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1改革的背景與意義

1.1改革背景為了能夠最大限度的符合先進(jìn)生產(chǎn)方式的需要，在制圖教學(xué)中，歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、特征造型及變參設(shè)計(jì)等。從八十年代末期開(kāi)始，美國(guó)逐步形成以工程設(shè)計(jì)為主線，進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)、投影知識(shí)、三維造型理論和圖形表達(dá)等相關(guān)內(nèi)容，采用的是一種新型現(xiàn)代工程圖學(xué)的教學(xué)模式。在教學(xué)過(guò)程中主要強(qiáng)調(diào)的是三維立體的地位與作用，以三維立體為基本點(diǎn)，全面解讀物體的構(gòu)成原理以及相關(guān)的表達(dá)方法。二十一世紀(jì)初期，我國(guó)高校工程圖學(xué)教學(xué)也開(kāi)始借鑒美國(guó)，進(jìn)行相應(yīng)的改革，建立了以設(shè)計(jì)為主線、三維為核心的現(xiàn)代工程圖形學(xué)的新教學(xué)體系，更加注重學(xué)生的工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

1.2改革意義以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力為主的工程圖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，其主線為設(shè)計(jì)，核心為三維，也就是說(shuō)根據(jù)設(shè)計(jì)方案的描述、零件造型、部件預(yù)裝配，到生成二維工程圖的整個(gè)過(guò)程，將徒手軸測(cè)圖、儀器圖等圖學(xué)內(nèi)容與工程設(shè)計(jì)相結(jié)合。從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐漸形成設(shè)計(jì)思維，并能夠運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)表達(dá)方法。這種新的實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)的工程圖學(xué)的融合，其時(shí)代特征十分鮮明，并拜托了傳統(tǒng)的以二維圖形為核心的教學(xué)方法，從原來(lái)的技能教學(xué)向思維方式的引導(dǎo)教學(xué)轉(zhuǎn)型，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力，與當(dāng)前工程設(shè)計(jì)發(fā)展變化的需要更加符合。

2改革的主要內(nèi)容

2.1改革實(shí)施方案針對(duì)傳統(tǒng)的工程圖學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，將傳統(tǒng)的二維表達(dá)介質(zhì)向基于幾何造型系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)介質(zhì)轉(zhuǎn)移，突出“三維”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)重點(diǎn)。工程圖形學(xué)課程的核心理論是計(jì)算機(jī)造型理論、攝影理論，課程教學(xué)的主要目的就是為設(shè)計(jì)服務(wù)，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，所以在新的發(fā)展形勢(shì)下，要提高學(xué)生實(shí)踐能力，就要培養(yǎng)他們?cè)O(shè)計(jì)產(chǎn)品的構(gòu)思和利用現(xiàn)代技術(shù)表達(dá)設(shè)計(jì)理念的能力。只有加強(qiáng)工程圖形學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)，形成適應(yīng)時(shí)代需求的實(shí)踐教學(xué)體系，培養(yǎng)的學(xué)生才能適應(yīng)時(shí)展的需要。

2.2主要研究?jī)?nèi)容

(1)增強(qiáng)表達(dá)能力及三維形象思維的培養(yǎng)。三維模型是一種抽象模型，但是相比于其他的抽象模型更符合人類形象思維方式，并且在現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)中又具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，所以，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。但是三維造型和二維投影不同，所以一定要對(duì)學(xué)生進(jìn)行專門的軸測(cè)圖訓(xùn)練，提高他們的空間想象能力。此外，利用CAD制圖軟件也可以實(shí)現(xiàn)將模型與其投影對(duì)應(yīng)，這樣對(duì)學(xué)生理解三維模型與二維投影的對(duì)應(yīng)關(guān)系非常有幫助。

(2)增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)同設(shè)計(jì)的培養(yǎng)。協(xié)同設(shè)計(jì)主要是對(duì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行分組，組建三維零件庫(kù)，在虛擬條件下進(jìn)行預(yù)裝配，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)、裝配的過(guò)程中逐步了解和掌握現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。

(3)增強(qiáng)強(qiáng)化現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)和表達(dá)意識(shí)的培養(yǎng)。教學(xué)的開(kāi)展主要圍繞“設(shè)計(jì)”進(jìn)行，安排開(kāi)放性作業(yè)，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分發(fā)揮想象力，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行“自主設(shè)計(jì)表達(dá)”，現(xiàn)代化設(shè)計(jì)工具對(duì)現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)非常重要，在其在處理圖形文件的方式上應(yīng)用最多。所以，要重點(diǎn)講解工作原理。

3改革的主要方法

3.1教學(xué)方法以工程設(shè)計(jì)作為主線，對(duì)設(shè)計(jì)的投影知識(shí)、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、三維造型等進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)活動(dòng)。在整個(gè)實(shí)踐的過(guò)程中突出三維立體的作用，并從三維立體入手，對(duì)物體構(gòu)成的原理進(jìn)行全面的理解和表達(dá)。學(xué)生首先通過(guò)徒手繪制軸測(cè)圖，展示設(shè)計(jì)方案；其次在計(jì)算機(jī)上建立三維模型，并對(duì)其進(jìn)行工程分析、虛擬預(yù)裝配、生成零件圖；最后拼畫(huà)二維裝配圖的儀器圖等。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，將計(jì)算機(jī)輔助、儀器圖和徒手軸測(cè)圖等知識(shí)和工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，讓學(xué)生養(yǎng)成現(xiàn)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)思維，并掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。

3.2教學(xué)實(shí)踐

(1)選題階段。在該階段主要是教師為學(xué)生提供相關(guān)的工程設(shè)計(jì)的命題。學(xué)生則通過(guò)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研，從而確定命題研究的方向，之后再開(kāi)始查找研究的資料，并最終確定設(shè)計(jì)的方案。通過(guò)對(duì)學(xué)生采用開(kāi)放式訓(xùn)練，可以使自身的發(fā)散思維和邏輯思維得到有效的培養(yǎng)，并且可以使學(xué)生的工程意識(shí)得到激發(fā)和發(fā)揮。

(2)通過(guò)軸測(cè)圖展示學(xué)生設(shè)計(jì)的方案。通過(guò)采用軸測(cè)圖的方式，讓學(xué)生學(xué)會(huì)徒手繪制三維立體的草圖，并對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品做初步的描述。進(jìn)行描述。在工程上軸測(cè)圖是一個(gè)很好的輔助圖樣，通過(guò)軸測(cè)圖的繪制還可以增強(qiáng)學(xué)生的空間概念，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，使學(xué)生畫(huà)圖、看圖水平得到全面提升。

(3)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的階段。并采用常用的CAD三維立體軟件，對(duì)模型進(jìn)行初步的虛擬預(yù)裝，使得其成為二維的工程圖。可以使學(xué)生三維造型、繪圖及其表達(dá)技能得到全面的提升，還可以增強(qiáng)學(xué)生三維實(shí)體造型及其表達(dá)部分的工程意識(shí)。學(xué)生在進(jìn)行三維零件的特征設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該以零件形成的加工工藝流程作為引導(dǎo)，在進(jìn)行工程圖的生成制作時(shí)則應(yīng)該以機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定啟發(fā)學(xué)生，使學(xué)生的規(guī)范意識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)得到提升，培養(yǎng)學(xué)生的多學(xué)科工程的實(shí)踐能力，將工程實(shí)際與課程內(nèi)容緊密結(jié)合在一起。

(4)拼畫(huà)裝配圖階段。根據(jù)前述產(chǎn)品零件圖和設(shè)計(jì)方案，拼畫(huà)部件的二維裝配圖。上述實(shí)踐教學(xué)體系具有時(shí)代特點(diǎn)，在天津大學(xué)機(jī)械類2013及2014級(jí)學(xué)生實(shí)施取得了卓有成效的收獲。以計(jì)算機(jī)幾何造型為核心的圖形學(xué)與工程設(shè)計(jì)緊密結(jié)合為一體，培養(yǎng)了學(xué)生形成自頂向下的設(shè)計(jì)思維方式，掌握了先進(jìn)的設(shè)計(jì)表達(dá)方法，培養(yǎng)學(xué)生了現(xiàn)代設(shè)計(jì)意識(shí)。

(5)拓展階段。組織學(xué)生參觀學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，如請(qǐng)教師做“微銑削加工研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)”等前沿技術(shù)講座，介紹微銑削加工背景、加工特點(diǎn)、加工應(yīng)用、研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景。學(xué)生加入相關(guān)的課題研究，如微/納操作系統(tǒng)，如圖2所示，噴涂設(shè)備及系統(tǒng)，如圖3所示測(cè)噴機(jī)器人。

4后記

目前針對(duì)工程圖學(xué)的教改的研究是在課程當(dāng)中如何將傳統(tǒng)的采用二維表達(dá)的介質(zhì)往基于幾何造型的三維設(shè)計(jì)介質(zhì)轉(zhuǎn)變，從而更好的做好對(duì)學(xué)生工程的意識(shí)。因此，該教改其主要的創(chuàng)新點(diǎn)為：第一，有效的在學(xué)生中強(qiáng)化了三維設(shè)計(jì)思維。本文結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知情況，并以三維高度研究投影理論作為基礎(chǔ)，對(duì)其中的數(shù)和形進(jìn)行深入的分析，從而揭示計(jì)算機(jī)幾何模型在當(dāng)前設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用的核心地位。第二，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)和內(nèi)容的結(jié)合。在內(nèi)容上采取將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、畫(huà)法幾何、機(jī)械制圖等融合，減少了機(jī)械制圖、畫(huà)法幾何的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，額外增加了軸測(cè)圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及表示方法等，以適應(yīng)目前工程設(shè)計(jì)的需要。第三，更注重現(xiàn)代表達(dá)。在“設(shè)計(jì)”主線下，將“設(shè)計(jì)表達(dá)”所需的理論、規(guī)律及技法集成組織教學(xué)。同事在教學(xué)中通過(guò)開(kāi)放型的教學(xué)方式，不斷激發(fā)學(xué)生對(duì)創(chuàng)作和設(shè)計(jì)的熱情，以此為后續(xù)的培養(yǎng)提供基礎(chǔ)。

作者：徐健姜杉陳東祥景秀并單位：天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院