《画法几何与工程制图》课程信息化教学应用研究

尹迪 杜智超

摘要：高校《画法几何与工程制图》课程是土木工程专业必修的一门技术性基础学科，该门课程的特点就是教学内容十分抽象化、各类图形较多，对空间想象力的要求极高，而同时教师要完全通过口头讲授来表达教学知识就会有些力不从心。因此，在高校《画法几何与工程制图》课程中应用信息化教学手段，不仅能有效化解上述所提到的实际问题，还有利于帮助学生拓展专业知识视野，激发他们良好的学习兴致，强化他们的空间思维能力，获得高质量的教学成果。

关键词：《画法几何与工程制图》;课程;信息化教学;应用

一、引言

高校《画法几何与工程制图》课程是土木工程专业必修的一门技术性基础学科，它主要研究的是如何解决空间的几何问题，还有让学生学会绘制并阅读工程图样，培养学生对三维图形及有关位置的空间思维逻辑及形象思维能力[1]。近年来，随着社会科技及教育行业的快速发展，高校教育改革的步伐也在与时俱进，为有效满足社会经济发展的需求，高校的人才培养战略呈现出宽口径、多元化的发展趋势，高校所开设的专业课程越来越丰富，大学生所要学习的知识内容也越来越多，与此同时的是对教学课时的不断减少和挤压。在此教学形势下，原来传统工程制图教学模式显然无法适应教学的需求，而课程信息化教学手段的应用则成为势在必行之举，将多媒体教学、微课、蓝墨云班课、AutoCAD 二维软件、SolidWorks 三维软件等现代化教学工具应用到该《画法几何与工程制图》课程中，不仅有效节省课堂教学时间、加快课程进度，在提高学生空间想象力的同时，还能引导他们对真实的二维平面及三维立体空间图形实现转换，提高他们以二维平面来化解三维空间问题的思维能力。基于此，笔者结合自身的实践教学经验，提出《画法几何与工程制图》课程信息化教学的应用手段，希望能给广大教育同仁以参考借鉴。

二、多媒体手段的应用

高校《画法几何与工程制图》课程作为一门研究性技术学科，与其他普通的数学、物理学科存在很大不用，这些学科更为强调知识的逻辑推理思维，对于学生而言并不陌生;然而《画法几何与工程制图》是要学生用二维的图形和符号来表述三维的空间物体，它所要强调的是对图形的空间想象力及构思性，这些对于学生来说是十分陌生的，同时加之课程内容的抽象和枯燥，因此学习起来具备较大的挑战难度。综上原因分析，这主要还是和学生的思维方式存在必然关系，换言之也就是他们依旧习惯用原来学习数学、物理那样的逻辑推理思维来学习这门课程，那么其学习的效果则必定差强人意。然而，通过在《画法几何与工程制图》课程中采用多媒体教学手段，制作工程制图CAI多媒体课件，将教学内容以图文并茂、声音视频、动画动漫的方式呈现出来，并搭配相应的案例课题，则让课堂教学拥有了更多更便捷的知识信息，并促使教学知识更为直观清晰，实现高重复性、低强度性的效率化教学，通过向学生传输更多形式的信息资源，让学生全面获得信息的冲击，以此加强自身对工程图形的空间思维能力及解读能力。

此外，在《画法几何与工程制图》课程中采用多媒体教学手段的优势是明显的，然而教师也要注意合理适度。因为长期过多的开展多媒体教学，多媒体课件中的大信息量与学生的接受速度必然会构成新的教学矛盾，当信息量太多而又未能占据信息主导地位时，学生则会表现出学习上的一知半解、茫然无措，像是学了很多但似乎又没完全掌握要点。所以结合多媒体教学的特点，教师应有针对性地选择在一些较为抽象化、不易理解的内容中应用。

三、微课视频的应用

微课在教学中具备短小、精悍的特点，一般视频时长被控制在5-15分钟以内，主要针对一两个知识重点进行明确清晰的讲解，在教学中的应用灵活性较强。因此，微课凭着其学时短、项目化、半结构化、情境真实化的优势特征，可有效解决以往传统教学中忽视学生认知需求、学习目标不明确、教学情境不真实的问题。关于绘图软件的使用、基本三维图的绘制等都可先行制作微课短视频以供学生课前导学，而学生则根据自身学习情况，合理调整微課视频的观看时间和次数，继而达到高效的课前预习及课后巩固复习的效果。同时，通过微视频的学习，学生还可及时了解自身在学习中存在的缺陷，提升知识的掌握熟练程度;尤其是针对学习基础不同、学习能力各异的学生而言，微课不仅可照顾到后进生同时也可兼顾到优等生，在学习内容、学习时间的选择上极其灵活自由，能够满足学生个细化、针对性的学习需求。

四、AutoCAD 软件的应用

高校《画法几何与工程制图》课程教学内容可划分为画法几何与工程制图两大部分，其中工程制图要以画法几何作为理论依托，教学内容抽象性强、理论结合实践性强，教学课件中图形占据极大部分，教师要开展讲授教学的语言表达难度较大。在传统板书教学模式下，教师要在课堂上用粉笔亲自绘图，这样不仅加大自身工作量，同时还会占用过多的课时，其教学效果还不见得理想。然而，教师如果将AutoCAD二维绘图软件应用到画法几何这部分教学中，则可合理化解这个问题。教师只需要提前做好电子教案在课堂上引入即可，因为电子教案中已经把要讲授的教学内容通过图文并茂的形式预设好，教师只需要轻点鼠标，则可根据预先编排好的顺序进行投屏教学。这种教学方式的优点就在于能够大大节省课堂板书的时间，提升课堂教学的效率，在很大程度上化解了原先课时紧张的问题。

经过笔者实践教学，在《画法几何与工程制图》课程的图形制作中归纳到如下体会：制图时可充分使用软件中的图层方法，也就是将绘图对象放置在不同层次上，从而实现分类的目的，图层分别标注图层名称，利用图层的特点比如颜色的不同、线性的差异来去区别不同的绘图对象。与此同时，还可借助图层管理功能来组织图形，比如一轴线为铅垂线的圆锥体与一正垂面相交，截交线的空间形状是一椭圆，此时截交线的投影已知与正垂面的投影相互重合，求截交线的投影[2]。在使用AutoCAD二维绘图软件制作该图形时，则可创建三个图层，同时分别给它们以标注特性，也就是分别标出轴线层、圆锥线层以及截交线层。把轴线层作为当前层绘出圆锥线层的两面投影，然后再把圆锥线层作为当前层绘出圆锥的两面投影，最后再把截交线层绘出正垂面的投影。整个操作之后使用复制命令将该图形粘贴下来，这样绘制好的两个图形一个将其作为题目图、一个作为答案图备用。接下来，需要在答案图上求取截交线，先把绘图软件中的“0”层认作是当前层，借助纬圆法在截交线的投影上绘出辅助同心圆，确定好截交线上的各个点，接着切换到截交线层连接点，这样就可求得截交线的投影。为让图形表面更为清晰直观，可先关闭“0”层，这样辅助同心圆就不会显示出来了，学生也就能够更为清楚地看到截交线的两面投影。这样的绘图方法，通过色彩的强烈对比则可更好地呈现出图形投影的相互对应性关系，同时做题时的辅助线可根据图层管理工具进行显示或关闭，给教师省去不少麻烦，不仅节省了课堂时间还提升了教学效率。

五、蓝墨云班课的应用

移动互联网时代背景下，智能手机已实现全民普及，大学生对于手机的依赖性也越来越高，课堂上学生偷摸玩手机的现象屡禁不止。任何事物总是利弊共存，针对学生的这一特点，高校可应用蓝墨云班课实施教学，让手机摇身一变成为学生学习的辅助工具。在《画法几何与工程制图》课程中，通过手机下载蓝墨云班课APP，每个学生开通一个独立账号登录使用，教师及时上传一些微课短视频、电子教程、教学PPT、教学安排及测试习题等相关内容，利用APP开展一系列互动学习。比如实施翻转课堂教学，要求学生在课前登录APP进入班课，接受并完成教师安排的课前学习任务，这样教师也能及时了解学生预习情况，以便课中有针对性地组织教学活动;课中教学时，由于课前经过了充分预习，教师则可适当加快讲授进度，针对重难点知识、学生预习时的疑问进行侧重讲解，留有足够课堂时间进行设问、答疑、互动以及检测，以此调动学生的课堂兴趣，提高学习专注力和主动性;课后复习时，教师则可通过APP上传课后作业，开展在线答疑，进行学习评价等，这样教师不仅将课前、课中与课后全程衔接起来，还能通过后台数据分析学生的学习状况，继而及时做出合理调整和安排，提高课程教学的有效性。

六、SolidWorks 软件的应用

SolidWorks 是一款三维计算机辅助设计应用软件，作为一款参数化建模软件，它主要是被用在机械产品的开发层面，包括零件、装配体以及工程图三个模块部分，通过SolidWorks 的可参数化三维模型开展产品设计，其设计过程就和企业真实产品的构造或是加工制作的过程一模一样，能够反映出产品的几何形状，让整个设计过程能够完全符合设计者的设计习惯及思维方式[3]。由于SolidWorks 能够将三维模型直接转换为二维图形，这也就在很大程度上提高了产品的设计效率。

比如，教师在教学通过投影表示点线面，线面相对为主与基本体的开始阶段，可利用多媒体手段、AutoCAD软件的辅助作用来讲解基本理论知识以及手工作图，以便让学生加深知识理解，厘清三维空间物体与二维平面图形间的关系;但是，在讲解相贯线及后续知识时，一般空间思维能力不足的学生将倍感吃力，这时教师就应合理插入  SolidWorks 软件的应用，借助其具备的二维图转化三维模型功能，帮助学生从三维立体模型中自动生成空间思维能力，促进他们提高自主分析和问题解决的能力。此外，在该门课程中应用SolidWorks更关键的是能让学生认识和了解三维计算机辅助设计软件，与工程实践形成密切联系，将三维建模与二维图样设计加工结合起来，提高学生应用三维软件辅助设计的能力，为学生未来就业发展打牢实践基础[4]。

SolidWorks软件在该门课程中的应用包括组合相贯线、组合体及剖视图三个部分。首先是组合相贯线，组合相贯线是指三个及以上立体相交组成的表面交线。通常组合相贯线的空间形状不好想象，在求解时往往会令学生手足无措，所以教师在讲解相贯线有关内容时，可借SolidWorks软件由二维草图生成三维实体图的功能，直观呈现出相贯体的类型、组合方式、空间形状、对应位置等，从而让学生快速提升空间想象能力，最终了解并掌握组合相贯线方面的知识。

其次是组合体，组合体是指由若干个基本体叠加或分割所形成的立体，教学的重难点是要让学生读组合体的三视图及补组合体的三视图，培养学生良好的空間想象力及使用二维图表达空间立体感的能力，然而由于很多学生的空间想象力不够，针对组合体的学习效果并不明显。通过在此部分应用SolidWorks三维建模，可帮助学生更好地理解基本体相互间的组合方法、基准和尺寸之间关系、表面连接方法、组合体的空间形状等。此外，通过SolidWorks将三维模型自动生成工程图，能够帮助学生校核补组合体三视图的正确性与否。

最后是剖视图，剖视图是用以表示零件内部结构形状的投影图，也是工程制图中的重难点。应用SolidWorks 可通过工程图模块完成各种不同的剖视图;在零件模块下选择“剖切平面”可在指定位置剖开零件，这样就能以直观立体化的三维旋转动态形式呈现在课堂上，调动学生的学习兴致，获得良好的教学效果。比如将零件的主视图以全面的剖视图表示出来，第一步可根据已知视图创建它的三维实体图;第二部通过零件模块选择“剖切平面”在合适的位置剖开零件，同时也可用工程图形式制作零件的全剖视图。

七、结束语

综上实践表明，在《画法几何与工程制图》课程中应用信息化教学手段，通过应用多媒体教学、微课视频、AutoCAD 软件、蓝墨云班课、SolidWorks 软件等其教学优势诸多，不仅可有效激发学生的学习兴趣，帮助学生加强空间想象力，还可解决课程课时不足、讲授不明的问题;更为重要的一点是，能够将二维设计与三维建模有机结合起来，加强学生对于计算机辅助设计的应用能力，这些对于提高课程质量而言都具有积极的促进意义。

作者单位：尹迪    杜智超    沧州交通学院

参  考  文  献

[1] 高会鲜. 信息化技术在《工程制图与识图》教学中的应用[J]. 产业与科技论坛， 2018，17（8）：216-217.

[2] 尚琛煦，张晓玲. 现代化教学手段在《画法几何及工程制图》中的应用[J]. 郑州经济管理干部学院学报，2006，21（1）：78-80.

[3] 王通. 《画法几何及工程制图》教学方法探讨[J]. 机械管理开发，2012（3）：164-165.

[4] 冯欣蕊. 画法几何及土木工程制图微课教学改革与实践[J]. 高等建筑教育， 2015，24（6）：167-169.