工程制图课程设计

工程制图课程设计

课程目标：

本课程是工科类专业的技术基础课，通过课程学习要求学生掌握正投影基本理论和作图方法，培养学生对三维形体的思维和表达能力。能正确地绘制和阅读零件图和装配图。绘制的图样必须：投影正确，视图选择与配置恰当，尺寸完全，符合《机械制图》国家标准。并培养学生利用计算机绘制图形的能力。知识模块顺序及对应的学时

本课程的知识模块如下，各模块对应的学时为：

学科概论：2学时

理论基础：36学时

绘图规则：16学时

绘图方法：20学时

工程训练：30学时

课程的重点、难点及解决办法

本课程的主要任务是培养学生学习阅读与绘制工程图样。工程图样是按一定的投影方法绘制的，投影的方法是按一定的规律在二维平面上表达三维空间的形体。这就要求学习者在绘制工程图样时，能够正确地使用投影的方法来表达空间形体；而在阅读工程图样时，又要求学习者能够根据二维平面上的投影想象出物体的空间形状来。因此本课程教学的重点和难点是如何有效地训练培养学生的空间思维想象能力和解决工程问题能力。

很强的空间想象能力并非与生俱来的，教学过程中注重空间想象能力的培养是本课程的主要教学特点。培养空间想象能力的方法很多，在课堂教学中注

重优化利用模型等教具，以帮助学生建立空间概念。在计算机技术大量进入课堂的今天，开发与运用具有效果逼真的三维动画的CAI课件是行之有效的方法。对于低年级学生缺乏实际生产经验的问题，我们通过组织学生参观实习工厂及在授课过程中引入工程实例和科研经典成果等方法加以解决。结合课程内容增加构形设计的创新作业练习，培养学生的空间思维想象能力和解决工程问题能力。

实践教学的设计思想与效果

制图课的实践性教学分成两大类：手工绘图（含测绘与徒手绘图）与计算机绘图（含计算机三维造型）。

手工绘图是本课程的传统实验环节，在计算机绘图日益普及的今天，手工绘图的重要性也在下降。为此，我们大幅度地削减了手工绘仪器图的比例，加强了徒手绘制草图的训练，同时增加了计算机绘图所占的比例，使得机械专业的学生能够做到基本掌握计算机绘图的方法，为学生在课程设计与毕业设计中使用计算机绘图打下了良好的基础。

为了保证机械专业的学生在大学四年中，基本做到绘图不断线，我们在学生二年级后的实践周中，增加了三维造型创新设计实践训练。通过一周的实践训练，使学生的计算机绘图水平得到进一步提高。

三维创新设计是北京理工大学机械基础系列课教学改革的一个环节。在工程制图的教学中，将计算机绘图（使用AUTOCAD，只介绍二维）融入其中。对机类学生，在第四学期末安排机械 CAD(1)，介绍AUTODESK 公司的INVENTOR 软件，进行三维创新设计。对非机类学生，安排面向全校学生的自选开放实验（《基

于三维的参数化造型设计技术－使用INVENTOR软件》），对有兴趣的同学进行三维创新设计能力培养。

机械 CAD(1)的学时为一周，开放实验的是32 学时，两者基本相当。考虑到机类学生的二维草图绘制能力较强，在开放实验中对草图绘制部分增加了一些学时。其他方面两者的教学内容、教学方法基本相同。

（ 1）课程设置

1）实验（课程）目的、内容和开展方式

实验（课程）目的：

培养学生掌握使用inventor软件进行三维造型设计的技术。掌握三维造型设计的基本思路，锻炼使用参数化三维造型软件进行零件设计、部件装配、产品渲染、产品展示的能力。

通过分组分工的部件设计和装配，锻炼学生在设计过程中的配合协调能力，在分工协作过程中的组织能力。

实验（课程）开展方式：

授课地点在我校新建的CAD/CG实验室，实验室配备P4 2.4G DELL微机近百台，可供三个自然班同时上机。讲课采用大屏幕投影和教师授课系统结合进行。集中讲授的时候，教师通过教师授课系统锁定学生机屏幕，向学生机屏幕广播教学内容。在练习和答疑过程中讲授共性问题时使用大屏幕投影。

在内容的安排上，首先集中讲授两个学时的入门知识。在后面的讲授中，采用讲授和练习穿插进行的方式。在练习的时候，两位老师现场答疑，遇到共性问题再集中讲授。集中讲课学时控制在 8学时。注重培养学生自己解决问题的能力。

实验（课程）内容：

inventor入门介绍参数化三维造型设计基础，inventor使用入门、参考教材、学习方法，草图的绘制，基础特征（拉伸、旋转、扫掠、放样）等。

inventor提高附加特征的概念和使用，工作平面、工作轴、工作点的概念和使用，工作平面在基础特征造型中的使用，曲面。

复杂零件的测绘和造型练习

零件的渲染和部件的装配

表达视图的生成、工程图的生成。

板金、焊接等其他功能简介。

根据零件造型的练习结果和学生自愿，分组、选小组长、布置实验任务。

实验报告的撰写和要求。

2）实验（课程）任务、要求、成果和考核方式

实验（课程）任务、要求：

每组挑选一个部件或产品，由组长负责分工协调，共同完成零件的造型、渲染、部件或产品的装配，生成工程图和表达视图。

每个人除了完成分配的零件的造型，必须了解该组部件其他零件的造型思路，装配及工程图、表达视图的生成每个人都要做一遍。

实验（课程）成果和考核方式：

实验结束，学生应按规定撰写实验报告，提交电子版的零部件造型结果、表达视图、工程图等相关文件。

课程结束后，每个学生根据自己的在小组中承担的任务、完成的情况向老师要求一个自己期望的分数。组长根据学生的表现给学生一个分值。最后老师

综合学生的平时表现，实验报告和实验结果，参考组长的意见给出一个综合的成绩。

（2）实验（课程）设计和教学中的指导思想

与对工程制图的定位一样，在设计课程的时候，我们没有把这门课简单的定位为一门工具课。而是期望通过这门课的学习，培养学生的自学能力、观察能力、培养学生的相互协作、、鼓励学生承担更多更复杂的任务、引导学生对自己的客观评价，所以在课程设计和教学中注意以下几个方面：

1 ）在讲授内容上多讲思路、引导，杜绝“手把手”的辅导，注重素质和能力的培养

参数化三维造型设计软件种类很多，功能也有强有弱。从功能上讲，INVENTOR 有不足之处，但是它界面友好，上手快。而且我们这门课的目的不是培养学生对一种特定软件“精通”。不同的三维造型设计软件的设计思路和方法基本相同，使用容易上手的软件可以使学生在熟悉软件上花较少的时间，把有限的学时用在培养分析问题解决问题的能力、表达三维形体的思路、自学这类软件的方法上。

在介绍四大基本特征和草图的概念以后，在以后的练习和答疑中注重锻炼学生使用帮助解决特定问题的能力；引导学生注意命令的交互和不同选项的意义；培养学生通过软件的范例学习不同类型的零件和部件的造型思路和过程。通过使用特征浏览器，对打开的范例采用从下往上逐个抑制特征的方法，推导该零件的造型思路。通过这样的训练，培养学生对这类软件的自学能力，培养主动性，锻炼自己解决问题的能力。

在答疑过程中，杜绝“手把手”辅导的现象，而是提醒学生该问题是哪一种类型的问题，引导学生向特定的方向寻找解决的办法。事实证明，这种答疑方式比“手把手”需要更多的耐心和知识，当然对学生的帮助也比前者要大。

2）注重学生观察能力的培养，注意和市场的结合

受客观条件的限制，用于三维造型设计的实物模型有限。所以在讲授INVENTOR入门介绍和提高之后，让学生走向市场，结合学习的基本造型方法，考察家具市场上的五金和小家电产品的造型。在零件造型练习阶段，鼓励学生对市场上产品进行改型设计，让学生感到自己的工作和市场的紧密联系。

3 ）鼓励学生承担复杂的任务，培养协作精神、锻炼组织能力，引导学生对自己工作的评价

在课程刚开始就向学生公布教学计划和考核方式，结合平时练习完成情况，鼓励学生自荐担任组长。在组内鼓励学生承担多项任务（组员的工作可以重复）。把考核成绩和学生完成的任务、组长对其协作精神的评价相结合。在实验报告最后，要求学生对自己的成绩进行自我评定。引导学生把对成绩的期望和自己的表现相结合，自己“挣分数”，扭转对所谓老师“给分数”的误解。

（3）教学实践效果

基于以上指导思想和具体措施，我校三维创新设计教学改革实践得到同学的好评。学生虽然一开始不太适应老师杜绝“手把手”的辅导方式，但是对其多次耐心引导后，开始体会老师的良苦用心，而且逐渐培养了自己解决问题的能力。

因为把课程定位在能力和方法的培养上，在教学过程中注意三维创新设计的教学实践和工程制图的有机融合，也让学生比较深入的体会到三维和二维在

以下几个方面有方法、体系和内容的一致性、相融性，巩固和强化了以前的工程制图知识，强化了分析解决问题方法的训练。

1 ）形体分析的思路

复杂立体的三维造型实质上是采用工程制图中组合图读画图所采用的形体分析（分解）的方法，把复杂立体分解为简单的部分，逐步完成。有了形体分析的基础，在掌握 INVENTOR 的基本特征工具（拉伸、旋转、扫掠、放样）和工作平面、工作轴、工作点的概念后，学生对这种思路的掌握非常容易。

2 ）特征视图的使用

拉伸、旋转、扫掠和放样四大基本特征实质上使用或近似地使用了工程制图中的特征视图的概念。草图的绘制就是特征视图的绘制。在工程制图中读图的时候首先抓特征视图，在三维造型中主要特征总是基于草图的绘制。三维造型的实质就是在特定的工作平面上一系列草图的绘制和特征的使用。

3）三维造型草图中的约束概念对工程制图的尺寸标注是一个补充

在工程制图的教学中我们发现，学生对尺寸标注这部分内容的掌握总是不太理想。无论是平面图形的尺寸标注还是组合体的尺寸标注，虽然反复强调不标注间接尺寸、对称尺寸标全部尺寸等要求，但是从作业中反映的情况看，效果不是很理想。这一方面是学生的空间想象能力是在课程的学习中逐步形成的，另一方面是他们缺乏相应的工艺知识。在三维造型设计中，引入约束的概念，使用位置约束和尺寸约束对草图进行精确的绘制。在加上相应的位置约束和标注直接尺寸后，如果再标注简介尺寸就会出现过约束的提示。而且把尺寸和位置约束一样作为一种约束的概念，很容易让学生理解在工程制图中的关于尺寸标注的很多规定。

4）从方法、素质培养的角度上二者在课程内容体系上的一致性

无论是工程制图还是三维创新设计，我们的定位都是对学生的素质培养，而不是把它们当成工具。从二者的内容体系和方法论结构上，也有很大的一致性。

工程制图要使用平面图形表达三维立体，对三维立体采用了分解与综合（形体分析）、分类（平面及曲面立体）、从特殊到一般（特殊位置的点、线、面到一般位置的点、线、面，基本体到组合体）等常用的分析问题和解决问题的方法。在表示法这部分内容中，根据要表达机件的内外形结构特征采用了具体问题具体分析、灵活机动的处理方法。在视图的读画过程中贯彻抓主要矛盾（抓特征视图、抓主要结构）的方法。将这些方法贯彻到教学中，培养学生的分析问题和解决问题的能力。

在三维创新设计中，三维造型软件的设计本身和工程制图一样，对组合体采用了分解、分类和归纳的方法，然后设计相应的功能。在使用三维造型软件构思立体模型的时候，同样要遵循相应的方法。另外INVENTOR 软件把特征分为基本特征和附加的放置特征，也是使用了抓主要矛盾的方法。设置加强筋、螺纹孔等特征，体现了具体问题具体分析、使用特定的手段解决的方法。

综上所述，从素质培养的角度和我们在教学中的体会看，二维工程制图和三维造型设计在内容和方法体系上有很大的一致性、相融性。三维造型设计在高速发展的计算机软硬件的支持下，为我们提供了更强有力的手段。在以往教学改革实践的基础上，我们将总结经验，不断探索同步当代科技发展，定位于学生素质和基本功培养的教学改革方法。

从教学过程看，随着课程的开展，学生的自学能力和分析问题解决问题的能力逐步加强。在课程最后阶段，教师的答疑已经是完全意义上的指导。具体的问题学生已经学会了自己解决的方法。在课程结束，已经有同学使用INVENTOR软件在外面兼职。后续的课程设计、毕业设计老师也反馈这些学生在设计中上手较快，独立解决问题的能力强。