工程制圖三維造型與創(chuàng )新能力的培養實(shí)踐

　0 引言
　　
　　根據學(xué)校“培養具有創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力的應用型人才”的培養目標，在對“工程制圖”系列課程進(jìn)行認真研究與分析的基礎上我們認識到：過(guò)去認為制圖課是為專(zhuān)業(yè)課服務(wù)的、學(xué)生只要掌握制圖技能即可的觀(guān)點(diǎn)與新形勢下的人才培養應該將素質(zhì)和能力放在首位的要求很不相符。培養學(xué)生素質(zhì)和能力是一項系統工程，每門(mén)課程都應將其放在首位。工程圖學(xué)教育不能僅局限在培養學(xué)生的“三種技能(徒手草圖技能、尺規繪圖技能、計算機繪圖技能)、兩種能力(讀圖能力、空間想象能力)、一種意識(工程意識)”的教學(xué)目標上，更重要的是培養學(xué)生的綜合圖學(xué)素質(zhì)。
　　工程圖學(xué)素質(zhì)教育的本質(zhì)不僅要培養學(xué)生繪制和閱讀工程圖樣的能力，更重要的是要培養學(xué)生的創(chuàng )新設計能力，以創(chuàng )新設計能力來(lái)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng )新思維的形成。培養大學(xué)生的創(chuàng )新精神和創(chuàng )新能力已經(jīng)成為高等教育的重要任務(wù)[1]，加強三維計算機繪圖能力的訓練對創(chuàng )新能力的培養非常必要。教師在授課時(shí)適時(shí)的引入AutoCAD 三維建模，并開(kāi)設AutoCAD 三維建模計算機繪圖實(shí)驗配合工程制圖課程的學(xué)習，在培養學(xué)生的讀圖能力與空間想象能力的同時(shí)，培養其計算機三維建模能力、構思表達能力與創(chuàng )新能力。
　　
　　1 三維造型在教學(xué)中的實(shí)踐
　　
　　從 2008 年開(kāi)始，我們在相關(guān)專(zhuān)業(yè)的《工程制圖》課程中，進(jìn)行講授A(yíng)utoCAD 三維造型的試點(diǎn)。教師將AutoCAD 內容分三個(gè)部分插入教學(xué)中：即立體截交與相貫、組合體與剖視圖和零件圖與裝配圖。并且計算機繪圖實(shí)驗部分采用AutoCAD 繪圖軟件，主要培養學(xué)生的三維建模能力。
　　講授組合體這部分內容時(shí)，運用AutoCAD 三維建模（圖1），解決了學(xué)生從空間到平面、平面到空間的畫(huà)圖和讀圖的問(wèn)題[2]，有助于提高學(xué)生的空間思維能力和構形能力，降低了學(xué)習過(guò)程中讀圖的難度，促進(jìn)了教學(xué)[3]。講授零件圖與裝配圖內容時(shí)，教師將零件、部件的三維建模有機的融入多媒體課件中，并生成二維零件圖和裝配圖，通過(guò)對三維實(shí)體的實(shí)時(shí)分析，使學(xué)生明確了部件裝配結構的組成與裝配關(guān)系，促進(jìn)了學(xué)生對圖樣表達方案的理解。
　　教學(xué)中從學(xué)生熟悉的三維基本形體入手引入AutoCAD 繪圖軟件，介紹同軸回轉體，拉伸體的生成，啟發(fā)培養學(xué)生的創(chuàng )新思維能力，學(xué)生通過(guò)基本立體的生成，從而進(jìn)一步理解了視圖和尺寸的含義。在組合體部分，要求學(xué)生利用AutoCAD 進(jìn)行構形設計，通過(guò)自己想象創(chuàng )建形體（不考慮工藝等專(zhuān)業(yè)要求），答案不唯一，由于A(yíng)utoCAD 的實(shí)時(shí)修改，不但開(kāi)闊了學(xué)生的思路，更培養了空間思維能力和創(chuàng )新能力，提高了學(xué)生的學(xué)習積極性主動(dòng)性。
　　
　　2 三維造型上機實(shí)踐
　　
　　我校近機類(lèi)和機類(lèi)專(zhuān)業(yè)的《工程制圖》分別設有20 學(xué)時(shí)和30 學(xué)時(shí)的上機實(shí)踐，計算機基礎實(shí)驗中心的硬件和軟件均達到了較好的配置，保證了教學(xué)的順利進(jìn)行。學(xué)生在上機實(shí)驗中，教師可以做到直接指導，幫助學(xué)生更好的掌握軟件的快速應用，取得了較好的教學(xué)效果。
　　計算機繪圖實(shí)踐以培養學(xué)生自主動(dòng)手能力與空間思維能力、分析解決問(wèn)題能力為目標，使學(xué)生進(jìn)一步領(lǐng)會(huì )國家制圖標準，培養良好的繪圖技能，掌握計算機繪圖（含二維、三維）方法。教學(xué)中，無(wú)論是二維圖形還是三維形體都采用先構型或先造型再表達的方式，這樣不僅有助于學(xué)生理解工程形體與其投影圖之間的關(guān)系，同時(shí)也培養了創(chuàng )新意識的建立。
　　在組合體部分，學(xué)生不但能應用繪圖軟件熟練的繪制形體的三視圖，而且還可以自己構思創(chuàng )建形體（不考慮工藝等專(zhuān)業(yè)要求），提高了空間構思能力和構型能力，降低了學(xué)習過(guò)程中讀圖的難度，促進(jìn)了教學(xué)。零件圖部分，學(xué)生能夠創(chuàng )建軸套類(lèi)等回轉體的三維形體，而且還能對中等復雜程度零件[4]進(jìn)行三維建模，見(jiàn)圖2。三維建模培養了學(xué)生對工程形體的構形能力，使學(xué)生明確了部件裝配結構的組成，進(jìn)一步鞏固了所學(xué)的零件圖和裝配圖的內容，提高了學(xué)生的創(chuàng )新意識、能力和設計水平。
　　實(shí)踐中我們發(fā)現AutoCAD 強大的三維建模功能極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習繪圖軟件和制圖課的熱情，通過(guò)三維實(shí)體建模的學(xué)習降低了學(xué)生讀圖的難度，提高了學(xué)生的空間思維能力與構形能力，學(xué)生平時(shí)小作業(yè)和大圖的質(zhì)量都比較好，并且期末考試的總成績(jì)都比沒(méi)有計算機繪圖實(shí)驗和不采用AutoCAD 三維建模功能進(jìn)行計算機繪圖實(shí)驗的班級要高很多。以09 年級的試點(diǎn)班級為例：2009/2010 學(xué)年第一學(xué)期非機類(lèi)教學(xué)試點(diǎn)班級材料093-4，參加考試學(xué)生人數為54 人，卷面成績(jì)統計分布為：成績(jì)優(yōu)秀9 人，占16.7%；良好16 人，占29.6%；中等15 人，占27.8%；及格10 人，占18.5%；不及格4 人，占7.4%。平均成績(jì)76 分，高出其他班級3 分。2009/2010 學(xué)年第二學(xué)期機類(lèi)教學(xué)試點(diǎn)班級成型091-3，參加考試學(xué)生人數為84 人，卷面成績(jì)統計分布：其中成績(jì)優(yōu)良27 人，占32.1%；成績(jì)?yōu)橹械?9 人，占46.4%；合格15 人，占17.9%；不及格3 人，占3.6%，不及格率很低，標準差為12.38，平均成績(jì)?yōu)?4.6 分，高于機類(lèi)總平均成績(jì)4 分。由此可見(jiàn)，將三維造型引入教學(xué)對培養學(xué)生的構形能力、表達能力及對所學(xué)知識的掌握和考試成績(jì)的提高都是大有益處的。
　　
　　3 創(chuàng )新能力的培養
　　
　　創(chuàng )新是高等教育改革發(fā)展的必由之路[6]，工程制圖作為工程教育中實(shí)踐性非常強的技術(shù)基礎課，不但要以培養學(xué)生的繪制和閱讀工程圖樣能力為目標，更重要的是要以培養學(xué)生圖形的表達能力，工程實(shí)踐能力，培養創(chuàng )新能力。
　　我們深知，培養學(xué)生獲取知識和運用知識的能力比知識本身更重要，因此在教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)，講練結合，主要向學(xué)生展示分析和解決問(wèn)題的過(guò)程，培養學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。多媒體教學(xué)與CAD 的配合是加強學(xué)生創(chuàng )新能力的有效方法之一，三維建模的引入極大引起了學(xué)生的興趣，學(xué)生在學(xué)好制圖課的同時(shí)，自己能夠主動(dòng)學(xué)習計算機繪圖知識，利用課余時(shí)間上機實(shí)踐，不但培養了自學(xué)能力還激發(fā)了創(chuàng )新精神。
　　教學(xué)中由于加入了計算機三維建模的內容，適當削減了部分手工繪圖作業(yè)，增加了徒手繪制草圖和計算機三維建模的作業(yè)。三維建模不僅培養學(xué)生表達設計結果的圖示能力，更重要的是培養工程形體的構形能力及計算機應用能力和創(chuàng )新能力，全面提高學(xué)生的工程素質(zhì)。
　　
　　4 結束語(yǔ)
　　
　　實(shí)踐表明，工程制圖作為工程教育中實(shí)踐性非常強的技術(shù)基礎課，AutoCAD 三維建模的有機融入，不但使教學(xué)形式生動(dòng)活潑，教學(xué)內容形象直觀(guān)，易于理解，而且三維造型技術(shù)成為了學(xué)生學(xué)習制圖知識的重要工具。學(xué)生在掌握投影理論知識的基礎上，將二維圖形和三維建模緊密聯(lián)合起來(lái)，掌握現代的設計方法和手段，應用計算機正確快速地完成工程圖樣的繪制及三維形體的構型設計，培養了工程形體的構形能力和創(chuàng )新能力，這些對教學(xué)質(zhì)量的提高和對創(chuàng )新性人才的培養起到了積極、重要的作用。

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　　[參考文獻] (References)
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　　[2] 楊梅，倪樹(shù)楠、李鳳平. 非機類(lèi)工程圖學(xué)計算機繪圖實(shí)驗的研究實(shí)踐.中國科技論文在線(xiàn)，2009 12-680
　　[3] 楊梅，毛志松，姚繼權.CAXA-3D 三維造型在工程制圖教學(xué)中的探索與應用[J]. 機械設計與制造，2005（1）: 10～11.
　　[4] 李鳳平，張士慶，蘇猛，屈振生. 機械制圖[M]. 遼寧：東北大學(xué)出版社，2003.
　　[5] 朱冬云.三維造型在工程制圖CAI 中的作用[J]. 華南熱帶農業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004（3）: 53～54.
　　[6] 韓新普，賈天科.工程制圖課改革及創(chuàng )新教育實(shí)踐的總結與分析[J]. 西安建筑科技大學(xué)，2006（3）: 121～123.

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