工程制图三维造型与创新能力的培养实践

时间：2024-09-23 13:52:13 开题报告

工程制图三维造型与创新能力的培养实践

　0 引言
　　
　　根据学校“培养具有创新精神和实践能力的应用型人才”的培养目标，在对“工程制图”系列课程进行认真研究与分析的基础上我们认识到：过去认为制图课是为专业课服务的、学生只要掌握制图技能即可的观点与新形势下的人才培养应该将素质和能力放在首位的要求很不相符。培养学生素质和能力是一项系统工程，每门课程都应将其放在首位。工程图学教育不能仅局限在培养学生的“三种技能(徒手草图技能、尺规绘图技能、计算机绘图技能)、两种能力(读图能力、空间想象能力)、一种意识(工程意识)”的教学目标上，更重要的是培养学生的综合图学素质。
　　工程图学素质教育的本质不仅要培养学生绘制和阅读工程图样的能力，更重要的是要培养学生的创新设计能力，以创新设计能力来促进学生创新思维的形成。培养大学生的创新精神和创新能力已经成为高等教育的重要任务[1]，加强三维计算机绘图能力的训练对创新能力的培养非常必要。教师在授课时适时的引入AutoCAD 三维建模，并开设AutoCAD 三维建模计算机绘图实验配合工程制图课程的学习，在培养学生的读图能力与空间想象能力的同时，培养其计算机三维建模能力、构思表达能力与创新能力。
　　
　　1 三维造型在教学中的实践
　　
　　从 2008 年开始，我们在相关专业的《工程制图》课程中，进行讲授AutoCAD 三维造型的试点。教师将AutoCAD 内容分三个部分插入教学中：即立体截交与相贯、组合体与剖视图和零件图与装配图。并且计算机绘图实验部分采用AutoCAD 绘图软件，主要培养学生的三维建模能力。
　　讲授组合体这部分内容时，运用AutoCAD 三维建模（图1），解决了学生从空间到平面、平面到空间的画图和读图的问题[2]，有助于提高学生的空间思维能力和构形能力，降低了学习过程中读图的难度，促进了教学[3]。讲授零件图与装配图内容时，教师将零件、部件的三维建模有机的融入多媒体课件中，并生成二维零件图和装配图，通过对三维实体的实时分析，使学生明确了部件装配结构的组成与装配关系，促进了学生对图样表达方案的理解。
　　教学中从学生熟悉的三维基本形体入手引入AutoCAD 绘图软件，介绍同轴回转体，拉伸体的生成，启发培养学生的创新思维能力，学生通过基本立体的生成，从而进一步理解了视图和尺寸的含义。在组合体部分，要求学生利用AutoCAD 进行构形设计，通过自己想象创建形体（不考虑工艺等专业要求），答案不唯一，由于AutoCAD 的实时修改，不但开阔了学生的思路，更培养了空间思维能力和创新能力，提高了学生的学习积极性主动性。
　　
　　2 三维造型上机实践
　　
　　我校近机类和机类专业的《工程制图》分别设有20 学时和30 学时的上机实践，计算机基础实验中心的硬件和软件均达到了较好的配置，保证了教学的顺利进行。学生在上机实验中，教师可以做到直接指导，帮助学生更好的掌握软件的快速应用，取得了较好的教学效果。
　　计算机绘图实践以培养学生自主动手能力与空间思维能力、分析解决问题能力为目标，使学生进一步领会国家制图标准，培养良好的绘图技能，掌握计算机绘图（含二维、三维）方法。教学中，无论是二维图形还是三维形体都采用先构型或先造型再表达的方式，这样不仅有助于学生理解工程形体与其投影图之间的关系，同时也培养了创新意识的建立。
　　在组合体部分，学生不但能应用绘图软件熟练的绘制形体的三视图，而且还可以自己构思创建形体（不考虑工艺等专业要求），提高了空间构思能力和构型能力，降低了学习过程中读图的难度，促进了教学。零件图部分，学生能够创建轴套类等回转体的三维形体，而且还能对中等复杂程度零件[4]进行三维建模，见图2。三维建模培养了学生对工程形体的构形能力，使学生明确了部件装配结构的组成，进一步巩固了所学的零件图和装配图的内容，提高了学生的创新意识、能力和设计水平。
　　实践中我们发现AutoCAD 强大的三维建模功能极大地激发了学生学习绘图软件和制图课的热情，通过三维实体建模的学习降低了学生读图的难度，提高了学生的空间思维能力与构形能力，学生平时小作业和大图的质量都比较好，并且期末考试的总成绩都比没有计算机绘图实验和不采用AutoCAD 三维建模功能进行计算机绘图实验的班级要高很多。以09 年级的试点班级为例：2009/2010 学年第一学期非机类教学试点班级材料093-4，参加考试学生人数为54 人，卷面成绩统计分布为：成绩优秀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%。平均成绩76 分，高出其他班级3 分。2009/2010 学年第二学期机类教学试点班级成型091-3，参加考试学生人数为84 人，卷面成绩统计分布：其中成绩优良27 人，占32.1%；成绩为中等39 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，标准差为12.38，平均成绩为74.6 分，高于机类总平均成绩4 分。由此可见，将三维造型引入教学对培养学生的构形能力、表达能力及对所学知识的掌握和考试成绩的提高都是大有益处的。
　　
　　3 创新能力的培养
　　
　　创新是高等教育改革发展的必由之路[6]，工程制图作为工程教育中实践性非常强的技术基础课，不但要以培养学生的绘制和阅读工程图样能力为目标，更重要的是要以培养学生图形的表达能力，工程实践能力，培养创新能力。
　　我们深知，培养学生获取知识和运用知识的能力比知识本身更重要，因此在教学中采用启发式教学，讲练结合，主要向学生展示分析和解决问题的过程，培养学生分析和解决问题的能力。多媒体教学与CAD 的配合是加强学生创新能力的有效方法之一，三维建模的引入极大引起了学生的兴趣，学生在学好制图课的同时，自己能够主动学习计算机绘图知识，利用课余时间上机实践，不但培养了自学能力还激发了创新精神。
　　教学中由于加入了计算机三维建模的内容，适当削减了部分手工绘图作业，增加了徒手绘制草图和计算机三维建模的作业。三维建模不仅培养学生表达设计结果的图示能力，更重要的是培养工程形体的构形能力及计算机应用能力和创新能力，全面提高学生的工程素质。
　　
　　4 结束语
　　
　　实践表明，工程制图作为工程教育中实践性非常强的技术基础课，AutoCAD 三维建模的有机融入，不但使教学形式生动活泼，教学内容形象直观，易于理解，而且三维造型技术成为了学生学习制图知识的重要工具。学生在掌握投影理论知识的基础上，将二维图形和三维建模紧密联合起来，掌握现代的设计方法和手段，应用计算机正确快速地完成工程图样的绘制及三维形体的构型设计，培养了工程形体的构形能力和创新能力，这些对教学质量的提高和对创新性人才的培养起到了积极、重要的作用。

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　　[参考文献] (References)
　　[1] 刘申立，郭友寒，刘继鹏.三维实体设计与工程制图课程的改革[J]. 郑州航空工业管理学院学报，2002（12）: 17～19.
　　[2] 杨梅，倪树楠、李凤平. 非机类工程图学计算机绘图实验的研究实践.中国科技论文在线，2009 12-680
　　[3] 杨梅，毛志松，姚继权.CAXA-3D 三维造型在工程制图教学中的探索与应用[J]. 机械设计与制造，2005（1）: 10～11.
　　[4] 李凤平，张士庆，苏猛，屈振生. 机械制图[M]. 辽宁：东北大学出版社，2003.
　　[5] 朱冬云.三维造型在工程制图CAI 中的作用[J]. 华南热带农业大学学报，2004（3）: 53～54.
　　[6] 韩新普，贾天科.工程制图课改革及创新教育实践的总结与分析[J]. 西安建筑科技大学，2006（3）: 121～123.

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