非机械电子工程制图课程改进现况

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［摘要］工程制图作为工科专业的基础课程，对工科专业的发展起着至关重要的作用。内江师范学院电子信息工程专业的工程制图课程存在教学内容重复、教学手段单一的问题，从而导致多数学生学习效果不佳。对此，在分析了其他学校的工程制图课程教学后，发现提高学生的课程重视度和学习兴趣以及培养学生良好的空间想象能力成为学好工程制图的关键因素。基于此，教师可以在工程制图课程教学中适时调节教学内容，紧密联系专业特色，并结合三维软件辅助化教学，增强学生空间意识，从而达到提升学生学习效果的目的。

［关键词］非机械类工科专业;工程制图;电子信息工程;专业特色;三维软件

一、引言

20世纪60年代，工程制图课程虽已被定为我国工科专业的公共基础课，但进入新世纪以后，工程制图在非机械类工科专业学生培养体系中逐渐被淡化。许多非机械类工科专业的学生认为学习工程制图无用，甚至一些教育工作者和管理人员将自己所从事的专业或从自己所研究的方向是否用到工程制图作为评判该课程有用或无用的标准，一度认为该课程开不开、开多少都没有影响。［1］确切地说，工程制图作为非机械类工科专业的基础课，是许多非机械类工科专业获取制图知识的唯一来源。对非机械类工科专业来说，工程制图具有特殊的地位和至关重要的作用。工程制图课程的学习有助于培养学生严谨的做事态度、基本的读图和绘图能力、一定的空间想象能力和创新设计能力，还能培养学生在工程实践中解决实际问题的能力。［2－3］以内江师范学院(以下简称我校)电子信息工程专业为例，该专业学生在学习、科研和工作中都会遇见各种各样的产品结构，无论是钻研软件还是硬件方向，学生具备一定的制图知识都是很有必要的。学生在专业学习过程中，不能仅停留在各种芯片、电路板上，而是应该通过工程制图课程的学习，在获取一定的制图知识后，加大设计范围，这对后续了解生产和科研中出现的各种设备结构、产品架构及相关的知识起着重要作用。［4］

二、我校工程制图课程教学的现状

我校电子信息工程专业工程制图课程的课时设置为48学时，其中包括32学时的理论课时和16学时的AutoCad上机课时。该课程一般开设在大一的第二学期，此阶段的学生基本延续了高中的学习状态，学习态度端正，上课认真，大多具有较强的求知欲和好奇心。［2］但是，在该课程教学过程中，面对这些非机械类专业学生，不少教师仍然采用机械专业的授课模式，教学内容缺乏与本专业的联系，且具有一定的难度，致使不少学生认为工程制图课程对本专业没有作用，从而缺乏重视度和学习兴趣。工程制图课程具有较强的空间概念，对学生的空间想象能力要求较高。该课程虽然部分内容与初高中几何部分有一定的相关性，学生具备一定的基础，但不同学生存在基础差异，空间想象能力也不尽相同。因此，学生在学习过程中普遍反映了难以想象物体的空间形状，尤其是在截交线、相贯线、补画视图等内容的学习中常常感到无从下手。完整的工程制图课程主要包括画法几何、制图基础、机械制图和计算机辅助绘图四个部分的内容。由于面对的是非机械类专业学生，加之课时有限，因此笔者选取了画法几何和部分制图基础及计算机辅助绘图进行授课。但是，在各因素综合影响下，学生的学习效果不佳，教学措施有待改进。

三、工程制图课程的教学改进探究

(一)适时调节教学内容，紧密联系专业特色

不同的专业具有不同的特色，教师在教学过程中应该结合授课对象的专业特色，展示工程制图在专业培养中的重要性，帮助学生树立正确的学习观，提升学习效果。［5］西安电子科技大学电子信息类制图课就充分体现了专业特色，不仅专门介绍电子设备图，而且在课堂用例和作业中选取一些体现专业特色的零部件进行授课，如波长计、开关、插头等。在该种教学模式下，学生的学习兴趣大大提高，学习效果较好。［1］湖北大学熊娟等人也对传统工程制图课程内容与授课对象专业性结合度不高的问题进行了探究，并以该校电子信息类专业为例，指出了工程制图课的授课教师应该帮助学生建立该课程与学生所学专业的联系。［4］例如，教师可以选用典型场效应晶体管的版图设计、芯片工艺流程图的绘制等案例，使学生了解到从工程制图课程中所学的识图、读图和绘图等能力对本专业相关领域中发挥的积极作用。授课环节紧密联系专业特色，有助于提高学生对该课程的学习兴趣和重视度。例如，在课程导入环节中，教师可以借助模拟电路实验箱、示波器和数字万用表等专业相关实验仪器实机或模型代替某些传统实体模具，这样更能吸引学生注意力并提高其学习兴趣。具体如下，某种示波器(图1)就存在许多教学连接点，其中一个按钮平面图(图2)可看作由4个圆弧分别连接2条直线组合而成。授课教师可以将此按钮的平面图作为项目导入，从这里引导学生学习工程制图课程中的常用线性、圆弧连接知识点和尺寸标注等内容。借助该模型，在圆弧连接知识点中，教师可以先介绍与图2相同的两线成直角的圆弧连接形式，引导学生学习这种形式下圆弧基本作图的方式方法，同时引申出两线成钝角、两线成锐角的其他两类形式并进行学习。不仅如此，对比示波器整机和按钮的大小，教师还能引导学生思考如何选择图形绘制比例才能清晰表达绘制对象的相关制图问题，进而引申出制图比例的相关知识点。教师对比例进行介绍后，还能进一步引出图幅的选择，进而学习图幅、图框和标题栏等知识点，环环相扣，层层递进。教师应该适时调节教学内容，转换教学模式，选用一些具有专业特色的案例，引出教学知识点，提升该课程和专业的关联度，这样可以在很大程度上激发学生的学习兴趣，从而提升学习效果。

(二)三维软件辅助化教学，增强学生空间意识

上机实践部分所用软件为AutoCad，主要用于绘制二维图形，这在一定程度上调动了学生的学习积极性，提高了分析图形和绘制图形的能力。［6］但是，课程中立体的投影、组合体、轴测图等章节的内容，主要涉及二维与三维的相互转化，在过往教学过程中，授课教师主要借助PPT课件插图、有限的实体模型或者少量的动画进行授课。部分教师在课堂教学中应用新兴的AR技术进行穿插教学，可以帮助学生掌握知识点，但是许多图形未能收入该资源库中，以至于在一些难点章节学生仍然难以理解图形的结构与形成，致使学习效果不佳。针对该问题，在工程制图课程教学中引入三维软件进行辅助教学，将单一的讲解过程色彩化、生动化，有助于教学效果的提升，许多高校都对此进行了相关研究，南华大学肖章［7］等人和江西理工大学吴翠琴［8］等人、贵州商学院李坤岑［9］等人和九江学院余梅香［10］、湖南工程学院陈玲萍［11］等人分别对工程制图教学中引入三维软件SolidWorks、UG、ProE的教学效果进行了研究，均指出教学效果有一定的提升。这几类三维软件具有相似功能，其中SolidWorks软件具有易学、易懂、工作界面操作简便、用户界面清晰直观等优点。故本文以SolidWorks软件为例，对工程制图课程教学中应用三维软件辅助化教学进行研究与探讨。1．SolidWorks软件在立体投影学习中的应用截交线和相贯线是立体的投影教学中的重难点，内容抽象，使得很多学生难以理解和掌握。借助SolidWorks软件让抽象的问题直观化，首先应用该软件创建实体模型，然后将截交线与相贯线的产生过程直观生动地展现在学生眼前，即应用SolidWorks软件动态演示截切与相贯的过程和变化，将枯燥无趣、生涩难懂的文字和图面知识转变为生动有趣的动画形式，可以很大程度上帮助学生理解截交线和相贯线形状。［8］例如，在圆柱的截交线学习中，当截平面倾斜于轴线且与上下表面相交时，若只是基于二维图形的讲解，学生对该截交线的形状就很难想象和理解，很容易认为该截交线为长方形，但实际上却为复合图形(图3)。那么此时教师借助SolidWorks软件建立模型，现场截切(图4)，可以让学生直观、清晰地了解到该截交线的形状分布。在相贯线学习中，两等直径圆柱体正交产生的相贯线(图5)，此为其二维平面图，但其空间形状为一椭圆，同样运用SolidWorks软件建立模型，剖切模型(图6)让学生观察相贯线，学生就能很快理解并掌握。2．SolidWorks软件在组合体学习中的应用组合体一般分为叠加型、切割型和综合型三种，任何形状复杂的立体都可以看作由一些基本几何体通过或叠加或切割或叠加并切割的方式组合而成，组合体章节的内容是工程制图课程画法几何部分的重点内容，掌握组合体三视图的绘制和阅读是学习工程图样绘制和阅读的前提和基础。［12］在组合体学习过程中，对学习者空间想象能力要求极高，尤其是根据已知三视图补画漏线、补画第三视图等无一不是要求学生脑海中对该组合体的立体形状有准确完整的勾勒，而空间想象能力较弱的学生一般很难想象出组合体的空间立体形状，从而不易掌握组合体的读图和画图。以某个应用形体分析法画切割型组合体视图的实例为例，授课教师在课堂中引入三维软件进行辅助教学，采用SolidWorks软件对基本体进行一系列切割操作，将组合体的形成动态展示在学生面前(图7)，可以引导学生循序渐进地理解组合体的形成，这对学生成功绘制出其三视图有很大帮助。3．SolidWorks软件在轴测图学习中的应用轴测图通常称为立体图，能够同时反映出物体的长、宽、高三个方向的尺寸，直观性强并富有立体感。［13］初学者由于没有完全建立立体概念，很难思维清晰地根据三视图绘制出轴测图。以根据凹型槽三视图绘制正等轴测图(图8)为例，授课教师在讲解相关理论知识后，应观察特征形状，借助SolidWorks软件进行草图绘制，选用拉伸和切割等命令演示整个立体图的创作过程。在模型建立环境中，教师可以通过旋转等命令全方位展示立体模型的空间结构，选择“等轴测”调出正等轴测模型进行观察(图9)，也可在工程图中生成正等轴测图(图10)。值得注意的是，SolidWorks软件轴测图采用的是美国标准，虽然与我国标准第一角画法绘制的正等轴测图存在差异，但选择3D工程图视图里的视图旋转功能，可任意旋转视图(图11)，学生能直接观察到该立体图的结构，生动的3D创作过程仍然值得穿插于课堂教学中。工程制图课程对工科专业具有重要作用，工科专业学生有必要学习工程制图课程。针对该课程在非机械类专业中的教学现状与存在的问题，提出紧密联系专业特色，并借助三维软件辅助教学，有助于提高非机械类专业学生对工程制图课程的学习兴趣和提升空间想象能力，从而提升学生的学习效果。

作者：樊维 单位：内江师范学院