十年来工程图学课程改革

十年来工程图学课程改革的思考与探索清华大学童秉枢2006年8月目录一工程图学课程的基本情况与变化二十年来工程图学改革的若干思考问题三工程图学课程体系改革的探索与成果四结束语平均人数/校年龄49硕士博士200010.3878.3%32.3%4.8%20029.483.0%41.0%15.0%200410.285.1%41.9%17.1%一工程图学课程的基本情况与变化独立教研组55％不独立教研组45％1.教学组织2.教师队伍说明：2004年96所学校制图教师约1000人，其中只任制图类课程的171人，占17％，其余83％还兼任其它课程。3.教学工作量4.学时学时平均数（2004）最多最少集中断平均机械类1607074~12086近机类1103250~7250非机类983036~7240土木类1203280~9083建筑类1103250~10063教学任务平均400学生/年14班/年科研任务9％教师参加科研工作教改任务17％的教师参加省级以上教研项目近机类机械类土木类建筑类非机类5086836340对比：1987年“课程基本要求”中规定的参考学时:机类：120～150土水：100～120非机：80～110电子应用理科：50～705.教材6.CAI和试题库(2004年）种类使用学校百分比（％）CAI5586％试题库未统计48％正在使用的教材147种10所学校使用的教材2种二十年来工程图学改革的若干思考问题1.工程图学课程的不可替代性是什么2.工程图学课程为谁服务3.如何考虑机械课程链改革的整体优化4.工程图学课程内容如何反映现代科技进步5.如何做到工程图学课程的可持续发展1.工程图学课程的不可替代性是什么●工程图学课程的定义工程图学是一门用图形研究工程与产品图形信息表达、图形理解和图样绘制的课程由上述定义可明确以下几点：(1)课程的研究对象工程与产品的工程图样或信息模型(2)课程的作用是工程与产品信息的主要载体；是技术交流的主要手段；是工程师的设计语言(3)课程的任务三种能力的培养(a)工程图形表达能力(二、三维表达与初步的构形设计)(b)图形形象思维能力(空间想象能力)(c)工程图样绘制能力(手绘与机绘)工程图学课程的不可替代性体现在：(a)投影理论(b)形体造型方法(c)表达技术（视图、剖视等的表达；轴测图等）(d)绘图基础（徒手、尺规、计算机绘制）(1)图形性(2)基础性(3)工程性图形性与基础性具体体现在：工程性具体体现在：(a)贯彻相关的国家标准与规范(b)学习专业图样的绘制（如机械图、土木图、水利图等）小结：“不可替代性”的概括表达工程图学课程具有工程图形技术的基础性，是其他课程所不可替代的。(1)为本科非机械工科类人才培养服务2.工程图学课程为谁服务本科人才培养的指导思想：通识教育与综合型工程图学课程的目标、任务、内容构成了该课程的相对独立性与不可替代性是本科非机械工科类学生工程素质培养的重要的一环(2)为本科机械类相关课程服务（打下良好基础）与机械设计/制造课程的相关性与联系性工程图学课程的先修性课程链改革的整体性与动态性工程图学不是某类机械课程的附属，表现为“独立”与“联系”的统一(3)为新世纪本科非工科类学生素质培养服务有可能成为非工科学生培养工程素质体系中的一门新基础课（数、理、文、外、计、图）淡化专业，开拓工程素质培养更大的服务空间为工程图学课程的改革与发展提供更大的活动空间3.如何考虑机械课程链改革的整体优化讨论对象:机械基础系列课程的改革指导思想:避免单课程封闭式的改革，提倡课程链改革及优化具体作法：(1)机械基础课程的融合模式(2)机械基础课程的分块协调模式存在的困难：(1)体制与组织机构的障碍(2)教师知识结构的障碍4.工程图学课程内容如何反映现代科技进步及时把握图学科学与图形技术的发展例如：科学计算可视化、虚拟现实技术、真实感图形、计算机动画、图像处理、现代CAD技术、数码技术、分形技术拓宽图形系列课程的空间工程图学课程是图形系列课程的一门重要课程，但不是唯一的课程图形系列课程可分两个层次：本科与研究生图形系列课程可分两种类型：必修课与选修课图形系列课程的目的：(1)进行图形素质教育(2)进行图形专业教育(1)教师队伍建设研究体制与组织形式（单独建制；合并建制）打破“专职制图教师”的体制模式1)现有教师拓宽知识面，向图学新理论、新技术发展；向专业新技术发展2)引入新生力量3)提倡科研＋教学＋生产实践，改变只教一门课的局面，以提高业务素质和学术水平5.如何做到工程图学课程的可持续发展与图学素质教育相结合与专业建设相结合与图学系列课程建设相结合(2)课程建设三工程图学课程体系改革的探索与成果1.机械基础课程的融合模式2.机械基础课程的分块协调模式3.基础平台与综合提高相结合的模式4.三维为主线的模式5.新老内容调整整合的模式课程体系改革是教学改革的灵魂1.机械基础课程的融合模式◆案例北京科技大学●时间：1982～现在(主要在1996～现在)●类型：非机类（材料类）●基本思想课程整合工程制图＋机械原理＋机械零件＋CAD(AutoCAD)“机械设计制图”●该模式的推广与辐射据2002年调查，大约有12所大学采用制图入门（26hr)投影理论组合体，截交，相贯，机件表达，构形设计机械概论零件构形设计CAD初步（13hr)机械组成与机构运动简图部件及图样，零件构形AutoCAD初步，第一次装拆实践和创新设计实践通用零部件，常用机构设计CAD应用（30hr)机构联接、带传动、齿轮、涡轮、轴、轴承、轮系等，读图CAD应用，第二次装拆实践和创新设计实践工程设计（30hr)方案设计、选用设计非标准设计（弹簧、结构设计）计算机绘图（部件、零件）编写说明书，如球磨机开启门创新设计（课外）（36hr)1.用丹麦LEGD公司的颗粒拼装产品、设计自动工厂、物流系统等2.用机械元件＋各种感应实现光、电、声、温、动作等控制操作新课程体系五个阶段◆授课学时：原150→现99◆课程设计：原64→现36均为课外●特点：(1)采用学科间横向联系和纵向贯通，重组教学内容(2)以“设计为主导，能力为目标”组织教学，突出培养工程设计能力和创新能力●获奖：◆2005年，获国家级教学成果二等奖◆2002年，《机械设计制图》获全国普通高校优秀教材二等奖2.机械基础课程的分块协调模式●基本思想将机械基础系列课程统一规划，内容重组，分成模块，明确各自定位与分工，根据不同专业在不同的学期中讲授不同的模块●该模式的采用情况据2002年调查，大约有40所大学采用●案例上海交通大学机械类工程图学选修课必修课工程应用软件(UG)(2年级,36学时)产品精度设计概论(3年级，18学时)现代机械工程图学(1年级，72学时)图形处理技术★时间：2001～现在★工程图学的新课程体系●特点(1)考虑与设计、制造课程的紧密联系，确定工程图学课程的定位。体现在：引入概念设计；以设计为主线安排内容；引入三维建模；加强实践环节(2)明确培养学生的四个能力空间思维能力；转化为图形能力；转化为模型能力；转化为绘制图形的能力(3)采用计算机二、三维建模与绘图技术改造传统课程(4)创造新的实践环节功能分析→构形→建模→绘图或实现●获奖情况◆2003年，获国家级精品课程称号◆2002年，《现代机械工程图学》获国家优秀教材二等奖3.基础平台与综合提高相结合的模式●基本思想搭建一种不分专业以培养“图学素质”为目标的公共平台，再根据专业需要，开设专业制图的课程●案例浙江大学时间：1997～现在实验平台上机类查阅类动手类演示类专业制图计算机图形学图形处理CAD综合提高部分图学素质公共平台（经典内容＋高新技术，不分专业）立体化教材平台教材试题库CAI公共平台画几+工程制图＋计算机绘图融会贯通草绘＋尺规绘图＋计算机绘图公共平台内部新课程体系●特点(1)图学素质的公共平台图学素质指：图形表达；形象思维；工程素质(2)公共平台的基本目标三种能力的培养：空间想象能力；图形表达能力；形象思维能力三个概念建立：产品信息概念；设计构形概念；工程规范概念(3)平台内容定位经典与高新技术相结合具体为：画法几何＋工程制图＋计算机绘图的融合手绘＋尺规＋机绘的绘图能力培养产品设计过程与方法的介绍●获奖情况2001年，获国家优秀教学成果二等奖2002年，《图学基础教程》获全国普通高校优秀教材一等奖2003年，获国家级精品课程称号2005年，获国家优秀教学成果一等奖●该模式的推广与辐射情况有数百人次接受过培训或听过介绍4.三维为主线的模式指导思想：将三维建模的原理、方法和技能融入、渗透到工程图学课程中，形成新的教学体系、教学内容和教学方法引入的内容：(1)画法几何3DCAD求解方法(2)三维造型的基本原理如特征、特征参数化、实体几何构造法(CSG法)、形体集合运算等理论(3)三维造型的基本方法与技能如拉伸、旋转、扫掠、园角、倒角、阵列等方法与操作技能(4)三维到二维的转换如转换方法和编辑手段等(5)组合体、零件、装配体的三维构形与建模实践，以培养学生独立工作能力和创新能力案例1华南理工大学三维为主线的工程制图基础训练基础理论三维造型专业图读图与设计制图基础构成设计三维制图基础工程制图基础二维图样表达国标标准件常用件零件图装配图基本形体坐标系特征形体曲线曲面轴测图零件装配二维工程图二维草图三维构成零件图装配图特点：建立了以三维实体结构表达为主干，同时案例2西安交通大学注重二维工程图表达的课程体系。三维几何建模基础零件结构分析与建模装配体结构分析与建模投影理论基础二维图样表示轴测图零件工程图装配工程图5.新老内容调整整合模式●该模式的意义更具普遍性●该模式的特点从内容看：需求驱动，因地制宜，新老内容，调整整合从过程看：看准方向，大胆试验，点滴积累，终成大器从结果看：变异变化，形式多样，不求统一，白花齐放●20年的“三合一”调整整合模式★画法几何＋工程制图＋计算机绘图★调整了原有内容，形成了融和式、分段式、独立式等教学体系●未来“多合一”的调整整合模式★正在热议与试验中★多合一指：画法几何＋工程制图＋计算机绘图＋三维建模＋构形设计＋……★将演化出各种新的教学体系与内容安排四结束语(1)工程图学课程改革的内部和外部条件发生了很大的变化(2)工程图学课程改革在远至20年，近至10年中作了不懈的努力，取得了丰硕的成果(3)工程图学课程改革仍将任重而道远，永无止境(4)工程图学学科及其课程的发展前途光明；工程图学工作者的个人发展前途光明