工程图学类课程建设与教学方法手段创新实践

1、工程图学类课程建设与教学方法手段创新实践成果总结山东理工大学2021.12工程图学类课程建设与教学方法手段创新实践成 果 总 结该成果以“知识学习综合运用能力提升素质内化为宗旨，按“螺旋上升，梯次递进的建设原那么，构建了工程图学类系列课程内容体系。纵向延伸设计了实验实践新工程。实践了“传授方法，启迪智慧的思维能力培养方法、强化“呆气提升“灵气的工程素质训练方法以及过程、结果、能力 “三合一的课程考核评价方法。建成了国家精品课程网站和其他网络课程，形成了“自建、共享、合作完善实验教学手段新模式，丰富了教学资源。一、课程内容体系构建研究 一对现代工业生产要求的分析在现代工业生产中，已逐步由二维设计

2、向三维设计转化。三维设计的思维过程是：构思三维工程结构物确定二维特征视图三维数字建模(与检测等)二维工程图样或直接数控加工成型 (简述为“三二三二过程)。在这个过程中，设计者必须具备 “空间思维、二维图示、三维造型的根本能力。为了使学生适应这种新的设计思维过程。我们把“画法几何及工程制图扩展到工程图学，有横向的拓宽，更有与实际工程设计过程同步的纵向延伸。二对工程图学课程分支与内涵的研究 工程图学是研究工程与产品信息表达、交流与传递的学科。主要包括图形学根底、工程制图、计算机图形学。其根底是“画法几何、工程制图，计算机图形学是图形学知识、数学知识、程序语言、计算机知识与技能等多学科知识的综合运用

3、与深化。其分支与内涵如图1所示：工程制图机械制图建筑制图道路工程制图水工制图工程图学计算机图形学三维二维编程绘图软件绘图CAD技术画法几何+数学运用图形学原理图学根底构形根底画法几何投影理论与方法图学思维根底工程制图根底专业制图图1 课程的分支与内涵三对工程图学课程教学活动目的的探讨本课程理论严谨，实践性强，与工程实践有密切联系，对培养学生掌握科学思维方法，增强工程和创新意识有重要作用。其教学活动的目的如图2所示：课程教学活动目的计算机图形学培养学生“程序语言+画法几何及工程制图+计算机应用的综合能力培养学生“画法几何及工程制图与软件操作结合的知识运用能力编程绘图软件绘图CAD技术培养知识画法

4、几何+数学综合运用能力图形学原理图学根底空间问题分析能力空间问题图解能力空间形体构思能力 图形思维能力培养图示能力空间形体的图示空间几何问题的图示工程制图绘图技能徒手绘图仪器绘图GB的有关知识了解标准开展沿革培养标准意识培养工程意识机械制图建筑制图交通道路制图水工制图专业图学培养专业工程图样的绘制和阅读能力图2 课程教学活动目的四对工程图学课程功能的梳理本课程对学生的培养有显性、隐性两种功能。显性功能是培养工程设计的图示能力；隐性功能是培养空间思维能力、设计创新能力和工程综合素质。即“三种能力、一种素质。其中空间思维能力培养是本课程特有的，它极大地影响着设计创新能力。课程功能如图3所示。 图学

5、课程的培养功能表达方案选定工程设计图示能力标准规定的执行成图能力 徒手仪器计算机设计审美意识培养空间问题分析能力培养空间问题图解能力培养空间形体想象能力培养空间形体设计能力培养 显性功能质量与标准意识培养 隐性功能工作责任心的培养工程综合素质工程实践能力设计创新能力空间思维能力非逻辑思维形式的习惯培养构型设计能力的培养创新方法应用的习惯培养图3 课程功能示意图五支撑“三二三二设计思维过程的工程图学类课程教学内容体系构筑根据以上四方面的研究，构筑了新的工程图学类课程教学内容体系。如图4所示。根本理论正投影根本理论根本方法工程设计根本方法构形设计根本方法根本技能徒手绘图仪器绘图计算机绘图课程内容体

6、系图形学根底工程技术导引工程制图国家标准工程图样三维建模二维绘图软件绘图图形的生成与数学表示图形的根本几何变换图形学原理图形的裁剪技术视图和立体图的生成根据目标对象的程序编制编程绘图程序语言接口技术计算机图形学工程技术领域与工程图的应用工程技术队伍构成与职责工程设计的分类及设计过程设计过程简单举例图4 课程内容体系示意图 以螺旋式上升原那么，创新了画法几何、工程制图内容体系。如由工程技术导引，引出工程设计图示表达和三种绘图方法；以体为对象介绍投影方法，抽象几何元素，由几何元素投影构成体的投影；充实了构型设计方法；增设观察思考栏目；设计了知识学习、运用、转化、梯次升级的思考题等。以梯次递进原那么

7、，纵向延伸构建了AutoCAD、SolidWorks三维计算机辅助设计、Visual Basic.NET程序设计、UG-NX等课程内容体系。案例关联，梯次设计，内容无重叠、无空白、术语概念统一，将现代工程图学类课程纵向贯穿，满足“三二三二设计思维过程的能力培养要求。横向拓展满足需求，构建了新的建筑、化工、道路工程类等工程制图课程体系。满足了对应专业工程制图课程教学内容亟待更新的需求。以知识学习、运用、能力素质内化的层级提升为原那么，纵向延伸设计了计算机图形学类课程的实验工程，把软件绘图、编程绘图，二维绘图、三维造型设计及工程图样生成，图形学原理、计算机语言程序设计、接口技术等课程的教学内容知识

8、点链接运用，如Visual Basic.NET程序设计中引入图形学算法对目标对象进行编程、接口转换、AutoCAD图形显示、SolidWorks或UG-NX三维造型、虚拟装配干预检验、工程图生成。构筑了研究性学习的框架。 二、系列教材建设精选内容，优化体系，编写出版了12部教材和2个讲义，配套编写出版了5本习题集、8个CAI课件。 = 1 * GB3 国家“十一五规划教材?画法几何及工程制图?； = 2 * GB3 国家“十一五规划教材?机械制图?； = 3 * GB3 国家“十一五规划教材?建筑工程制图?； = 4 * GB3 国家“十一五规划教材?Visual Basic.NET程序设计教

9、程?； = 5 * GB3 教育科学“十五国家规划课题研究成果?三维计算机辅助设计SolidWorks实用教程?； = 6 * GB3 其他教材：?机械制图实验教程?、?AutoCAD2006根底教程及上机指导?、?土木工程制图?、?AutoCAD2021工程制图与上机指导?、?UG-NX3根底教程?、?UG-NX5根底教程?、?SolidWorks设计与应用教程?、配套习题集、CAI课件。该系列教材涵盖工程图学各分支课程，理论系统，体系完整，门类齐全，内容先进，与实践有机结合，形成了适应现代“三二三二工程设计思维过程、培养“三种能力、一种素质要求的完整教材体系。三、教学方法、教学手段创新以强

10、化课程对学生“三种能力、一种素质培养为目的，对教学方法、教学手段进行了创新实践。建设内容与关联如图5所示：教学方法教学手段实验实践工程创新教材建设课程考核评价课程建设内容图5 课程建设关联图一传授方法、启迪智慧的教学方法研究好的教育不是传授知识而应是传授方法传授获得知识和使用知识的方法。教育的最高境界是启迪智慧。如何以知识为载体传授方法、启迪智慧？是教学方法研究的重点。 不同的教学内容采用不同的教学方法：例如画法几何综合题目，对学生来讲本来就“山重水复，当然不能再“故设谜团； 对相贯线、截交线形状渐变这些抽象问题，从工程案例抽象模型，并设计动画展示渐变过程，以曲面形成方法为切入点，讲解作图方法

11、；比方剖视就可以“故设谜团，让学生自己想出剖视的表达、并多例比拟想象剖切方法进而导引出国标的制定，加深对标准的理解，提高执行标准的自觉性；零件表达那么可“开门见山直奔主题并采用讨论式。传授方法、启迪智慧的教学方法探讨：例如画法几何综合问题，都是综合约束或多条件约束题目，分别可采取分解约束或逐个满足约束的分析方法、轨迹法、逆推法，分析找出最多量解题思路，再比拟分析优选解题方法，培养梳理解决纷乱复杂问题的能力、优选习惯与思维方法；利用组合体形体分析，培养学生把复杂问题分解为简单问题的思维方法即“化整为零，积零为整的分析解决问题方法；构型设计给出“单面视图约束或多形体约束并重视答案的多量和特异以激发

12、想象培养多向思维，启发功能联想，训练培养工程创新思维等。再引申反证工程图表达形体必须唯一确定，使学生高度认识工程图样100%绝对正确的重要性以培养工程素质。训练脚踏实地的“呆气， 培养异想天开的“灵气：对于工程技术人员来讲，“呆气就是下笨功夫、严谨细致、扎扎实实、吃苦耐劳的工程素质；“灵气是创造性思维能力。“呆气保质量，“灵气保创新。测绘实践、工程图样的高质量绘制是训练“呆气的最好方法，也是培养“灵气的辅助手段。 二建设国家精品课程网站，带动教学手段提升结合课程内容体系改革，将现代多媒体技术以及网络运用到教学中，实现教学手段的提升。研究内容如图6所示：教学手段建设CAI课件系统研发 助学型课件

13、创新与工程能力培养型 测评型课件 助教型课件网络资源国家精品课程画法几何及工程制图网站 教学内容实践性教学 教学研究 课件资源建筑制图网络课程 教学内容实践性教学 教学研究 课件资源图6 教学手段建设内容CAI课件系统升级研发：使“空间 平面思维过程可视化，实现教学经验、思维过程的广义积累与叠加为设计要求，对我们2000年开发的助教型、助学型、创新与工程能力培养型、测评型课件构成的CAI辅助教学系统进行了升级。如图7所示：CAI课件系统助学型课件创新与工程能力培养型测评型课件助教型课件 授课平台习题分析解答典型题例分析创新构型设计装配体测绘画法几何及工程制图试题库三维动画120多个、平面动画5

14、00多个、图片2400多幅根底学习，辅助答疑提高学习，分层次教学培养非逻辑性思维、激发创新意识指导测绘实践教学难度系数分级、随机取题、自动组卷和排版，标准答案自动生成、成绩统计分析棒状图生成、操作简便、具有开放性房屋测绘指导测绘实践教学图7 CAI课件系统研发网络资源建设：我们从2000年就开始应用网络教学，2003年建设了“画法几何及工程制图课程网站 :/，2004年建设成首批山东省精品课程，2006年建设成国家精品课程。还建成了建筑制图网络课程。三创新实验实践工程，完善实验条件，强化培养工程综合素质实验工程创新：设计了计算机图形学类课程的实验工程，把软件绘图、编程绘图，二维绘图、三维造型设

15、计及工程图样生成，图形学原理、计算机语言程序设计、接口技术等课程的知识点链接运用。如图8所示：CAD技术类实验工程形体构思类模型速画模型制作构型设计二维绘图工程认知类机械及产品认知形体认知机加工方法认知测绘实践类零件测绘装配体测绘三维建模拉伸和旋转特征建模零件的特征管理及修复扫描和放样特征建模零件图生成装配设计与装配图生成精确绘制平面图形绘制零件图工程图样板文件创立绘制装配图、建筑施工图图形输出打印VB编程绘图 接口技术 综合创新设计编程接口转换AutoCAD图形显示SolidWorks或UG-NX三维造型虚拟装配干预检验工程图生成图8 实验工程设计“自建、共享、合作完善实验实践教学手段新模式

16、。由原来自建变为“自建、共享、合作模式，和其他课程共享学校的“工程实训中心、“机械设计实验室。与Siemens PLM Software公司合作开展GO PLM方案，获赠NX全模块软件200套，硬件条件发生了质的提升。如图9所示。实验设施建设共享机械设计实验室学校实训中心机械及产品认知实验机械加工方法认知实验CAD三维建模、数控成型校企共建GO PLM方案自建手工模型制作室模型制作实验:以陶泥、塑料泡沫为材料专用CAD机房二维绘图、三维建模模型室形体认知、徒手速画、模型测绘微型机械化模型制作室模型制作实验：以木材、陶泥毛坯、肥皂为材料微型数控机床模型制作微型传统机床模型制作图9 实验实践手段建

17、设四注重过程的“三合一考核评价方法对考试方式、方法进行了创新实践，形成了过程、结果、能力“三合一的课程考核评价方案。改变了“一次性考试的结果性评价方式，实现了对学生“学习过程监督、学习结果测评、能力成长考核的综合评价。对学生的学习和开展以及对教师的教学都具有明显导向作用。如图10所示以画法几何及工程制图为例。画法几何局部：侧重于对根本知识的掌握和运用。闭卷，占总成绩的60%。课程考核评价方案第一学期第二学期结果性学习评价结果性实践评价过程性实践评价结果性学习评价综合性实践评价创新性实践评价轴测图、表达方法局部：侧重于图学技能、三维和二维表达能力培养。开卷，占总成绩的40%。专业图绘图局部：侧重

18、于对零件、机器或部件工作图的全面认识、二维表达能力和绘图技能的提高。开卷，占总成绩的20%。专业图看图局部：侧重于对专业图根本知识的掌握和运用、对国家标准的贯彻执行。开卷，占总成绩的50%。由装配图拆画零件图局部：侧重于包含与工程实际相结合的意识与能力在内的工程图学知识、能力、素质的培养。开卷，占总成绩的30%。实践评价软试题：侧重于图学创新能力、综合素质评价。成绩优秀者可给予加分。作业局部：作业提交次数。作业完成质量。过程性学习评价图10 课程考核评价方案四、教学团队建设我们严把新进教师质量关，新进教师必须具有博士、硕士学位且要经过严格考核，建成了一支高学历、高素质的教师队伍；我们提倡教师要

19、有“一丝不苟、严谨治学的“呆气和“教法灵活、启迪智慧的“灵气，苦练教学根本功；我们对老教师实行定期进修制度，进行知识更新；对青年教师帮、带结合，严格管理，实行“导师制、许可制、过程监督制，不断提高其教学水平。我们安排全体教师参与研究构建课程内容体系、编写系列教材、研发教学课件、探讨并实践新的教学方法，使老师们提升了教育理念，精通了课程内容，熟练掌握了现代教育技术和教学方法，每一位教师和整个团队的教学水平大大提高。我们倡导团队成员要相互学习、鼓励，相互催促、支持，成员的归属感、团队的凝聚力大大增强，形成了典范、成就、友谊等多因素互驱互动和终身学习、潜心研究、勤于实践的团队文化，建成了一支学习型、

20、研究型的教学团队。在每年一次的教学评价中，学生评价优秀率达100%。老师们有多人次获学校教案展评奖、教学质量奖、教学优秀奖、青年教师竞赛一、二、三等奖以及“学生心中最爱的老师奖。团队被评为山东省教学团队，团队带头人王兰美被评为山东省教学名师，担任教育部工程图学教学指导委员会委员。五、主要创新点1.2006年?画法几何及工程制图?被评为国家精品课程。2.首次提出了“螺旋上升、梯次递进的工程图学类课程内容体系建设原那么、 “三种能力、一种素质课程培养功能和“三二三二设计思维过程。纵向延伸，构筑了支撑现代“三二三二设计思维过程的工程图学系列课程内容体系。针对专业，横向拓宽建设了并列课程。3. 提出并

21、运用“知识学习综合运用能力提升素质内化的层级提升原那么，纵向贯穿设计了工程图学类课程实验工程，把多门课程知识点链接运用，引导了研究性学习，做到了有知识且“会用，不断提高学生的实践能力和工程素质。4. 编写出版了门类最齐全、内容最先进的工程图学类课程系列教材12部。其中，“十一五国家规划教材4部，“十五国家课题成果1部。纵向落实了螺旋上升、梯次递进原那么；横向解决了对应专业教学内容陈旧，CAI资源匮乏问题。满足了不同层次、不同专业、不同时段的教学需求。5.提出并实践了“传授方法，启迪智慧思维能力培养方法，首次提出并实践了强化“呆气，提升“灵气的工程素质训练方法以及“过程性、结果性、能力性三合一的课程考核评价方法，教学效果明显提高。6建成了国家精品课程网站和其他网络课程，形成了“自建、共享、合作 完善实验教学手段新模式，丰富了教学资源。六、教学应用效果一校内应用效果据统计，教学中学生到课率高，作