AutoCAD的基本命令和操作方法，再讓學(xué)生通過(guò)繪制圖形掌握軟件使用方法。其中二維繪圖部分的課時(shí)分配達(dá)到CAD課時(shí)的2/3，三維建模達(dá)到1/3，并結(jié)合課內(nèi)的習(xí)題及自編的上機(jī)手冊(cè)讓學(xué)生進(jìn)行練習(xí)。實(shí)踐證明，不管是二維平面繪圖還是三維建模，在經(jīng)過(guò)一到兩次的上機(jī)指導(dǎo)與訓(xùn)練后，學(xué)生都能熟練掌握。特別是三維建模，在完成一到兩個(gè)造型練習(xí)之后，絕大多數(shù)的學(xué)生都具備了獨(dú)立完成三維實(shí)體造型的能力，很有成就感并且興趣濃厚。
譬如截交線(xiàn)和相貫線(xiàn)是制圖教學(xué)中的難點(diǎn)，教師利用UG的參數(shù)化功能，通過(guò)對(duì)兩回轉(zhuǎn)體直徑參數(shù)或者軸線(xiàn)相對(duì)位置的變化，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地從任意角度觀(guān)察對(duì)相貫線(xiàn)的影響，參見(jiàn)圖一。這一系列的教學(xué)過(guò)程教師在課堂中只需要幾分鐘即可完成，而且這些改變可以根據(jù)學(xué)生的課堂反映和要求隨時(shí)進(jìn)行，其靈活性和效果都是提前做成的CAI課件所*的。如果利用三維繪圖軟件正確地畫(huà)出立體，截交線(xiàn)和相貫線(xiàn)將自動(dòng)產(chǎn)生，通過(guò)立體形成的直觀(guān)展示，使學(xué)生意識(shí)到截交線(xiàn)和相貫線(xiàn)的形狀是由物體的形狀、大小和相對(duì)位置決定的，所以在標(biāo)注尺寸時(shí)不應(yīng)對(duì)截交線(xiàn)、相貫線(xiàn)直接標(biāo)尺寸，而應(yīng)對(duì)形成它的立體及其相對(duì)位置標(biāo)注尺寸。

圖一兩相交圓柱的相貫線(xiàn)隨直徑變化趨勢(shì)
在零件圖中選擇四種典型零件，以UG為平臺(tái)從每一個(gè)零件開(kāi)始，逐一在課前建好各零件的三維模型，并生成其二維工程圖，課堂上詳細(xì)分析零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及表達(dá)方法。
在裝配圖中，只要給出零部件之間的裝配約束關(guān)系，用UG完成三維裝配過(guò)程方便簡(jiǎn)單，教師在課前完成裝配，課堂中對(duì)裝配過(guò)程進(jìn)行播放，實(shí)時(shí)觀(guān)察分析各個(gè)零件間的裝配定位關(guān)系，還可在裝配環(huán)境下直接打開(kāi)裝配模型樹(shù)中的每一個(gè)零件的模型，分析它們的結(jié)構(gòu)，結(jié)合裝配圖進(jìn)行讀圖和繪圖方面的進(jìn)一步分析講解。在整個(gè)制圖課程中，教師利用三維CAD設(shè)計(jì)軟件建模幾乎貫穿教學(xué)的全過(guò)程，見(jiàn)圖二。

圖二課程教學(xué)與三維設(shè)計(jì)軟件的相互滲透
教學(xué)內(nèi)容加入三維建模并不能改變工程制圖課程的性質(zhì)和內(nèi)容。在畫(huà)法幾何部分，要重視基本投影知識(shí)的學(xué)習(xí)和空間思維訓(xùn)練；在工程制圖部分，要求學(xué)生掌握三維造型工具，但三維造型工具并不能*取代二維的繪圖方法，在引入三維建模后，制圖課程教學(xué)內(nèi)容仍然以二維為主，三維建模只是幫助學(xué)生理解形體的構(gòu)成。
二、過(guò)程考核
隨著教育改革的深入，工程圖學(xué)課程的考核方式也有了一定的改進(jìn)，學(xué)校先行試點(diǎn)對(duì)課程實(shí)行過(guò)程化考核，即降低期末考試的占比，對(duì)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估。具體實(shí)施過(guò)程化考核的時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容由任課教師決定，教師必須在每學(xué)期的開(kāi)學(xué)前提交本課程的過(guò)程考核大綱、任務(wù)書(shū)、具體實(shí)施方案等，學(xué)期結(jié)束后上交過(guò)程考核的總結(jié)以及學(xué)生過(guò)程考核的題目試卷，同時(shí)在學(xué)院內(nèi)部進(jìn)行匯報(bào)交流，分析和總結(jié)過(guò)程化考核中的經(jīng)驗(yàn)和不足，為今后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。圖三為機(jī)械制圖課程過(guò)程考核成績(jī)分布的比重圖。

圖三
本課程在每一章節(jié)結(jié)束后，利用課內(nèi)20分鐘左右的時(shí)間進(jìn)行過(guò)程考核，基本是2～3題的題目量，有繪圖也有選擇題，題目來(lái)源于平時(shí)習(xí)題中出現(xiàn)比較多的一些問(wèn)題及本章的典型結(jié)構(gòu)，目的是讓學(xué)生有一個(gè)自我認(rèn)識(shí)，學(xué)完本章節(jié)以后自己究竟掌握了多少知識(shí)，熟練程度如何。同時(shí)對(duì)于考核成績(jī)比較弱的學(xué)生逐一進(jìn)行輔導(dǎo)訂正，直到其掌握為止。到期末時(shí)通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生的平時(shí)過(guò)程考核成績(jī)不高，但是后的期末考試成績(jī)都高于他們的過(guò)程考核成績(jī)。這就說(shuō)明通過(guò)每一次每一章節(jié)的過(guò)程考核，學(xué)生對(duì)其越來(lái)越重視，并且通過(guò)訂正及時(shí)掌握了原本還未掌握的知識(shí)點(diǎn)。我們隨意抽取了4個(gè)不同院系的自然班級(jí)進(jìn)行調(diào)查，具體數(shù)據(jù)參見(jiàn)圖四（a）。同時(shí)還對(duì)同一班級(jí)學(xué)生的過(guò)程考核與期末考試分?jǐn)?shù)的分布狀態(tài)作了比較，其數(shù)據(jù)見(jiàn)圖四（b），處于不及格和60～69分之間的學(xué)生數(shù)減少，而80或90分以上的學(xué)生數(shù)增加，意味著不及格率降低了而率得到了提高，因此過(guò)程考核已經(jīng)由點(diǎn)到面全面鋪開(kāi)。

（a）

（b）
圖四
三、實(shí)踐教學(xué)———制圖測(cè)繪（根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)2~3周）
以前的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容為進(jìn)行球閥或者齒輪油泵的測(cè)繪，徒手繪制草圖，然后根據(jù)所測(cè)繪的草圖，利用AutoCAD繪圖軟件完成二維零部件工作圖和裝配圖的繪制，實(shí)質(zhì)相當(dāng)于一次關(guān)于零件圖、裝配圖內(nèi)容的綜合性大作業(yè)。
教改后的教學(xué)內(nèi)容增加了零部件三維建模與虛擬裝配，具體測(cè)繪步驟如下：
（一）準(zhǔn)備階段
把班級(jí)學(xué)生分成若干個(gè)5～6人的小組，仔細(xì)閱讀測(cè)繪指導(dǎo)書(shū)，分析被測(cè)對(duì)象的作用、工作原理、傳動(dòng)方式、結(jié)構(gòu)及裝配連接關(guān)系等，要求通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作的方式共同討論、分工協(xié)作。
（二）測(cè)繪階段
在拆卸部件并對(duì)部件的各個(gè)零件進(jìn)行測(cè)繪前，先測(cè)量一些重要的裝配尺寸，如零件之間相對(duì)位置尺寸、運(yùn)動(dòng)零件的極限尺寸等，分析被測(cè)對(duì)象的拆裝順序，畫(huà)出其裝配示意圖后小組成員每人至少拆裝一次，通過(guò)拆裝弄清機(jī)器或部件的裝配關(guān)系和工作原理；分析各零件的作用和結(jié)構(gòu)形狀，選用適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)方法，徒手畫(huà)出各非標(biāo)零件的草圖視圖；通過(guò)測(cè)量、計(jì)算、查表，標(biāo)注各零件的尺寸，確定各零件的表面粗糙度、幾何公差等技術(shù)要求；根據(jù)零件草圖和裝配示意圖繪制裝配圖草圖，包括尺寸、序號(hào)和明細(xì)表等。
（三）三維建模
小組成員在機(jī)房將所有測(cè)繪零件分工進(jìn)行三維實(shí)體建模，然后小組成員共享零件模型并各自進(jìn)行三維實(shí)體虛擬裝配，生成表達(dá)裝配關(guān)系的軸測(cè)爆炸圖；還可由三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖，使學(xué)生形象地理解零件的形狀，清晰地了解零部件之間的裝配關(guān)系。
（四）結(jié)束階段
在測(cè)繪的后環(huán)節(jié)組織學(xué)生進(jìn)行答辯，答辯內(nèi)容為測(cè)繪過(guò)程中涉及的問(wèn)題，可以是表達(dá)方法、尺寸標(biāo)注、裝配等內(nèi)容，也可以是計(jì)算機(jī)二維繪圖或者三維建模中的問(wèn)題，還可以對(duì)一些設(shè)計(jì)問(wèn)題做深入探討。
測(cè)繪真正鞏固了學(xué)生工程圖學(xué)課程的全部知識(shí)，使學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中了解機(jī)器結(jié)構(gòu)和作用，根據(jù)零件的使用和加工要求，正確地表達(dá)零部件；學(xué)會(huì)按工作原理和裝配關(guān)系合理地標(biāo)注零部件的尺寸和制訂技術(shù)要求，使學(xué)生在空間形象思維方面實(shí)現(xiàn)了從抽象的幾何形體向?qū)嶋H的機(jī)械零件轉(zhuǎn)變。
四、教學(xué)互動(dòng)模式
在教學(xué)中占據(jù)主導(dǎo)和引導(dǎo)作用的教師，必須創(chuàng)造一定的互動(dòng)方式，及時(shí)跟學(xué)生溝通。在課堂教學(xué)中，要適當(dāng)加入互動(dòng)、討論等新的教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使其配合教師完成相關(guān)的討論、思考環(huán)節(jié)；在課后的師生交流中，可以采用多種形式，如輔導(dǎo)答疑、自習(xí)輔導(dǎo)、交流座談、網(wǎng)上交流等，有助于教學(xué)相長(zhǎng)。
就工程制圖的教學(xué)內(nèi)容而言，學(xué)生往往在學(xué)習(xí)點(diǎn)、線(xiàn)、面等相關(guān)內(nèi)容時(shí)覺(jué)得簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)熱情比較高，而在學(xué)習(xí)截交線(xiàn)、相貫線(xiàn)、組合體時(shí)突然覺(jué)得很難，難以想象出形體的空間結(jié)構(gòu)，參與意識(shí)比較差，這時(shí)通過(guò)多種互動(dòng)教學(xué)模式加以引導(dǎo)和鼓勵(lì)，譬如采用木模、橡皮泥或三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行形體構(gòu)建，調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與意識(shí)，能夠有效地解決課程中出現(xiàn)的難點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題。
對(duì)非機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生講解制圖理論時(shí)要與各專(zhuān)業(yè)的需求相結(jié)合，進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)，不僅要講授一些經(jīng)典的實(shí)例，還應(yīng)該注意強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)意識(shí)教育。比如在講授機(jī)件的表達(dá)方法時(shí)，對(duì)于電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)可結(jié)合電氣元器件引導(dǎo)學(xué)生分析其表達(dá)方法、繪制相應(yīng)的電氣電路圖，對(duì)于化工及香精香料專(zhuān)業(yè)可以結(jié)合典型化工設(shè)備（塔器、換熱器、反應(yīng)釜等）繪制相應(yīng)的化工設(shè)備圖及化工工藝流程圖，對(duì)于土木工程及城建專(zhuān)業(yè)可以結(jié)合房屋施工圖繪制建筑施工圖及結(jié)構(gòu)施工圖。這樣不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)制圖知識(shí)的消化、吸收和應(yīng)用。教學(xué)實(shí)踐表明，在教學(xué)過(guò)程中引入一些與學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)課程相關(guān)的實(shí)例，可以加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使其認(rèn)識(shí)工程制圖課程的重要性，從而引起他們對(duì)本課程的重視。
學(xué)校與國(guó)內(nèi)外的一些企業(yè)建立了校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，如與西門(mén)子公司同時(shí)開(kāi)設(shè)了各種三維設(shè)計(jì)軟件的公選課（SolidWorks）和專(zhuān)業(yè)選修課（UG），使學(xué)生在大學(xué)四年中學(xué)習(xí)三維設(shè)計(jì)軟件不斷線(xiàn)，還為學(xué)生搭建了社團(tuán)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的平臺(tái)，聘請(qǐng)制圖課程主講教師作為相關(guān)學(xué)生社團(tuán)的指導(dǎo)教師，從而使學(xué)生在課程結(jié)束后仍能與教師保持密切的互動(dòng)聯(lián)系。
五、結(jié)束語(yǔ)
自2012年我校開(kāi)始推進(jìn)工程制圖課程與三維CAD設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合的教學(xué)改革以來(lái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)制圖課程的同時(shí)，還很好地掌握了一些三維設(shè)計(jì)軟件，再加上后續(xù)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)選修課，有越來(lái)越多的學(xué)生通過(guò)了各類(lèi)相關(guān)認(rèn)證考試，并在大二大三時(shí)積極參加各種競(jìng)賽，在每年“高教杯”全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽中取得了優(yōu)異成績(jī)；我校學(xué)生今年還在“上圖杯”的比賽中突破了個(gè)人和團(tuán)隊(duì)一等獎(jiǎng)。實(shí)踐證明，以創(chuàng)新教育理念為指導(dǎo)，構(gòu)建工程圖學(xué)創(chuàng)新教育新環(huán)境，才能培養(yǎng)出高技能創(chuàng)新人才。