朱文博,瞿元賞,崔 怡
(上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,上海 200093)
淺議“工程制圖基礎(chǔ)”的教學(xué)內(nèi)容和方法
朱文博,瞿元賞,崔 怡
(上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,上海 200093)
針對(duì)部分學(xué)生空間想象力弱,工程制圖能力差的現(xiàn)狀,提出“工程制圖基礎(chǔ)”課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該從三維實(shí)體造型入手,進(jìn)而講解二維工程圖。培養(yǎng)學(xué)生具有使用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模,并運(yùn)用三維軟件生成符合國(guó)標(biāo)的二維工程圖的能力,這是現(xiàn)代設(shè)計(jì)對(duì)工程制圖教學(xué)提出的必然要求,同時(shí)符合人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀事物的規(guī)律。將三維建模和二維工程圖有機(jī)地融合在一起,并輔助于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法和考試考核的多樣化,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際閱讀和繪制工程圖的能力,為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
工程制圖基礎(chǔ);三維實(shí)體建模;二維工程圖;翻轉(zhuǎn)課堂;教學(xué)內(nèi)容和方法
掌握工程圖樣的繪制及閱讀是任何一個(gè)工程技術(shù)人員必須具備的最基本的素質(zhì)和能力[1]?!肮こ讨茍D基礎(chǔ)”課程是培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀機(jī)械圖樣的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課程[2],是機(jī)械類(lèi)大一學(xué)生必修的學(xué)科基礎(chǔ)課,該課程為后續(xù)學(xué)習(xí)機(jī)械專(zhuān)業(yè)課程,如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等打下基礎(chǔ)[3]。
一般來(lái)說(shuō),“工程制圖基礎(chǔ)”課程在大一第一學(xué)期開(kāi)設(shè),側(cè)重于講解幾何形體的投影原理和工程圖的表達(dá)方法,與該課程緊密相關(guān)的后續(xù)課程是“機(jī)械工程制圖”,進(jìn)一步講解零件(標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件)圖和裝配圖的繪制,在大一第二學(xué)期開(kāi)設(shè)。這兩門(mén)課程合起來(lái)完整地講解機(jī)械制圖的繪制與閱讀。
“工程制圖基礎(chǔ)”這門(mén)課重在培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力,建立三維物體到二維投影圖的映射關(guān)系,是學(xué)習(xí)“機(jī)械工程制圖”的基礎(chǔ),大一第一學(xué)期制圖課如果沒(méi)有學(xué)好,會(huì)直接影響第二學(xué)期制圖的學(xué)習(xí)。然而,從目前的教學(xué)大綱來(lái)看,“工程制圖基礎(chǔ)”課程往往一開(kāi)始就講授二維投影理論,并且僅僅講授二維工程制圖,不涉及三維實(shí)體造型,忽略了人類(lèi)的認(rèn)知是從三維向二維過(guò)渡的事實(shí),導(dǎo)致一些空間想象能力差的同學(xué)無(wú)法跟上教學(xué)進(jìn)度,甚至成績(jī)不及格。因此,本課程體系需進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)與完善。
針對(duì)部分學(xué)生空間想象力弱,工程制圖能力差的現(xiàn)狀,“工程制圖基礎(chǔ)”課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該從三維實(shí)體造型入手,進(jìn)而講解二維工程圖。這種課程設(shè)置的思路不僅符合人類(lèi)的認(rèn)知規(guī)律,而且順應(yīng)時(shí)代發(fā)展。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了幾乎所有領(lǐng)域的變革?,F(xiàn)代設(shè)計(jì)要求工程設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)思,運(yùn)用三維軟件直接建立其三維模型,對(duì)三維模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)干涉、受力仿真等之后,再由三維模型生成符合國(guó)標(biāo)的二維工程圖進(jìn)行生產(chǎn)制造[4-5]。因此,從三維建模出發(fā)進(jìn)行工程制圖教學(xué)是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然結(jié)果。培養(yǎng)學(xué)生具有使用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模,并運(yùn)用三維軟件生成工程圖的命令繪制出符合國(guó)標(biāo)的二維工程圖的能力,是現(xiàn)代設(shè)計(jì)對(duì)工程制圖教學(xué)提出的必然要求,也是符合人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀事物的規(guī)律,即從三維立體到平面二維圖形的認(rèn)知。由此,通過(guò)本課程的建設(shè),要求學(xué)生在知識(shí)、能力和素質(zhì)方面達(dá)到更高的目標(biāo)。
(一)知識(shí)
要求學(xué)生掌握三維實(shí)體建模的基本理論和方法,具有運(yùn)用三維實(shí)體造型軟件進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品三維建模的能力;掌握投影法的基本原理,能正確運(yùn)用各種線性的表達(dá)方法,熟練繪制立體的三視圖投影;熟記國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)的常用規(guī)則;掌握機(jī)械圖樣的常見(jiàn)表達(dá)方法,包括基本視圖、向視圖、局部視圖、斜視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖等表達(dá)方法,尤其是對(duì)各種剖視圖畫(huà)法的深入學(xué)習(xí),能夠根據(jù)幾何形體的結(jié)構(gòu)特征,選擇適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)方法,繪制幾何形體的工程圖。
(二)能力
能夠做到給定某個(gè)幾何形體三維模型或立體圖,能運(yùn)用正投影的方法繪制立體的三視圖和剖視圖等;反之,給定物體的工程圖,能夠想象出立體結(jié)構(gòu),并運(yùn)用三維軟件進(jìn)行三維造型;要求學(xué)生具有一定空間想象和形象思維能力。
(三)素質(zhì)
通過(guò)學(xué)習(xí)三維造型軟件以及工程圖的常用表達(dá)方法,培養(yǎng)學(xué)生具有閱讀工程圖的能力;根據(jù)工程圖進(jìn)行三維實(shí)體建模的能力;初步的表達(dá)幾何形體的圖示能力,能綜合應(yīng)用視圖、剖視圖和斷面圖等表達(dá)方法來(lái)表達(dá)物體;為后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)和為產(chǎn)品設(shè)計(jì)制圖打下基礎(chǔ)。具有良好的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力是企業(yè)所需人才的必要條件之一。
從三維實(shí)體造型技術(shù)出發(fā)來(lái)改革“工程制圖基礎(chǔ)”課程的教學(xué)。
(一)課程教學(xué)特點(diǎn)
(1)從三維建模引出二維工程圖的投影,從立體到平面,更符合人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀事物的規(guī)律,使現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段和傳統(tǒng)制圖教學(xué)相結(jié)合,提高學(xué)生的空間想象力。
(2)將三維建模和二維工程圖的繪制有機(jī)地結(jié)合在一起,使學(xué)生更加牢固地掌握工程制圖和計(jì)算機(jī)繪圖的知識(shí),順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,增強(qiáng)實(shí)際工作的能力。
(3)用實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明三維軟件如何進(jìn)行三維建模,如何運(yùn)用該三維軟件自帶的工程圖工具,生成符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的二維機(jī)械圖樣,提升學(xué)生的工程制圖能力。
(二)教學(xué)內(nèi)容
1.三維實(shí)體建模
在緒論課(了解課程的性質(zhì)、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法)之后,馬上講解三維實(shí)體建模軟件的使用(可采用Solidworks進(jìn)行教學(xué),該軟件操作簡(jiǎn)單易學(xué)),大體上分為三個(gè)知識(shí)點(diǎn)來(lái)講解。
(1)三維實(shí)體建模的基本方法。所有零件的實(shí)體造型都是建立在草圖基礎(chǔ)上,完成草圖的繪制后,利用特征建模方式形成立體。
(2)草圖繪制與編輯的常用命令以及草圖的尺寸約束。講解草圖繪制的基本方法為:確定基準(zhǔn)面,在基準(zhǔn)面內(nèi),使用草圖繪制命令,結(jié)合草圖編輯命令繪制草圖,并點(diǎn)擊“智能尺寸”進(jìn)行尺寸約束,完成二維圖形的繪制。常用的草圖繪制命令包括:直線、圓、圓弧、矩形、橢圓、多邊形、樣條曲線等;常用的草圖編輯命令包括:剪裁實(shí)體、鏡向?qū)嶓w、陣列實(shí)體等。
(3)建模常用命令。講解拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等三維實(shí)體建模常用命令,從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,用實(shí)例來(lái)演練,要求學(xué)生能夠進(jìn)行普通的機(jī)械產(chǎn)品三維實(shí)體造型。首先讓學(xué)生學(xué)會(huì)三維實(shí)體建模是“工程制圖基礎(chǔ)”課程教改的特色,也是三維向二維過(guò)渡的前提條件,在學(xué)習(xí)二維工程圖的過(guò)程中,不斷畫(huà)出三維模型以便協(xié)助二維工程圖的繪制。
2.工程圖投影理論
本節(jié)的核心知識(shí)是二維三視圖的生成。由于學(xué)生學(xué)會(huì)了三維建模,由三維向二維轉(zhuǎn)變,符合認(rèn)識(shí)客觀事物的規(guī)律,尤其適合空間想象能力弱的同學(xué),在學(xué)習(xí)二維三視圖的過(guò)程中,可以不斷的繪制三維模型幫助空間想象和形體分析。
本節(jié)分為四個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。
(1)投影體系的建立。講解投影法及其分類(lèi),以及三投影體系的建立。
(2)立體三視圖的形成原理。講解點(diǎn)、線、面、體在三投影體系下生成主視圖、俯視圖和左視圖;在講解平面與立體相交,以及兩立體表面產(chǎn)生的交線時(shí),不斷使用三維軟件進(jìn)行講解,讓學(xué)生直觀的看到在三維模型軟件中,立體的截交線和相貫線是什么樣子的,進(jìn)行投影后繪制二維工程圖又是什么樣子的。
(3)工程制圖的基本規(guī)定。講解國(guó)標(biāo)對(duì)圖紙幅面、圖框、標(biāo)題欄、比例、字體、圖線、尺寸標(biāo)注等的規(guī)定,為繪制符合國(guó)標(biāo)的零件圖和裝配圖打下基礎(chǔ)。
(4)由三維模型直接生成三視圖。用實(shí)例講解,使學(xué)生學(xué)會(huì)由三維模型生成三視圖的方法,同時(shí)要求學(xué)生能夠根據(jù)已知的三視圖來(lái)繪制三維模型。通過(guò)三維到二維,二維到三維的反復(fù)演練,提高學(xué)生的形象思維和空間想象能力。二維和三維的有機(jī)結(jié)合是“工程制圖基礎(chǔ)”課程教改的核心任務(wù),有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)成績(jī)。
3.工程圖表達(dá)方法
零件圖和裝配圖通常不是采用三視圖進(jìn)行表達(dá)的,因此需要學(xué)習(xí)工程圖的各種表達(dá)方法。
(1)視圖。講解六個(gè)基本視圖、向視圖、局部視圖、斜視圖等表達(dá)方法。
(2)剖視圖。該方法是繪制零件圖和裝配圖時(shí)使用最多的表達(dá)方法,需花較多課時(shí)重點(diǎn)講解。詳細(xì)介紹剖視圖的概念和種類(lèi),全剖視圖、半剖視圖、局部剖視圖的生成、規(guī)定畫(huà)法和標(biāo)注方法;單一剖、旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和復(fù)合剖等剖切方法。
(3)斷面圖的概念、種類(lèi)、規(guī)定畫(huà)法和標(biāo)注方法等。
(4)其他常用的表達(dá)方法。如局部放大圖、斷開(kāi)畫(huà)法、簡(jiǎn)化畫(huà)法、均布畫(huà)法、對(duì)稱(chēng)畫(huà)法等。
(5)由三維模型生成工程圖。用實(shí)例講解在三維軟件中使用軟件自帶的工程圖工具菜單,由三維模型生成符合國(guó)標(biāo),并且采用適當(dāng)表達(dá)方法繪制的二維工程圖。要求學(xué)生熟練操作三維軟件,學(xué)會(huì)使用生成各種工程圖的功能,并且運(yùn)用視圖、剖視圖和斷面圖等表達(dá)方法,繪制符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的二維機(jī)械圖樣。同時(shí),要求學(xué)生能夠看懂符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的、采用適當(dāng)表達(dá)方法繪制的二維工程圖,根據(jù)給定的工程圖能夠進(jìn)行三維實(shí)體建模。運(yùn)用三維軟件進(jìn)行實(shí)體建模并繪制二維工程圖是“工程制圖基礎(chǔ)”課程教改的最終目標(biāo),為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
從三維實(shí)體建模入手,進(jìn)而講解二維工程圖的教學(xué)方法。一切為了學(xué)生:為了學(xué)生知識(shí)的掌握,為了學(xué)生的發(fā)展,為了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在此教學(xué)理念指導(dǎo)下,所開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)不僅僅是把課程內(nèi)容講清楚、講生動(dòng),更重要的是從學(xué)生能力培養(yǎng)出發(fā),設(shè)計(jì)教學(xué)方法、完善教學(xué)內(nèi)容、指導(dǎo)課程考核、啟發(fā)創(chuàng)新思想。本課程教學(xué)方法和手段的創(chuàng)新點(diǎn)主要在于采用翻轉(zhuǎn)課堂模式,以及考試考核方式的改革。
(一)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法
教學(xué)方法主要采用翻轉(zhuǎn)課堂模式,盡量讓學(xué)生多參與,使課堂教學(xué)以教師講課為主,變?yōu)橐詫W(xué)生主動(dòng)討論、講解、提問(wèn)為核心。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的主動(dòng)引導(dǎo)權(quán)在于教師,教師需規(guī)劃哪些授課內(nèi)容可以交給學(xué)生預(yù)先自學(xué),在學(xué)生自學(xué)的基礎(chǔ)上,才能在教師的引導(dǎo)下開(kāi)展課堂討論。例如三維建模中部分命令,圖幅、比例等工程制圖規(guī)范,各種表達(dá)方法的綜合應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn),教師事先規(guī)劃好,將這些容易理解或容易講解的知識(shí)點(diǎn),至少提前一周布置給學(xué)生預(yù)習(xí),要求學(xué)生看懂課本知識(shí)和教師制作的課件,書(shū)寫(xiě)預(yù)習(xí)筆記、嘗試完成習(xí)題、制作學(xué)生自己的課件等,上課時(shí)由學(xué)生來(lái)講解,學(xué)生互相討論,教師答疑。
習(xí)題課和討論課完全采用翻轉(zhuǎn)課堂模式進(jìn)行。對(duì)于習(xí)題課,要求學(xué)生課前做好習(xí)題,上課時(shí)由學(xué)生來(lái)組織講解習(xí)題答案,分析他人習(xí)題中的錯(cuò)誤,教師輔助指導(dǎo)和點(diǎn)評(píng)。對(duì)于討論課,由教師和學(xué)生共同制定討論題目,由學(xué)生組織討論問(wèn)題和回答問(wèn)題,教師輔助參與。在習(xí)題課和討論課上,講解者使用“點(diǎn)陣數(shù)碼筆”實(shí)時(shí)在線討論過(guò)程,將紙上的書(shū)寫(xiě)實(shí)時(shí)投影在電腦屏幕中,無(wú)論和哪位同學(xué)在交流討論,都能讓其他學(xué)生看到,有效組織教學(xué),使全班同學(xué)都主動(dòng)參與,提升學(xué)生學(xué)習(xí)制圖課程的積極性,以達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。
(二)考試考核方式的改革
考試考核方式做到形式多樣化,除了傳統(tǒng)的筆試、電腦繪圖,還可要求學(xué)生制作課件、出考試題目,讓學(xué)生來(lái)“考查”老師,以證明學(xué)生掌握知識(shí)的程度。成績(jī)的評(píng)定由五部分構(gòu)成:
(1)期末筆試占最終成績(jī)的50%;
(2)學(xué)生制作課件占最終成績(jī)的10%,一共規(guī)定10個(gè)主題,每位學(xué)生必須選擇一個(gè)主題制作課件,根據(jù)學(xué)生制作課件的優(yōu)劣來(lái)打分;
(3)學(xué)生出考試題目占最終成績(jī)的20%,所有的知識(shí)點(diǎn)講授完成后,要求每個(gè)學(xué)生出10道題目,如果某一學(xué)生所出的題目中有1道題目被老師在期末考試題目中選用,則該學(xué)生此項(xiàng)成績(jī)?yōu)闈M分,否則酌情給分;
(4)期中閉卷筆試占最終成績(jī)的10%;
(5)平時(shí)作業(yè)、出勤、習(xí)題課和討論課的參與度,反映平時(shí)學(xué)習(xí)本課程的基本情況,占最終成績(jī)的10%。
“工程制圖基礎(chǔ)”課程的教改方案在2015年入學(xué)的學(xué)生中試點(diǎn)兩個(gè)班,教學(xué)內(nèi)容按照本文第三部分“‘工程制圖基礎(chǔ)’課程的教學(xué)方法和手段”中所述,從講解三維建模到二維工程圖,在教學(xué)的過(guò)程中運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂,并且改革了考試考核方式。將試點(diǎn)班與普通班(按照原有教學(xué)計(jì)劃,僅講授二維工程制圖,考試形式為筆試占70%,平時(shí)成績(jī)占30%)從教學(xué)效果和成績(jī)兩方面進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如下。
(一)教學(xué)效果分析
上海理工大學(xué)“工程制圖基礎(chǔ)”課程共48學(xué)時(shí),對(duì)于試點(diǎn)班,學(xué)時(shí)分配為:三維建模12學(xué)時(shí),工程圖投影理論18學(xué)時(shí),工程圖表達(dá)方法18學(xué)時(shí),其中運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)共18學(xué)時(shí)(講解三維建模命令、制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、形體分析法閱讀組合體三視圖、以及組合體表達(dá)方法綜合應(yīng)用10學(xué)時(shí),習(xí)題課和討論課共8學(xué)時(shí))。對(duì)于普通班,學(xué)時(shí)分配為:畫(huà)法幾何部分16學(xué)時(shí),工程圖投影理論20學(xué)時(shí),工程圖表達(dá)方法12學(xué)時(shí)。在課程結(jié)束前兩周讓試點(diǎn)班學(xué)生和普通班學(xué)生做無(wú)記名問(wèn)卷調(diào)查進(jìn)行教學(xué)效果分析,如表1所示。
表1 教學(xué)效果分析表
從表1中可以看出,試點(diǎn)班的學(xué)生對(duì)于各項(xiàng)指標(biāo)的認(rèn)同度均高于普通班,說(shuō)明教改取得了良好教學(xué)效果。
(二) 考試結(jié)果分析
試點(diǎn)班的考試方式如第三部分第二節(jié)“考試考核方式的改革”中所述,由五部分構(gòu)成;普通班的考試方式由兩部分構(gòu)成,即期末考試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)。期末考試為筆試,筆試題目的類(lèi)型主要包括三視圖和剖視圖,筆試的成績(jī)占最終成績(jī)的70%,平時(shí)成績(jī)主要包括平時(shí)測(cè)驗(yàn)成績(jī)、作業(yè)和出勤,占30%。試點(diǎn)班和普通班成績(jī)的對(duì)比如表2所示,試點(diǎn)班的成績(jī)總體高于普通班。
表2 試點(diǎn)班和普通班成績(jī)對(duì)比表
近十幾年來(lái),講授制圖課程的教師們一直在不斷地探索“工程制圖基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革。從三維實(shí)體造型入手,進(jìn)而講解二維工程圖,這種教學(xué)內(nèi)容的安排不僅符合人類(lèi)的認(rèn)知規(guī)律,而且順應(yīng)時(shí)代發(fā)展。將三維建模和二維工程圖有機(jī)的融合在一起,教學(xué)內(nèi)容更加形象直觀,培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和學(xué)習(xí)興趣,并輔助于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法和考試考核的多樣化,增大了課堂知識(shí)容量,增加了學(xué)生學(xué)習(xí)制圖的興趣,增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)際閱讀和繪制工程圖的能力,為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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(編輯: 鞏紅曉)
On the Teaching Content and Methods of“Fundamentals of Engineering Drawing”
Zhu Wenbo,Qu Yuanshang,Cui Yi
(SchoolofMechanicalEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)
Since some students’ spatial imagination is weak and the ability of engineering drawing is poor,this paper proposes the teaching content of“Fundamentals of Engineering Drawing”should start from three-dimensional solid modeling,and then explains the two-dimensional drawings.Students should have the ability to do three-dimensional solid modeling and generate two-dimensional engineering drawings which meet the national standard with the three-dimensional design software,which is a necessary requirement of modern design for the engineering drawing teaching,and which meanwhile conforms to the laws of human understanding.It is proposed that we should combine the three-dimensional modeling with two-dimensional engineering drawings,and make use of the flipped class teaching method and diversified test means to cultivate the students’ interest in learning,enhance students’ the ability of reading and drawing engineering drawings,and lay a solid foundation for subsequent courses.
fundamentalsofengineeringdrawing;three-dimensionalsolidmodeling;two-dimensionalengineeringdrawings;flippedclass;teachingcontentandmethods
2015-10-12
2015年度上海市教委重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目(滬教委高[2015]37號(hào))
朱文博(1973-),女,副教授。研究方向: 數(shù)字化設(shè)計(jì)及制造。E-mail:teacherzwb@163.com
G 642.3
A
1009-895X(2017)01-0069-05
10.13256/j.cnki.jusst.sse.2017.01.013
上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)2017年1期