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摘 要：针对现代工业生产实际,以提高学生的工程设计能力和创新能力为目标,构建从二维到三维设计的制图类课程体系,突出三维设计思想,开展制图类课程教学体系和教学内容的改革.在制图课程的不同阶段引入相应的CAD三维建模内容,增强了学生的空间思维能力、三维形体与二维图形之间的相互关系的理解,从而提高制图类课程的整体教学水平.
关 键 词：工程制图,三维设计,CAD,教学改革
中图分类号：G4文献标识码：A文章编号：1673-9795（2013）05（a）-0000-00
一、国内外研究现状与存在问题分析
工程制图是工科学生必修的技术基础课,不仅是一门单纯传授知识的课程,还承担了对学生工程意识、空间思维方式和初步创新能力的启蒙和培养[1-2].作为一门重要的工科专业基础课程,制图类课程的教学内容并没有充分考虑后续课程的设计概念、功能分析、设计分析、三维建模与制造等内容.多数高校对于机械类专业的学生通常开设出三门左右的制图课程,如工程制图、计算机绘图、三维实体造型软件应用（Pro/E、SolidWorks、UG等）.经过多年的教学改革与实践,国内高校的制图类课程已经由传统的黑板、挂图和模型讲解为主的教学方式过渡到利用多媒体和网络资源开展教学的模式.
然而,这些制图类课程的改革大多仅仅停留在对传统教学手段形式上的改革,课程的改革也各自为政,没有系统性.近年来,国内机械行业正处在采用三维设计以及沿用传统二维设计方法的并存时期,而且这种局面还会持续一段时间[3].因此,国内图学教育界提出“以三维为主,二维与三维并重”的教育理念,提倡设计从三维构型开始[4-5],以适应不断发展的现代产品设计、制造和管理方法的要求,当前高校制图类课程体系和教学内容不能满足这种新的需求.
为了能更好地完成高等教育培养满足市场需求的、具有创新精神和实践能力的高级专门人才的任务,高校应该不断了解市场对图学教育发展的新要求,探索图学教育的趋势,将制图类课程与工程实践紧密结合,面向现代产品设计、加工和管理的新方法,开展制图类课程的改革,构建从二维到三维设计的制图类课程的新体系,完成各门制图类课程的教学内容的实质性改革.从工程制图开始向学生灌输三维设计思想,并且通过计算机绘图、三维CAD软件的教学一直延续下去,加强对学生的工程意识和创新能力的培养[6].
二、根据专业特点,构建制图类课程新体系
从培养“卓越工程师”的目标出发,结合我校各个专业特点,在专业人才培养方案修订中,结合工科专业特点完成从二维平面绘图到三维设计的制图类课程体系的构建,并且围绕这些制图类课程结合我校08版方案制定或修订课程的教学大纲,进行各门制图类课程的教学体系与内容的实质性改革.
结合我校08版修订的机械类专业人才培养方案,以二维为基础,二维与三维造型设计并重,构建制图类课程体系.在新的课程体系中,我校机械设计及其自动化专业设置了工程制图、计算机绘图和三维工程应用软件Pro/E三门课程.农业机械化、机电工程和其他近机类以及非机类专业设置完成了工程制图和计算机绘图,三维工程应用软件课选修（Catia、KMCAD、CAXA等）三门制图类课程的设置.木材工程、包装工程和工业设计专业设置完成了工程制图和计算机绘图,三维造型应用软件3DMax三门制图类课程的设置.在完成制图类课程设置后,基于三维设计为主线修订制图类课程的教学大纲,在各学期开出的制图类课程中逐渐渗透三维设计的思想,通过课堂讲授和加强实践环节,实现三维设计思想的整体贯穿.同时,面对现代工程实际中二维与三维设计并存的问题,通过制图类课程在突出、强化三维设计的同时,根据不同制图课程的特点,实现二维绘图与三维设计的有机结合.
三、以二维为基础,以三维设计为重点,开展制图类课程的改革
以二维为基础,以三维设计为重点,全面开展基于三维设计的制图类课程建设工作,以突出三维设计为特色,使二维到三维具有系统性和连续性.
工程制图课程主要是研究绘制和阅读图样的原理和方法,基于正投影理论将空间的物体首先转化成二维的正投影图,即做出物体二维工程图样,用以表达物体的结构特征、零件的结构形状、部件与机器的工作原理和技术要求等.传统的工程制图的教学内容,主要讲解点、线、面、体、组合体的二维投影图与各种二维的表达方法.然而,设计者在脑海的设计构思都是三维的,制造的结果也是三维的实物,在“设计构思”和“产品实物”两者之间传递的信息却是二维图形,这种形式在传统手工绘制图样的年代是很有用的,避免了绘制复杂的立体效果图.随着计算机的普及应用,以及现代的设计方法和加工方法的普及,开展从二维到三维设计的工程制图类课程的改革,是制图类教学亟待解决的一个问题.
基于上述现状,我校对工程制图的教学内容进行了初步的改革,从教材的体系到教学内容都体现了三维的设计思想,在讲授点、线、面等基础内容时,主要是二维的投影理论.在讲授基本体,简单体等相关内容时,增加了拉伸体和旋转体两种重要的三维造型方法.从三维实体出发,利用三维软件的特征造型功能讲授基本体各基本要素的组成与投影.这部分内容只要求学生理解正投影的概念,建立二维投影图是对三维实体的一种正投影表达方式,为学生将来阅读和绘制二维投影图做好知识的准备.截交线与相贯线的内容在讲课时结合三维实体的布尔运算进行讲解,这样不但符合三维切割体或者是相贯体的实际成型过程,也向学生传授了布尔运算的三维造型方法.组合体部分的内容结合立体的拉伸、旋转、放样、布尔运算等三维成型方法为进行讲解,讲授二维投影图的同时灌输三维思想.机件的表达方法章节重点以三维的零件、部件为研究对象,研究如何合理应用各种表达方法零件、部件的结构和尺寸,这一章着重培养学生的分析和应用力,在讲授清楚各种表达方法的特点和应用场合后,演示三维软件自动生成机件的各种视图和剖视图等二维图纸的功能,向学生灌输三维设计的设计思想.
综上所述,从现造业的发展方向出发,面对现代工程实际中二维与三维设计并存的现实,开展二维计算机绘图教育,为学生学习三维设计和绘图奠定基础.基于三维设计的工程制图的课程的改革要突出三维设计的思想,所有内容的讲解尽可能从三维实体出发,充分利用三维绘图软件开展教学,改革和拓宽了工程制图的教学内容,为学生提供了更多的思维方法,灌输三维设计思想,根据制图课程的不同阶段引入相应的CAD三维建模内容,贯穿于制图课程教学活动的全过程,增强了学生的空间思维能力、三维形体与二维图形之间的相互关系的理解,强化了零部件在形状结构上、配合连结上的直观理解,从而激发学生的创新思维能力.
四、小结
基于三维造型软件进行二维到三维的制图类课程改革,符合快速发展的现代工业生产实际,突出三维设计的思想,构建了制图类课程新体系.全面开展工程制图、计算机绘图以及三维CAD等制图类课程的改革探索具有目的性、连续性和系统性,打破了传统的制图教学概念,提高制图类课程的整体教学水平.