工程图学课程中培养三维造型与设计能力研究与实践.doc

工程图学课程中培养三维造型与设计能力研究与实践 　　摘要:根据计算机技术发展、先进制造技术和工程科技人才培养的需要,开展了本科生三维造型与设计能力培养模式的研究。在此培养模式中,在画法几何教学中对学生进行三维造型能力的培养,在机械制图教学中进行三维设计能力的培养。在学生不同的学习阶段,有针对性地安排不同的教学内容,循序渐进地达到不同的培养目标和创新能力。 　　关键词:工程图学;三维设计;创新能力;培养模式 　　基金项目:机械工程学院教学改革项目(编号:JXFFGG05)成果 　　作者简介:赵炳利(1962-),男,河北人,副教授,主要研究领域为工程图学及CAD。 　　 　　一、前言 　　 　　《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》就新时期我国创新人才培养改革做出重要部署,这是全面贯彻落实科学发展观、加快实施科教兴国和人才强国战略、加快新时期创新型工程科技人才培养的一项重要举措。 　　目前,国内仍延续着传统的加工制造方法,高等工科院校在机械专业学生的工程图上通常也是采用二维图样设计的培养模式。无论是工程制图课的教学与训练,还是后续专业技术课程的相关设计实践环节,绘图时基本上都是以绘制二维投影图来表达相关零件图和装配图。近年来,虽然绘图手段已经逐渐转变为计算机绘图,但对学生创新思维方法与设计能力培养的思路仍然没有从根本上得到改变[1]。随着计算机和先进制造技术的高速发展,已经可以直接实现三维设计和加工制造,使得三维数字化设计技术成为产品设计和加工制造的核心内容。这也为我国的制造业带来了革命性的变化,各种数控加工机械以及相关三维设计软件已经得到越来越广泛的应用,基于VR(虚拟现实)技术和三维建模引入制图课程的教学内容改革也得到广泛应用[2][3]。 　　在近年来的机械专业本科教学中,结合我校机械专业的特点,在对学生如何进行三维设计能力培养模式的问题上进行了研究,以SolidWorks[4]作为支撑软件系统并将其付诸实践,取得了很好的效果。 　　 　　二、全程三维设计培养模式 　　 　　产品的设计过程,是根据特定目的的要求,先构建出产品的雏形,再完成功能优化、强度校核、工艺结构合理性调整、经济评价等步骤,最终完成产品的设计。三维设计方法是从三维建模入手,再根据软件的参数化功能与其他软件相链接,能够对这一设计过程实现更为直接和直观的体现。要使学生掌握三维设计方法,教学内容和体系安排的框架应该符合学生的学习认知规律,并对学生完成从模仿实物→模拟性设计→创新性设计的全程培养。 　　为了推进工程教育教学改革,践行CDIO[5](构思、设计、实施、运行)先进的教学理念和教学方法,在学生不同的学习阶段,有针对性地安排不同的教学内容,循序渐进地达到不同的培养目标。2008年,我们学院启动了机械专业本科生课程教学改革,主要内容是培养全程三维设计能力的模式:三维造型与设计理念的建立→模拟性三维设计→工程性三维设计→创造性和应用性三维设计。在工程图学课程的教学中,主要开展建立三维造型与设计理念及模拟性三维设计;在机械原理课程设计和机械设计课程设计中,主要开展模拟性三维设计和工程性三维设计;在毕业设计中主要开展工程性三维设计与创造性和应用性三维设计相结合的设计模式。 　　 　　三、工程图学课程中培养三维造型与设计能力 　　 　　鉴于国内机械行业正处在采用三维设计以及沿用传统二维设计方法的并存时期,而且这种局面还会持续一段时间。同时,参照教育部工程图学教学指导委员会制定的普通高等院校工程图学课程教学基本要求,结合教学基本要求对画法几何及机械制图课程提出的基本教学内容,为了使学生具有岗位竞争力,加快新时期创新型工程科技人才培养,提高学生的综合素质及其创造力,必须让学生掌握先进的三维设计手段与方法。 　　在第一学期开设的32学时的画法几何教学中,在不削弱投影理论基础的基础上增加了三维造型与设计理念、简介轴测图等内容,充分利用多媒体的教学优势,讲授三维造型方法。在画法几何教学中,由二维投影图样想象三维形状一直是学生学习投影理论基础的难点之一。虽然在多媒体教学条件下有很大的改善,但遇到具体问题或稍微复杂一些的图样,部分学生仍然不能正确想象出立体的组成及形状。 　　将三维造型方法融入到画法几何教学中,通过课堂讲授基本立体的三维造型的方法,经过学生自己独立的上机操作,结合实体模型和动态仿真,使学生能够更直观地进入真实的三维实际中,帮助学生从感性上理解了三维造型的初级建模方法,同时也架起了投影与实体之间的桥梁,增强了学生对所学知识的理解和掌握,培养了学生思维、想象、创造构形的能力。以2009秋季学期为例,将三维造型方法融入到画法几何教学中的班级平均优良率是45%,学生对教师的评价也名列前茅,而部分没有将三维