苗麗，張瑜英，楊海波

（鄭州大學 水利科學與工程學院，河南 鄭州）

一 引言

《工程制圖》課程主要介紹投影基礎(chǔ)、工程制圖基礎(chǔ)和國家標準規(guī)定。課程與工程實踐聯(lián)系密切，是培養(yǎng)形象思維和空間思維能力、掌握科學思維方法，掌握使用現(xiàn)代化繪圖工具和方法的工程圖形技術(shù)基礎(chǔ)課，是學生學習有關(guān)后續(xù)課程的基礎(chǔ)平臺。通過本課程的學習，學生能夠掌握使用投影的方法，用二維平面圖形表達三維空間立體的能力，以及二維圖形和三維構(gòu)件的相互轉(zhuǎn)化，使學生初步具備培養(yǎng)學生空間想象能力、邏輯思維能力及創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計能力。使學生了解相關(guān)專業(yè)的國家制圖標準和制圖規(guī)范，培養(yǎng)學生使用制圖標準繪圖的意識，以及繪圖工具的使用和繪圖軟件的基本操作。培養(yǎng)學生的基本識圖、繪圖能力及嚴謹工作作風和一絲不茍的學習和工作的態(tài)度[1]。

《工程制圖》是工科的技術(shù)基礎(chǔ)課，是工程設(shè)計的必備的知識和能力，該課程主要包括畫法幾何學、手工繪圖、專業(yè)工程制圖、二維計算機繪圖和三維計算機繪圖幾個主要個部分，是與后續(xù)專業(yè)課程的學習、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計以及學生參加工作后所從事的專業(yè)技術(shù)工作密不可分的。該課程支撐的水利類各專業(yè)畢業(yè)要求指標點是：指標點9-1，能夠就水利工程實踐中出現(xiàn)的問題進行書面和口頭的清晰的表達；指標點2-6，能夠正確表達相關(guān)領(lǐng)域工程問題解決方案并分析其合理性；指標點12-2，能夠采用合適的方法不斷學習并適應(yīng)社會發(fā)展。

隨著水利大類招生的推進，專業(yè)基礎(chǔ)課《工程制圖》的教學有很大的變化。大類招生之前，該課程是按專業(yè)的不同分開教學的。大類招生之后，該課程的授課是水利類的一起上課，沒有專業(yè)的區(qū)分，而且，學時有很大的縮減，這些都給《工程制圖》的講授帶來很大挑戰(zhàn)[2]。

基于網(wǎng)絡(luò)的在線教學模式已成為我國大學教學改革的趨勢，由傳統(tǒng)的面授課堂變?yōu)樵诰€上線下混合式教學[3]，可以在學時減少的情況下，充分利用新的教學手段，充分利用厚山學堂在線教學，設(shè)計課程的教學情景與教學方法，提高本門課程的趣味性，學生可以線上線下相結(jié)合地學習，提高學習的效率。

工程制圖課程的內(nèi)容可分為四部分：手工繪圖、畫法幾何學、工程制圖和計算機繪圖。如何根據(jù)課程支撐的畢業(yè)要求指標點合理安排學習的內(nèi)容，如何合理有效地利用在線教育平臺，值得任課教師深度思考。

二 手工繪圖實踐

（一） 手工繪圖實踐的現(xiàn)狀

手工繪圖是工程技術(shù)人員必備的一種基本能力，學生階段的手工繪圖訓練是一個艱苦的練習過程，但這個過程是不可缺少的，只有通過一筆一畫的一定量的練習，學生才可能有國家制圖標準的意識，才可能在以后的學習和工作中，按照國家規(guī)定的制圖標準去繪圖。如果缺乏一定量的訓練，則學生缺乏標準意識，就會隨意去畫圖，學生作圖不規(guī)范，畫圖不按照國家標準有關(guān)制圖規(guī)范中的要求，有關(guān)制圖中的常用的概念就得不到充分的體現(xiàn)。比如：線型的選擇、字的大小的選擇、比例的選擇以及尺寸標注的樣式和方法[4]。

（二） 手工繪圖實踐的改革方法

學生畢業(yè)要求達到的畢業(yè)要求指標點2-6是能夠正確表達相關(guān)領(lǐng)域工程問題解決方案并分析其合理性。不能以學時減少為由，減少或者取消手工繪圖，而應(yīng)該合理設(shè)計繪圖內(nèi)容，科學安排時間段，把內(nèi)容分為線型練習、組合體表示方法練習和專業(yè)圖練習，分布在學期前、中、后，不同的學習階段，重點強調(diào)不同的實踐能力。線型練習是初步掌握簡單的繪圖標準和繪圖工具的使用，培養(yǎng)初步的繪圖意識。組合體表示方法練習，是讓學生繪制一個負責的組合體，是為專業(yè)圖的繪圖做準備。專業(yè)圖的練習是對整個制圖學習的一個檢驗和實踐，這樣，環(huán)環(huán)相扣，層層遞進，可以提高課程安排的有效性（圖1）。使學生在潛移默化中，就掌握了一定的繪圖方法和技巧。學生畫完專業(yè)圖，會有很強的喜悅感和自豪感，培養(yǎng)學生對相關(guān)專業(yè)的了解和熱愛。而且，有了手工繪圖的基礎(chǔ)，在后期學習計算機繪圖時，學生的精力可以集中在計算機繪圖操作命令的學習，而對于繪圖的內(nèi)容，已經(jīng)通過手工繪圖實踐，得到很好的掌握，這樣，可以提高計算機繪圖的學習效率。

圖1 工程制圖主要組成部分的聯(lián)系

另外，通過把學生繪制專業(yè)圖的平時成績，按照一定權(quán)重，算到學生的期末的最后成績中，可以督促學生更重視手工繪圖的整個過程的學習和實踐。

三 畫法幾何學

（一） 畫法幾何學的教學存在的問題及改革方向

制圖教學雖然進行了多次改革，一直存在的爭論焦點之一是“畫法幾何”部分的教與學：“畫法幾何”的教學目的，“畫法幾何”的教學內(nèi)容怎么設(shè)置？以往的教學觀點從“幾何學”的研究出發(fā)，強調(diào)“幾何學”的學術(shù)研究，重視該學科的系統(tǒng)性、連續(xù)性和完善性，教學內(nèi)容著重圖解幾何問題，用比較多的篇幅講解一些常見的幾何問題，比如交點、交線、實長、距離、夾角等問題的圖解方法，甚至設(shè)置一些難題來講解，忽視培養(yǎng)學生的空間想象能力。如果花大量的時間研究強調(diào)圖解法，那么，體投影、剖視圖等的內(nèi)容的學習就會比較倉促，影響教學效果?？紤]到對于工科學生，該門課程主要以實際應(yīng)用為主，講解基本理論時，以最終的應(yīng)用為目的，優(yōu)化內(nèi)容，精選例題、圖例和解題方法，刪去在學科上需要但在實際生產(chǎn)和工作中很少用到的圖解內(nèi)容和方法，比如線與面的相交的問題，刪去一般線和一般面的相交，只保留線或者面有一個是特殊位置時的相交情況。在講到相貫線時，曲面體和曲面體的相貫，只講解相貫線的某一個投影可以直接從投影圖中找到，然后利用從屬關(guān)系，找相貫線的其他投影的方法，刪去對于復雜形體相貫的情況下，用輔助平面法求相貫線的方法。加強工程上體投影、剖視、斷面、零件圖和裝配圖等最必須和常用的部分的教學和練習。總之，通過畫法幾何學的基本概念、基本理論、基本內(nèi)容和基本方法的學習，讓學生形成良好的畫法幾何的思維方式，在以后的學習和工作中，遇到復雜的形體時，可以從畫法幾何學的方法入手，解決復雜的形體的讀圖和繪圖的方法。

（二） 水利類的畫法幾何學的教學改革方法和手段

針對畢業(yè)要求指標點9-1：能夠就水利工程實踐中出現(xiàn)的問題進行書面和口頭的清晰的表達?？紤]到教學學時減少以及水利大類招生的教學特點，考慮基于畢業(yè)要求達成度的指標點，并且考慮大部分學生的學習基礎(chǔ)和學習能力，從工程實際出發(fā)，注重能力的培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學生的靈活的形象思維能力和動手繪圖能力?！爱嫹◣缀螌W”和工程制圖部分有機結(jié)合，“畫法幾何學”的學習目的是為工程制圖服務(wù)，工程制圖的基本思想是基于“畫法幾何學”里的投影的原理。

與此同時，線上教育平臺的功能愈加完善，可以通過線上線下的混合式教學模式，以線下教學為主，以線上輔助教學為輔，提高教學的效率和效果。比如，將傳統(tǒng)內(nèi)容中的輔助投影面法（即換面法）、軸測投影等內(nèi)容設(shè)置成選學內(nèi)容，老師提前把相關(guān)內(nèi)容的講解錄制好視頻，上傳到平臺，然后，老師在教室集中講授時，只講授相關(guān)內(nèi)容的基本概念，內(nèi)容的核心知識點和具體的學習，學生可以根據(jù)自己的需要，有選擇地在網(wǎng)上學習。這樣，可以使一些“吃不飽”的學有余力的學生學到更多的知識。

針對水利類專業(yè)的工程制圖的特點，選用教學例題時，把常見的專業(yè)圖中的構(gòu)件作為典型例題，在畫法幾何中學習。比如，講解立體的投影時，教師盡量選用房屋建筑圖常見的梁、柱、基礎(chǔ)等進行分析、講解，還可以引入水工圖中進水閘的閘室的底板，講解曲面體圓柱的截交線時，在講完基本概念和基本例題之后，可以講解進水閘進水口的上游翼墻的工程背景和實際應(yīng)用情況，講解完組合體讀圖的形體分析法的基本概念和基本例題之后，可以學習道橋圖中橋墩的畫法，講解完組合體讀圖中的線面分析法時，可以學習橋梁圖中的橋臺的畫法（表1）。這樣，一方面，可以通過這樣的讀圖和繪圖的練習，激發(fā)學生對該門課程的學習興趣，另一方面，讓學生通過畫法幾何學的學習，為后期的專業(yè)圖的學習打好基礎(chǔ)。在學習專業(yè)圖時，過渡會比較自然，教師講著很順利，學生學得得心應(yīng)手，并且，為后續(xù)專業(yè)課程的學習做好理論準備。

表1 畫法幾何學與工程制圖的有機組合

總之，把畫法幾何的學習和專業(yè)圖的學習結(jié)合起來，不但避免了純粹的幾何學的枯燥，而且節(jié)約了后期的專業(yè)圖的學習時間，同時，培養(yǎng)學生對水利類相關(guān)專業(yè)的基本工程圖的了解和學習，為學生初步了解各個專業(yè)打好基礎(chǔ)。

四 水利類各專業(yè)的工程制圖

（一） 水利類各專業(yè)的設(shè)置的基本情況

水利類學生的專業(yè)包括水利水電工程、水文與水資源、給水排水工程和道路橋梁與渡河工程四個專業(yè)，水利類學生的專業(yè)圖的學習量比以前增加，包含有水利水電工程圖、道路橋梁工程圖及房屋建筑施工圖中的專業(yè)圖的制圖標準和讀圖方法。與此同時，國家建設(shè)需要知識面即寬又相對專的相關(guān)專業(yè)的水利類人才。

我院的《工程制圖》課程分為《畫法幾何與專業(yè)制圖》和《工程制圖實踐》兩部分，分別安排在大一上學期和大一下學期開設(shè)。學時分別為48學時和24學時。這個階段的學生，正在經(jīng)歷從高中的學習到大學的學習方法的轉(zhuǎn)變和調(diào)整，學生邏輯思辨能力和空間想象能力有待提高，再加上學生的本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)內(nèi)容的認識剛剛處于入門階段，對專業(yè)制圖的學習，更是缺乏系統(tǒng)性。在這種情況下，必須嚴格篩選教學的內(nèi)容，充分利用現(xiàn)在的科技手段，調(diào)動學生課堂上和課下的學習積極性和主動性，以達到更好的教學效果。

工程制圖的本質(zhì)是一個工具，掌握了這個工具，才能為學生后續(xù)的專業(yè)課的學習、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計服務(wù)。就必須回歸工程制圖教學本來目的，使學生熟練掌握繪圖、識圖的知識和技能，在學校就是為后繼課、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計奠定較好的繪圖和看圖基礎(chǔ)。因為水利類的學生，在大二時，要選擇具體的專業(yè)，工程制圖課程就是學生了解我院各個專業(yè)的基本的窗口，希望學生通過專業(yè)圖的學習，不僅學習各個專業(yè)圖的基本知識，還能學到一些基本的專業(yè)知識，培養(yǎng)學生對專業(yè)的了解和熱愛，為后期的專業(yè)選擇打下良好的基礎(chǔ)。專業(yè)圖的學習，既要根據(jù)各個專業(yè)的專業(yè)圖的特點，來源于工程，又要把工程圖中的重要部分抽離出來，抽象于工程；既要根據(jù)學生的認知特點和學習的規(guī)律性，把握合適的難度和深度，又要便于組織教學安排，方便教學使用。因此，為了滿足圖形的教學規(guī)律和學生的思維規(guī)律的發(fā)展過程，權(quán)衡利弊，認真篩選，并且，所選圖形要突出應(yīng)用性，強調(diào)實踐性，注意針對性。

（二） 水利類專業(yè)工程圖的學習特點及教學改革方法和手段

考慮到畢業(yè)要求指標點2-6：能夠正確表達相關(guān)領(lǐng)域工程問題解決方案并分析其合理性；專業(yè)圖的學習，主要分兩個部分，一部分是各個水利類專業(yè)的專業(yè)圖的制圖標準和表達方法，第二部分是專業(yè)圖的讀圖和繪制。兩個部分都很重要，但是第一部分要求理解的內(nèi)容相對較少，主要是記憶，學生可以在繪圖訓練逐步掌握。第二部分相對難一些，因為前期在學習畫法幾何學時，把專業(yè)圖的典型構(gòu)件，比如梁、柱，進水閘的上游翼墻和閘室的底板，橋梁的橋墩和橋臺都已經(jīng)進行了初步的學習，所以在專業(yè)圖的學習中，就可以提高學習效率。

講解專業(yè)圖的內(nèi)容時，為了使學生對建筑物整體外觀有一感性認識，可以通過多媒體課件展示各類建筑物工程圖片，或者可以通過動畫演示，這樣，學生對專業(yè)圖的理解會更容易接受，而且學習的興趣會提高，對專業(yè)圖的理解更深刻，為專業(yè)課打下基礎(chǔ)。

由于水利大類的所有學生一起上制圖課，有些學生已經(jīng)有很清晰的專業(yè)選擇的傾向，有些學生還不知道自己準備學習什么專業(yè)，還想通過該課程對我院各個專業(yè)有進一步的認識和了解?？紤]到學時有限，就借助于厚山學堂的在線教學，老師提前錄制并上傳一些課堂上沒有時間展開講的有關(guān)的專業(yè)圖，提供給有需要的同學進行在線的選學[5]。

這樣，教學過程中，畫法幾何學和專業(yè)工程圖的結(jié)合，學習內(nèi)容的必學和選學的結(jié)合，學習手段的線上和線下的結(jié)合，水利類的學生可以掌握相關(guān)的專業(yè)圖的繪制和讀圖的基本方法[6]。

五 計算機繪圖的教學改革

水利類的學生的計算機繪圖的學習，分為兩部分：一部分是AutoCAD的學習，一部分是Revit的學習?，F(xiàn)在的工程設(shè)計，主流繪圖軟件仍然是AutoCAD。但是，Revit作為BIM建模的常用軟件，也是要求學生必須掌握的技能之一。

（一） 傳統(tǒng)的基于AutoCAD的二維繪圖

AutoCAD的用戶界面比較友好，軟件的適應(yīng)性比較廣泛。該軟件具有完善的圖形繪制功能，對不同線型的選擇和繪制方便適用；強大的圖形編輯功能，比如對繪制的圖形的移動、復制、旋轉(zhuǎn)、陣列、拉伸、延長、修剪、縮放對象等，編輯功能操作方便，執(zhí)行效果較優(yōu)；方便實用的尺寸標注功能，可以創(chuàng)建多種類型尺寸，標注外觀可以自行設(shè)定。書寫文字：在圖形的任何位置、能輕易地沿任何方向書寫文字，并且，可以根據(jù)需要，可設(shè)定文字字體、傾斜角度及寬度縮放比例等屬性；圖層管理功能，可以把圖形對象在不同的圖層繪制，在圖層上，根據(jù)需要，可設(shè)定圖形對象的顏色、線型、線寬等特性。

學生用AutoCAD，結(jié)合前面畫法幾何學和專業(yè)工程圖的學習，根據(jù)自己的專業(yè)意愿，有選擇地畫各個專業(yè)圖，因為有了前期的手工繪圖和專業(yè)工程圖的學習，加上AutoCAD的基本操作的學習和練習，專業(yè)圖的繪制水到渠成。大部分學生能很快掌握，但是由于缺乏空間想象力，導致有些學生在用AutoCAD繪制建筑平面圖、立面圖及剖面圖時不能很好地與三維模型聯(lián)系起來。這種情況下，三維繪圖軟件的學習就顯得尤為重要。

（二） 基于Revit的三維繪圖的改革

考慮到畢業(yè)要求指標點12-2：能夠采用合適的方法不斷學習并適應(yīng)社會發(fā)展。結(jié)合水利工程發(fā)展趨勢下的人才培養(yǎng)需求，為了適應(yīng)時代發(fā)展趨勢，培養(yǎng)具有實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)水利技術(shù)人才，對BIM技術(shù)融入“工程制圖”教學的必要性進行分析，從教學理念、教學內(nèi)容及教學實踐三個方面來說，在本科生的工程制圖實踐環(huán)節(jié)，對教學進行改革，增加BIM的相關(guān)知識的學習勢在必行[7]。

BIM（Building Information Modeling）建 筑 信息模型是以三維信息數(shù)字模型作為基礎(chǔ)，集成了項目從設(shè)計、施工、建造到后期運維的所有相關(guān)信息，對工程項目信息作出詳盡的表達。BIM的具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等優(yōu)點，在水利類相關(guān)專業(yè)的設(shè)計、施工和運維中都可以應(yīng)用。BIM是個系統(tǒng)工程，作為大一的學生，沒有相關(guān)專業(yè)課的知識積累，只能學習BIM中最常見的建模軟件。對于空間想象能力弱的學生，可以通過Revit的三維模型，提高三維讀圖能力。而且，通過介紹BIM在水利類各專業(yè)的應(yīng)用的工程實例，讓學生對BIM有初步認識，為學生以后的學習及工作打下一定的基礎(chǔ)。因為工程制圖實踐只有24學時，課內(nèi)時間不充分，教師就提前錄制一些相關(guān)的學習視頻，上傳到厚山學堂平臺，學生可以隨時隨地地學習。這樣，線上線下相結(jié)合，課前課后相結(jié)合，以達到最好的學習效果。利用Revit軟件建立建筑模型，能夠讓學生更加直觀、高效、準確地理解施工圖的圖示內(nèi)容，加強學生對相關(guān)知識點的理解，有利于培養(yǎng)學生建模能力。并且，可以充分利用Revit的可視化功能，以及二維平面圖與三維模型間的自由切換的功能（圖2），深化BIM技術(shù)在“工程制圖”課程中的實踐應(yīng)用?？梢远嘟嵌取⒍喾较蛴^察三維模型，便于加強學生對建筑工程圖的理解和繪制[8]，通過培養(yǎng)學生的實際操作能力，來提高學生不斷學習的能力，以及工作后能快速適應(yīng)社會發(fā)展的能力。

圖2 二維繪圖和三維繪圖的對比

六 結(jié)語

以滿足對水利類畢業(yè)要求指標點為前提，優(yōu)化教學內(nèi)容，合理安排實踐環(huán)節(jié)，以線上線下混合教學為手段，在學時減少及大類招生的多專業(yè)一起上制圖課的情況下，提高教學質(zhì)量，為后續(xù)專業(yè)課的課程的學習做好充足的準備，為國家培養(yǎng)優(yōu)秀的水利工程師奠定良好的基礎(chǔ)。