基于数字化“工程图学”教学分析研究*

闵祥梅 ， 王长虎 ， 李风武

（1.济宁市工业技师学院，山东 济宁 272000；2.山东农业工程学院，山东 济南 250100）

“工程图学”课程在工科各个专业中具备基础性的作用，是学生需要掌握的一门专业基础课，在实践教学中能够使学生养成正确的工程意识，养成工作细心的习惯和强烈的责任感。本文研究“工程图学”课程在专业教学中如何使学生适应当今制造技术要求，并对新时代数字化教学改革进行探讨。“工程图学”实践教学不仅可以增强学生动手能力，促进教学改革，运用工程意识将基础知识转变成培养创新能力的教学内容，而且可以根据专业要求创新大学的人才培养发展模式，培养符合当前制造产业创新需要的技术人才队伍。采用数字化技术形象的教学情境，培育学生多种思维方式，发挥数字化信息传递优势，使数字化信息融入教学过程中，创建具备灵性的学习氛围。数字化技术在教学创新中应用普遍，在课程中可以准确展示零部件的平面图以及结构设计，并对零部件的设计进程和结果进行优化。

1 “工程图学”教学改革研究现状

1.1 结合专业建设进行教学改革

“工程图学”课程在工科学科中对学生知识体系的构建具有十分重要的作用，其要求学生掌握图样的绘制以及识读的规律，以培育学生图形制图的才能。但手工绘图教学需要花费大量课时，学生也需要花费很多时间去练习和操作绘图[1]。随着三维软件的快速发展，“工程图学”课程顺应形势也扩充了计算机绘图方面的知识，在教学中结合专业要求进行教学改革，扩展新的教学内容，吸收、采用三维软件绘图，提升各专业学生识图绘图和识读规律的能力[2]。“工程图学”课程借助计算机软件进行教改，提高了学生识图绘图的能力，也促进了数字化技术以及制造业的发展。

1.2 结合重点教学内容进行改革

“工程图学”课程以形体构思为着力点，加强绘图操作，在教学过程中根据投影规律和不同视图的对应关系，培养学生驾驭手工绘图的技巧。教学中按照视图之间的位置差异关系，讲述展开投影面时，俯视图的下方和上方表示物体不同前后面[3]。当侧面向右旋转展开以后，左视图的左右两方分别表示物体的前后两个面，俯视图和左视图分别显示物体的不同方面[4]。提高学生对视图的理解能力，明白零件的结构设计，然后根据零件图和装配图生产设计和制造产品。

2 “工程图学”教改发展路径研究

“工程图学”教学理念和教学方式需要根据发展形势做出改变，过去注重这门课程的工具性，侧重讲授，如今注重培育学生数字化创新意识。过去侧重二维绘图讲授，看重手工绘图，现在则更多借助三维绘图软件显示零部件或局部的结构特征、建立三维模型授课，经过数字化技术的在线学习，学生对零件图、装配图的读图能力有了很大的提高。

2.1 “工程图学”课程意义

2.1.1 调动学生积极性

工科类专业“工程图学”课程强调对学生识图绘图能力的培养，工程图样的表达要准确和齐全，以实物线条为基础，培养学生创新意识以及手工绘图的基本技能，培养学生运用工程图学知识解决复杂零部件的结构问题，以增强学生在企业实践中生产产品的能力[4]。教学中对学生强调工程意识，培育学生空间构想能力，并在课程教学中贯穿工程化思想，为学生职业生涯发展打下坚实的基础[5]。

2.1.2 注重能力培养

工科类各个专业十分重视对学生的过程性考核，为保证教学质量，让学生积极参与“工程图学”课程与实践不仅可以丰富其工科方面的素养，也可以提高学生解决实际工程问题的能力，加深对专业的掌握程度[6]。

2.2 三维软件辅助教学

2.2.1 鼓励学生学习三维软件

激发学生兴趣，引导学生采用三维软件新技术画剖面图，解决轴测图绘制中存在的难点问题。零件图和装配图等教学内容在“工程图学”课程中十分重要，体现了产品各部分之间的联结装配关系，在上课时向学生展现三维模型的构造特点[7]，对学生读图、绘图以及零部件制造工序理解有很大帮助。

2.2.2 灌输工程意识

激励领头雁企业以及中小企业加强与学校的合作，注重培养学生工程意识，在“工程图学”课程的基础知识中添加优化设计、创新意识以及产品特征等学科知识，提升学生对零部件视图绘制画法的学习能力[8]。教学改革不仅可以提高学生的工科素养，还可以提升学生绘图、识图的能力。在“工程图学”课程各章节中，以基本体作为基础讲授投影规律，教学中要做到精炼讲授，重点讲授识读零件图以及零件的工艺结构，并向学生传输工程思想，培养学生工程意识。

2.3 构建立体模型辅助教学

2.3.1 立体模型促进直观教学

传统授课一般会应用教具进行实物展示，但教具受实物限制，所以类型较少。三维建模功能丰富，对不规则空间曲面建模方便，通过软件旋转和剖切等操作，可以动态展示内外结构，并且可以修改模型，使学生可以更直观和形象地理解知识[9]。课堂讲授时融入“工程学”“机械优化设计”等课程[10]，通过结合机械结构与使用要求，增强学生对正投影法根本理论的学习，启发学生利用各种技术资料主动学习零部件结构。

2.3.2 合理分配教学内容

“工程图学”课程需要根据教学大纲要求，使学生更好地理解工程图学知识。怎样实现工程图学内容与其他专业知识的结合，恰当合理地分配教学内容，是“工程图学”教学中需要考虑的。学生在刚开始学习时，对点、线、面的分析能力比较差，所以需要采用由易到难、由简单到复杂的教学方式。在教学中，三维立体模型可以给学生更直观的感受，也更易于学生接受对视图的学习。针对学生面临的实际问题，采取启示疏导的方式逐步处理问题，使学生掌握与工程实际密切联系的知识内容，从而便于学生学习其他具有工程基础的课程。

2.4 数字化制造技术辅助教学

2.4.1 三维数据生成二维图形

三维软件具有数据转换功能，可以利用三维数据生成二维图形，降低了对二维绘图能力的要求，加强了学生学习制图的信心，并且提高了学生的绘图能力。计算机网络信息技术的迅猛发展促进了设计制造数字化、一体化的发展，教学时应更加注重对学生应用三维软件的培训。“工程图学”这门课程在工科类专业中地位重要，有助于学生在绘制图形的过程中形成严谨认真的工作作风。现代技术发展迅速，三维软件数字化建模强化了“工程图学”和相关课程的教学形式。在学习工程图学时，学生能够根据实物进行视图、剖面图等图形的绘制，并把上课学到的工程图学知识运用到产品的实际生产中，同时掌握拆画零件图知识，了解常见工艺，可以根据技术要求进行尺寸标注，并能够拆画零件图。此外，在经过对装配体的拆卸及装配以后，学生能够运用工程图学知识解决零部件加工过程中遇到的问题。

2.4.2 推陈出新培养创造性思维

教学变化重在改变，培育学生创新性思想，利用三维设计软件在计算机上构建三维模型，可以使学生更好地学习识图绘图知识。同时，在教学中让学生明白不同投影之间的投影关系，但像利用图解法求空间相对位置这种难度较大的内容可以让学生根据自身情况选择是否进行学习。此外，培养学生数字化制造理念，数字化深刻影响着企业技术的方方面面，数字化制造和数字化工艺改造推动了传统制造业的发展，缩短了产品研发时间，提高了企业生产效率。在“工程图学”课程教学中，借助软件进行教学，使学生掌握现代设计理念，为将来步入社会打下基础。

3 “工程图学”教学改革反思

3.1 侧重实践教学

传统的制图教育主要包括绘图和读图两方面，但现代数字化制造加入了计算机辅助教学，首先构思三维产品，建立三维模型，并借助计算机对产品进行辅助分析，所以在教学改革中侧重实践教学。学校教室多媒体运用较为广泛，多媒体教学不仅可以形象地展现物体投影及其相对位置关系，而且课堂内容容量大，还能够提高讲课效率，激发学生学习的积极性。同时，可以建立工程图学专门的实验场所进行现场教学，为学生学习工程图学现场绘图提供稳定的学习环境。此外，教师可以通过融合“机械设计”等其他课程，尝试实施多种形式的教学，由多媒体演示零部件构造和三维造型等，并根据专业培养方案要求优化提升“工程图学”教学能力，提升学生的创新创业意识。

3.2 培养工程意识，强化工程应用

在教学过程中，以探究式和因材施教的培养方式为主，注重教学过程性评价；严格把控教师教学业绩考核，重在培育学生的才能；加大对学生学业过程性评价方面的考核力度，以不同方式展开课程教学，打牢工程图学的知识储备。在教学改革中培养学生表达工程设计的能力，在“工程图学”课程教学的核心内容中加入案例分析，引导学生学习，并结合工程实际绘制工程图样，使学生掌握徒手绘图和计算机绘图两项技能。在教学过程中，强调工程情境应用与绘图技艺，借助三维软件促进学生对“工程图学”课程的学习。

4 “工程图学”教改创新发展

4.1 运用工程化思路

考虑不同专业的教学要求，编写适应新教学改革模式下“工程图学”教学发展要求的教材，调整学时和教学内容，结合不同院校发展实际，围绕不同教学措施和教学方法进行教学改革探讨。充分利用多层次教学因材施教，充分发掘TBL（团队教学模式）和PBL（问题导向模式）等不同教学方法，并将其应用到实际教学中，构建高效课堂。同时，多媒体教学视频包含的图形、图像内容多，教材人性化改革可以使学生更容易理解知识，在教学时结合其他专业课程讲解可以更贴近工程实际，加强学生对工程图学理论基础知识的学习。此外，教师需要掌握计算机软件，积极进行教学变革创新，紧跟教学改革发展前沿趋势，以适应现代教学改革的发展，培养学生的多种能力。

4.2 优化教学情境

经过剖析“工程图学”教学现状与教学大纲的培育要求可知，教学上侧重传统讲授，学生培养要求与现代日益发展的智能制造数字化技术要求不太适应，学生工程应用能力与社会发展要求有较大差距。因此，应优化设计教学情境，以装备图样为主线，根据工程化思想扩展、发散思维，运用数字化等新技术，为国家培养更多的高素质人才。

4.3 培养创新意识

利用信息化技术进行创新意识的培训，在教学中发挥三维软件优势，通过三维实体展示物体实物，并在教学中结合三维实体和平面图形，以促进数字化技术与“工程图学”教学内容的深度交融，造就图学创新思想，激发学生创新意识。