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中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)29-0160-02
正确规范的绘制和阅读工程图是一名工程技术人员必备的基本素质。《工程制图》作为我院生物医学工程专业的必修基础课课程之一,主要涵盖了制图的基本知识、基本技能、基础理论,图样表达知识、零件图、装配图的读图与绘制能力。工程制图作为一门世界性的工程通用语言,同时结合我院作为医科院校生物医学工程学科特点,通过该课程的学习,目标是让学生能够掌握并且理解工程制图的基本知识而且可以熟练运用初步这门工程技术语言,在以后的医院或者企业研发的工作中可以得到有效的运用。
在我校的课程设置中,该课程设为医学物理、X线机、CT[1]、MR等专业课程之前,在大一第一个学期开课,作为学习专业课之前非常重要的一门专业课程学习。为此,本课程的培养目标是塑造学生的空间想象和思维能力,引导学生把空间思维变成实际的图像和立体,同时培养学生使用仪器绘图、徒手绘图以及通过计算机软件绘图的能力。所以我校结合医学院校的特点[2],在工程制图中融入医疗仪器相关制图的内容和特点,贯穿学生的建模意识,加强学生的三维图形表达能力及其够形训练,扩宽传统的工程制图课程范围。针对该课程的特点和目标,本文中,我们通过近年来的教学实践,总结了在理论教学、多媒体教学、第二课堂、考试考核等方面的工作,希望能够提高当前的教学质量,实现教学相长。
一、明确教学目标,精选教学内容
课程学科的设计要求是教学内容应当新颖翔实,知识结构相对合理,能够体现本学科最新的科研成果和应用方向,课程结构清楚,各知识点相互联系并且联系紧密,能放映体现学科的自身特点。在教学教材的选择上,工科教材版本和材料选择余地交大,但是专门针对高校生物医学工程专业课程的兼具典型性与先进性的内容还不是很多。针对该问题,我院周凌宏教授、陈超敏教授在数十年对工程制图教学基础上,总结了以下五方面的课程主要教学内容:①投影的基础;②构型设计;③表达方法;④制图规范。在具体的课程教学中,坚持以基础、概念、原理知识教学为主,同时以兼顾医科院校生物医学工程学科的特点,在教学内容和形式上,逐渐引入生物医学其他学科的需求和内容的表达。比如,除了对基础知识的学习之外,在教学内容上适当补充当前生物医学工程中涉及工程制图学科内容的前沿应用及发展趋向,比如3D打印在医学中的应用以及和工程制图的联系,一则为了拓宽学生视野,二则提高学生学习兴趣,激发其探索的欲望。
二、合理利用多媒体教学手段
在《工程制图》的教学中,在讲解基础的理论知识需配合大量的图片和图画,如在讲解三视图的投影法概念时,要求在三维空间投影到二维平面的方法和原理。那么如何让学生直截了当理解的三视图构成、表现的形式,空口的语言表达似乎显得苍白无力。又比如在介绍组合体和零件图时,会有大量的空间图形。如果采用板书或者画图的方式,一是无法保证图像的准确性,二是浪费课堂的时间。所以,多媒体教学是一种有效而且必要的教学技术。通过多媒体动画的模拟和表达等手段将投影过程中比较复杂、枯燥的内容通过直观、形象、而且富有动感的方式和学生交流,可以达到立竿见影的效果,同时也充分调动学生在课堂教学中积极性,促进学生积极思考和探索的主动能动性。同时,对于教学中知识和内容,可以让学生将复制,方便他们课后继续学习,培养他们的自学能力。通过多媒体技术,互动教学成为了一种简单有效的交流方式,突破了单纯课堂教学的限制,形成良好的补充和反馈作用。比如学生们除了课堂的学习之外,还可以充分利用邮件,QQ或者微信的互动交流,实现答疑解惑的目的。
三、实践与理论课程紧密联系
《工程制图》课程作业内容的配置要有利于创新精神和实践能力的培养。如制图大作业是给出一组医疗仪器零件平面图.要求学生从一组平面图任选一个方案.结合前面所学的制图基本知识,查阅资料,确定设计方案.同时要求学生选择自己熟悉的零件完成工程制图大作业[3-4]。对此学生表现出极大兴趣,将所学知识直接在作业中得到体现[4]。在具体课程讲授过程中,通过讨论生活中的具体工程制图难题展开,从而引发学生主动思考解决问题的方法,带着实践中的疑惑开展理论学习,从而增强学生探索知识的好奇心和欲望,创造学生解决问题的能力。同时通过生活中实际难题与课堂理论的相结合,增强了学生学习理论知识的源动力。
四、坚持开放第二课堂
考虑到课堂的课时有限,针对学有余力,以及对工程制图感兴趣的学生。我校陈超敏教授在全校范围开设了工程制度CAD选修课[3-5]。该选修课可以作为常规课堂教学的辅助和延伸。而且可以根据学生在日常生活和学习中遇到的相关工程制图问题,自身自主性探索的同时,通过选修课老师的帮助和引领,得到完美的解决。比如,在此选修课学习中,我校中西医的医学生通过选修课的学习,在其医学论文中通过AutoCAD软件的表达来展示其使用的设备结构和原理,其的医学课题研究提供极大帮助;也有医学生在临床业务中发现当前的手术剪存在可改进和提高的方面,通过工程制图和CAD的学习,帮助他很形象展示了自己的创造和发明,并且使他的设计和思想变成实物。通过类似的良性循环,吸引对工程制图刚兴趣以及有需求的学生进一步对工程制图的基础概念和思想进行锻炼,同时深化他们的实际动手能力。
五、结语
生物医学工程专业涵盖了工程技术、图像处理和医疗仪器的众多方向,具有高度交叉综合的特性[2]。由于生物医学工程具有特殊的复杂性且在我国的发展时问较短,如何将现有的教学模式与我同的医疗研究现状相结合,培养出一批兼具工程技术研发和生物医学基础能力的专用及研究人员,是该学科发展中的重要课题之一。工程制图作为我校生物医学工程专业必修的一门基础课,在教学上必须结合专业特点,从基础知识到理论应用,环环结合,以学生的实际知识水平为基准,扩展思路,开发新的教学模式,提高教学质量。本文中,我们介绍了我校在授课内容、教学方式及实践环节的实践与探索,有效地提高了教学质量,激发了学生的学习兴趣。
⒖嘉南祝
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【关键词】多媒体教学 手工绘图 AutoCAD软件 CAXA软件
【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2012)05-0124-02
电子工程制图是电子类专业的基础核心课程之一。课程教学主要着眼于培养学生建立正确的投影概念,具备一定的空间分析问题与解决问题的形象思维能力。通过教学,使学生在掌握正确投影概念与国家标准的前提下,侧重训练与培养学生的读图和利用计算机绘图软件绘制二维和三维图形的能力,最后在专业大类的层面上,落实与工程实际的衔接。课程的体系架构将工程制图所基于的投影理论与现代计算机技术的主要成果,通过对学生“能力”的培养要求很好地整合在一起,既注重了基础理论的学习,又将先进技术的运用作为一个重要指标落实到了实际的课程教学中。课程的主要目标是培养学生多种能力,即:空间想象能力、绘制和阅读工程图样能力和计算机绘图能力。
一、电子工程制图教学存在的问题
传统的教学模式及教学思路是基于向学生尽可能多的传授知识,授课的覆盖面基本上是从制图的基本知识、投影基础、点、线、面到装配图、电气图,完全讲授的方式,内容庞杂,学生一味的倾听,教学效果可想而知。
针对电子类学生的教学效果来看,大部分的学生没有较好的掌握绘图和读图的基本方法,只是在教师讲授时了解了这种方法,课后基本上就不记得了。课堂上学习的基本知识来不及消化吸收,对于绘图的基本思想很难应用到实际工作中去,更谈不上图样的绘制与阅读。也有对知识理解比较透彻的学生,但看到一幅三视图很难想象出来它的实际形状。使学生的理论知识无法与理论完全的联系起来,这都是现在这种纯粹的讲授模式无法避免的弊端。针对这种弊端,也出现了精简传统内容,增强具有现代特色的内容如计算机绘图和创造构型技术等环节。但又由于课时有限,无法把所有的环节都兼顾到,或者是顾此失彼,就使这种教学方法也存在一系列无法避免的矛盾。针对这种现状,就要求在电子工程制图的教学过程中找到并施行一套能够适应学生更好掌握这门专业课程的教学方案。
二、课程改革的方向及实践建议
在教学的过程中,通过与学生交流,了解学生学习的心得,经过分析研究,制定出了一种适合高职学生学习电子工程制图的教学方案。在这个方案中提出电子工程制图课程的教学包含以下几个方面:制图的基本知识和技能、投影基础、基本体的投影、常用电子元器件外形结构和紧固件的画法、电子产品零件图的绘制、电气图和计算机绘图。这几部分相互结合,合理分配实践,多媒体教学与传统授课并存,手工绘图与计算机绘图结合,完成常见电气、电子图形的绘制工作。
教学开始时,要重视第一堂课的效果,这对培养学生的兴趣至关重要。在第一堂课中老师应该简要地向学生介绍该课程的性质和作用,课程目标(知识目标和能力目标),教学方法和考核方式,激发学生学习的积极性。在讲授的过程中以多媒体课件和实际物件的演示,加强学生实践的指导。
在目前高职院校的课程教学中,内容多与学时少的矛盾已普遍存在,这一矛盾在少学时的电子工程制图的教学中显得尤为突出。在教学过程中,将全书重新分成八个项目,制图的基本知识和基本技能、投影基础、基本体的投影、常用电子元器件外形结构图和紧固件的画法、电子产品零件图的绘制、装配图、电气图、计算机绘图,改变传统的章节教学。学生不喜欢抽象、复杂的理论知识,喜欢动手操作,不爱思考。所以采用项目化教学,把枯燥的理论融于项目中。传统的教学过程中为了提高绘图效率引入了AutoCAD,但由于它设置参数较多、操作烦琐,缺乏较强的工程图“导航”功能。在画“立体及其表面点、线的三面投影”、“截交线的投影”、“相贯线的投影”以及绘制三视图方面并无多大帮助,学生用AutoCAD绘图感觉比手工还慢。显然必须要进行教学改革,要进行改革首先要求计算机辅助绘图软件好用易上手,短时间内能基本掌握它;其次,该软件还必须要有较好的人机界面以及符合中国工程制图和操作习惯。要有好用的投影“导航”功能,利用它学生可以很容易地理解工程图的投影关系,明白工程图的阅读和绘制的原理和方法,而且让绘制工程图更简洁。
在教学过程中,用实际案例导入章节内容学习,激发学生学习热情;做到“教、学、做”合一。“教”不仅是把知识装进学生的头脑中,更重要的是引导学生会分析和思考问题;强调学生在学中做,在做中学,在实际绘图的过程中来掌握相应的理论知识与基本技能,以“必需、够用”为度讲授理论知识。在绘制复杂图形的三视图之前,让学生通过捏彩泥来理解观察立体结构,将绘图结果与之对照,很容易理解视图的重要作用。部分章节内容组织学生分组交流讨论,分析、研究电子产品图形,展开充分的对话和沟通,形成合作学习;项目点评与展示,师生共同归纳总结,鼓励学生“自我评鉴”,自我完善。
选项目要与实际相结合,选择实用的、学生感兴趣的、比较熟悉的项目,吸引学生。还要考虑到学生的实际能力,难度适中为好。难度过小,没有挑战性,学生不爱做,也起不到锻炼的效果;而难度太大,学生经过多方努力仍不能做好,容易产生畏难情绪,挫伤学生的学习积极性,变得不爱学习。选好项目后,具体项目的展开步骤:
(1)具体工作情境的设置(绘制的图形)
(2)准备工作(绘图工具、仪器、比例、图幅、图纸、绘图软件)
(3)布局、底稿的设计
(4)修改、定稿
(5)绘制中具体知识点的解决
(6)作品点评和展示
让学生对任务能够产生形象直观的认识并加以联想,明确任务目标,有助于项目的开展。在电气图的教学时所采用的教学方法:
(一)实物展示
教师首先通过多媒体及实物展示几幅电原理图和印制板图,让学生自己分析讨论其特点,由此导出电气图样的相关概念、电气图的类型、特点、构成、绘制步骤等规范要求(由实物导出概念,讨论加讲解,印象更深刻)。
(二)案例制作:电路图的绘制(学生为主体,解决操作问题)
教师介绍此案例绘制的要求,并点出注意事项。学生讨论此案例的设计风格,应用并设计草图;在图纸上绘制电路原理图,教师在一旁加以指导。学生绘制作品底稿完成后,分析每位同学的底稿,教师可参与分析问题所在,不足之处加以修改。
(三)作品展示
学生绘制完成后,每位同学展示自己的作品,并自评。
(四)总结
教师总体点评,给予优劣评价,并指出在这个项目进展过程中普遍存在的问题和需要注意的地方。
三、结束语
通过课堂教学与实践教学,使学生掌握机械制图的基本概念、作图方法以及熟练掌握AutoCAD绘图方法;培养学生对工程问题的分析和识图、绘图能力;培养学生从工程实际中提出、研究、解决问题的能力,培养学生的科学思维方法和创新意识。为学生学习后续的电路方面课程、完成课程设计和毕业设计提供了一定程度上的作用,同时更为学生毕业后从事高级工程技术工作提供了基础。
参考文献:
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[2]丁欢.实用电子工程制图课程教学的研究与实践[J].大众科技,2009.
【关键词】工程制图;电气专业;电气制图;实际应用能力
【作者简介】刘瑜,女,1984年出生,河北吴桥人,河南理工大学,讲师,博士研究生已毕业
工程制图作为电气专业本科生必修的基础类课程,一般设置在大学一年级,以突显其重要性、基础性和实用性。但是,目前的工程制图课程多是基于机械制图为基础,与电气专业联系较少,导致学生感觉课程与专业脱节,成为了制约学生认真学好这门课的重要因素。如何根据工程制图的特点并结合电气专业特色来提高教学质量是电气专业工程制图教学改革的主要问题之一[1,2]。
一、建立电气专业工程制图教学大纲
目前,高校工程制图教学大纲多是通用性大纲,并没对针对开设工程制图课程的专业不同而制定不同的教学大纲。对于电气专业而言,学生除了需要掌握基本投影知识以及机械制图基础知识外,更多的是要掌握电气电路图的绘制和识读。学生对电气制图内容的掌握情况,直接影响到整个电气工程专业后续课程教学[3],但是这部分内容恰恰是目前电气专业工程制图课堂上很少涉及的。为培养具有实际应用能力的电气专业学生,应该建立电气专业工程制图教学大纲,在电气专业学生的教学大纲中增加“电气制图”的教学与实践环节。在课堂教学上,把电气图的绘制与识读列入教学大纲,让学生掌握电气制图的基本知识;在实践环节中,增加电气零部件的表达、电气电路图的表达以及电路图测绘等内容,让学生在实践中提高对电气制图的应用能力。
二、明确工程制图在电气专业中的应用价值
工程制图课程一般开设在大学一年级,此时学生的专业知识较少,无法理解该课程在电气专业中的应用。而只有经过实际应用,学生才能够体会到工程制图课程对电气专业的重要性,这就需要教师在教学过程中将工程制图在电气专业中的应用价值传达给学生,使学生在思想上重视这门课,变被动学习为主动学习,变填鸭式学习为需求式学习,从而提高其学习效果。以绪论为例,教师可以给出两张图纸,一张是机械图纸,另一张是与该部件对应的电气图纸,并对学生简单讲解两张图纸的相互关系,帮助学生较好的理解机械与电气之间控制和实现的关联性,引导学生认识到学习工程制图课程对本专业有巨大的应用价值,促使其提高学习兴趣。在绘制三视图阶段,可以选择生活中常用的电器,比如饮水机聪明座主要结构的三视图,引导学生掌握绘图技能和基本投影理论;到电气制图部分,则选择与三视图形体相关的电气原理图,比如饮水机电路图,引导学生掌握基本电路符号的画法和含义。
三、注重工程制图实际应用能力的提高
工程制图作为实践性较强的课程,是电气专业“卓越工程师教育培养计划”的基础课程之一,能够提高学生的绘图知识、绘图技能和空间思维能力[4]。但是,目前此课程的教学重点多在于投影基础以及国家标准的讲解[5],很少涉及与实际生产实践相关联图纸的绘制和识读,这就使课程与实际应用脱离,偏离了培养学生工程素质以及工程实验能力的培养方向。为此,电气专业工程制图应该在课堂教学和实验教学中增加与实际应用相关联的图纸绘制和识读的内容,使学生认识到课程在电气专业领域中的重要性,从而提高学生用绘图知识解决实际问题的能力。教师要多展示电控机械,并从中拆卸一些零部件让学生进行绘制,比如电动割草机是城市绿化的必要设备,教师可以讲解其电控和机械原理,并让学生对外壳零件和控制电路进行测绘。此外,教师可以带领学生到生产一线学习和实践,让学生学到最实用的绘图知识。通过对电气专业相关设备或者生活实用品的绘制和识读,能够使学生认识到课程和专业的重要性,提高学生对工程制图课程知识的实际应用能力。
四、结合电气专业制定课程设计内容
为提高学生的实际应用能力,工程制图课程多配有课程设计环节,如果该环节只是针对投影理论进行能力提高和训练,而忽略工程制图在电气专业的应用,则会丧失课程设计为专业课绘图以及后续课程设计、毕业设计打基础的作用[6]。在课程设计环节中,教师应该结合电气专业的特点,给学生一些既与电气专业联系又不脱离实际生活的设计课题,课题要目标明确,内容适中,教师要引导学生查阅资料,自主学习少量专业知识,在理解的基础上完成课题的设计以及图纸的绘制。比如课程设计题目“几何造型彩灯设计”,彩灯的电气部分比较成熟,学生可以参照资料绘制电路图,或者通过查阅资料,自行设计新的控制电路,而传统制图方面则要求学生设计复杂的几何造型,并绘制其三视图,如果条件允许,鼓励学生把自己的设计做成实物,使学生的动手能力也得到锻炼。
五、结语
工程制图是电气专业的基础课程,在生活和生产实际中具有重要的应用。如何使这门课与电气专业的实际应用紧密结合,使学生在学习过程中能够明确其应用价值,提高课程的教学质量是许多教师都关心的问题,针对近几年的本科教学的经验教训,给出4点电气专业工程制图特色教学的建议,供大家参考和讨论。
参考文献:
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【关键词】高职工程制图;少学时;教学改革
0.引言
《工程制图》是研究绘制和阅读工程图样的基本原理和基本方法的课程。然而本人在教学过程中发现存在许多问题,主要表现在学生学习兴趣不大、课堂效果不理想等等。因此研究工程制图课程的教学改革有着重要的现实意义。
1.高职少课时工程制图课程教学现状
少学时《工程制图》课程是针对电子、电气、通信、工业管理等工科专业的一门必修基础课程,内容包括了画法几何、工程制图、专业图等内容。
1.1学生对学习本课程的热情不高
《工程制图》是研究绘制和阅读工程图样的一门专业技术基础课,因此作为工科学生必修课。但是大多数学生对这门课程的学习热情不高、学习动力不足。分析原因:一方面许多学生对这门专业基础课的重视不足。另一方面,部分学生感到工程制图难学,需要花大量时间思考并完成作业,有时还无法独立完成作业,由此产生了畏惧心理。因此失去了学习该课程的兴趣。
1.2部分教学内容偏多偏难
随着教学改革的深入《工程制图》的课程时数不断减少,已由原有的60-80学时减少到30-40学时,然而对教学的要求并没有因此降低,教学内容也没有减少。
由于课时少,教师在授课过程中只能侧重讲解一些重点内容,学生对知识的连贯性、全面性没有系统的了解。在课时配置上,侧重理论知识较多,实践环节较少。从课程教学内容看部分学时内的教学内容偏多、偏难。在如此背景下教师往往只重视自己的教学过程,只能向学生传递大量的信息,而无法为学生提供练习的时间。结果导致老师难教、学生难学的困境。
2.少课时《工程制图》教学改革措施
2.1 精简教学内容
2.1.1明晰培养规格,突出专业特色,合理取舍
对于工程专业的高职学生来说,就是要优化工程制图课程中理论性过强、过难过深、学生普遍反应不易理解的内容,对教材作出适当的取舍,将各部分内容进行更加合理的整合。总的原则是,既要保证知识体系的完整性,又不显得庞杂零乱。就《工程制图》的基本要求而言,学生具备专业图纸的绘制和读图能力是教学的主要目的。
从教学内容角度看教学内容包括了制图的基本知识、机械图样的绘制和识读、专业图样的绘制、计算机CAD绘图四个部分。
制图的基本知识多是绘图的基础,只需一节课的授课即可。机械图样的绘制和识读是教学重点内容是绘图的理论基础也是教学改革的重点。应该详细讲解三视图的形成以及基本原理。对点、线、面的投影特性进行略讲,但是不能不讲,因为它是立体投影的基础,特别是截交线和相贯线的内容的基础。专业图样的绘制内容是机件常用表达方法,此部分内容可根据课时量适当删减,不宜追求难度,以满足专业图样的识读为准。计算机CAD绘图一般采用AutoCAD软件作为平台。在教学过程中主要讲解AutoCAD 绘制图形、文本输入、尺寸标注等,其它内容少讲或不讲。此部分内容也可根据课时量删除不讲。
2.1.2 循序渐进,夯实基础
由于高职学生掌握基础层次参差不齐,在制图课的教学过程中理解问题的能力差别也很明显,为了达到预期的教学效果,要循序渐进的逐步培养学生的学习兴趣,引导学生善于利用身边的环境或实物,反复观察,仔细揣摩,培养学生的空间想象力,将基础夯实。从认知心理学的角度来看,当教学任务被置于循序渐进的教学模式中完成时,才是符合学习者心理发展要求的、优质高效的教学。
2.2 改革教学方法,增强学习主动性
2.2.1 采用多媒体教学和传统教学相结合的教学方法。通过现代教学媒体,如动画和视频录像,使学生把所学到的绘图知识和读图技能与实际应用有序、灵活地结合起来,使抽象的制图知识变得生动形象,活跃课堂气氛、增加学生的学习兴趣,更能增强学生学习的目的性和主动性。
2.2.2采用启发式和互动式教学方法
启发式和互动式教学方法要求学生积极参加、反映和创造。教师在教学过程中要积极引导学生参与教学活动,给学生提供独立思考和亲身体验的机会,特别是习题课更应该多给学生提出问题的机会。这样既培养了培养学生的参与意识,又加深学生对重点和难点知识的理解和认识。
3.对少课时《工程制图》教学改革的思考
3.1增加课堂训练力度,合理确定作业难度和数量
每节课都有若干知识点,教师必须精讲其中的难点和重点,多挤出时间带领学生做课堂练习,让学生多看、多想、多实践,让学生感受到成功的乐趣、增强自信,以便加深学生对课堂内容的理解和掌握。课后习题布置要合理,有针对性,应重点考查学生对知识的掌握程度,同时进一步培养学生严谨规范的工作作风。
3.2加强徒手草图的训练、提高计算机绘图能力
随着计算机绘图技术的迅速发展和普及不应再过分强调尺规绘图。但是读图和绘图能力的要求应加强。如何提高教学效率和调高学生的读图能力?应选择徒手草图与计算机绘图相结合的途径,不但可以有效提高学生对工程制图课程的学习效果,而且使学生通过计算机绘图对所学专业的知识结构更趋完善,是提高学生综合素质、培养综合能力的有效途径。
4.改革考核方法
4.1 考核内容和考核方式的改革
制图考核方式很多,有闭卷、开卷和半开卷考试;有笔试和口试等。通常采用期末考试与平时作业、提问以及考勤等相结合的方式。
4.2 成绩评定
成绩评定由三部分组成:(1)尺规作图及完成质量30%;(2)提问及考勤:20%;(3)期末考试成绩:50%。
在课程考核时应注重以下几个方面:理论与实践相结合;绘图、读图相结合;技能与作业态度相结合;学生之间自评与互评相结合。
5.结论
总之,工程制图作为工科院校普遍开设的一门专业技术基础课,在提高教学实效性方面,教师应该不断及时吸取本学科及相关学科的最新知识,把握教学改革的新动向,增强教学的预见性,这样才能培养出社会所需的具有较强的实际操作技能的高素质的技术人员。
参考文献:
[1]余明浪.《工程制图》.教学改革的反思和探索[J]工程图学学报,2009,(5):157- 161.
关键词:工程素养;环境制图;应用型
一、引言
环境制图课程是高等教育中理工科学校环境科学与工程专业本科教育的一门重要的技术基础课,它是在研究解决空间几何学问题的基础上,基于画法几何技术,绘制和阅读工程图样的理论和方法,并且最终掌握采用CAD和Pro/E技术将设计理念转化为工程图纸并实施的方法体系。[1]目前,全国大多理工科类环境科学与工程专业学生都必修该门课程,在教学中,环境制图课程教学主要是在《工程制图》课程基础上演变而来,除了注重平面二维图形设计和绘制教学外,近年来对于三维立体图形与对应位置的空间逻辑思维和形象思维能力的培养也是本课程的重要教学目标之一。[2]传统的环境制图课程因为受到诸多客观因素的影响,主要着重于识图、绘图以及形体表达等基本技能的培养,以模具和手工绘图教学手段为主。但随着日新月异的技术发展,尤其是计算机图像处理技术的飞速发展,毫无疑问,现在的制图课程应当更多地融入计算机绘图、计算机图形处理学的基本方法和原理,并且呈现快速发展的趋势。
此外,在环境问题日益突出的现在,解决环境污染治理的工程项目也越来越多,工程设计的要求逐渐增强,而环境制图课程的教学目的是要学生能够具备解决环境污染控制工程设计的能力,这就要求环境类专业的学生不仅能够掌握环境污染治理的基本原理、工艺和技术,还要能够充分地利用所学的各个环境学科的知识,将各种污染治理技术用工艺图纸完全呈现出来,进而学好应用型环境制图课程对环境科学类专业的学生来说既是挑战,也是重要的工作能力。[3]因此,我国各高校环境制图课程整个体系的改革乃至新型的教学模式探索势在必行。
二、工程素养的要求和特点
工程素养是人类生存与发展的基本技能,亦是人力资本的重要构成因素,更是目前理工科学生培养的重要潜在能力。现代教育对学生的工程素养要求又有两种情况:对工程师的工程素质要求和对非工程师的工程素养要求。[4]前者主要集中在各方面能力的肯定,诸如数学、科学和工程等知识能力,有多种训练、有效表达和交流、终身学习、能够应用现代各种技术和工程工具解决实际问题的能力等。[5]而后者则偏向于基本的工程相关专业知识的了解,懂得工业产品的设计并有效使用维护和管理,可以自身解决最基本、最常见的工程技术问题。而在经济高速发展的今天,社会建设对人才队伍的素质要求也越来越高。因此,根据环境科学以及环境工程专业自身的特色,结合发展趋势特别是适合我国的基本国情等综合考虑,培养出基础扎实、有创新精神和较高的实践能力,同时又有较好的工程素养的专业型人才显得很有必要。
当然,社会发展的需要落实到对学生更高的各方面能力要求,而环境科学与工程专业学生培养过程中的工程素质提升也就势在必行了,关键是使他们能独立思考工程问题,着重抓住复杂多变的实际问题中的主要矛盾,并具备工程简化能力,从而建立合理、经济、简要地解决实际工程的能力及结合实践自我学习、自我完善的能力,最终成为合格的环境工程设计高级工程师。因此,环境制图课程作为环境专业的代表性基础课,对学生的工程素养要求更为明确和具体。除了要求学生具备一般的二维草图、三维制图能力外,更要求学生能够独立地对水污染处理工程、大气污染处理工程、物理性污染处理工程以及固体废弃物污染处理工程这四类典型的环境工程项目给出整体解决方案,并用图纸的形式表达出来。这就需要学生具备较高的工程素养。
三、应用型环境制图课程教学改革思考
环境制图课程作为一门对图样阅读和图型绘制技术进行详细讲解和实践的基础课程,更需要学生在学习的各个阶段提高个人的绘图和识图能力。而在目前环境制图课程中的学生表现出来的问题中,如何采取针对性的教改措施,是现在环境制图教学任务的首要任务。目前的环境制图教学中普遍有以下几个特征:
1.环境制图的理论教学与实践操作联系不够紧密
在环境制图课程中往往会出现学生对理论知识的重视程度超过实践技能操作。很显然,学生在刚接触环境制图课程时就形成了一种学习定势,认为学习理论知识的整体框架远比实践操作来得重要。这可能和现在教学中的考核方式密切相关,直接导致学生在听课的时候更加注重授课内容的关注,做笔记,死记硬背等。
2.存在环境制图的教学内容多但课时少的矛盾
环境制图作为一门基础课程,不仅包含几何画法、基础制图,还有涉及环境工程、给水排水工程等相关专业图的识读与表达以及计算机绘图的知识。然而环境制图课程相比较于外语等课程的课时数就较少,就可能因为教学课时不足,老师的讲学内容有缩减直接导致学生学习困难。
3.学生的空间思维想象能力也可能成为学习这块新知识的瓶颈
环境制图研究涉及平面到空间的和空间到平面的相互转化的关系、规律和方法。显然从绘图到识图都离不开学生自己的空间想象能力和对空间物体的分析与表达。这就又会增加学生的学习难度了。
4.学生对于环境类专业课程之间联系性的掌握缺乏思考
环境制图课程并非单独的一门课程,如果学生要充分掌握该门课程的技术,必须将所学其他环境工程专业知识融会贯通,合为一体。而在目前的教学培养方案中,经常出现学生未系统学过专业课,或者学过专业课,但无法做到对专业知识的联系思考,以至于在制图课程学习过程中会感受到缺乏工艺设计感,缺少设备设计立体感等问题。
四、以工程素养为本位的应用型环境制图课程改革模式
近年来,随着教学改革的层次不断深入,环境制图的教学内容和教学要求也都有了新的调整。但若仍是一味地执行之前的教学大纲,其中有些内容过于概括和笼统,况且有些院校所采用的仍是工程制图大类的教学大纲,更使得制定“工程素养本位”的环境制图课程能力标准尤为重要了。
教师在环境制图的授课过程也要有所改变,不能再一味讲授枯燥乏味的理论知识,这样反而会降低学生学习积极性。正如所说:“兴趣是最好的老师”,教师可以在教学设计中增加相应教学互动环节,激发学生参加的兴趣,可以做到愉快地教学。而现在教学过程中,多媒体工具的加入,正好使得授课过程中的理论知识和实践操作相得益彰。同时,教师也应当自觉实践培养学生的工程素养,特别是对学生参观污水处理厂和污染控制治理工程的基础上,让学生主动去探究工程设计和环境工程设备装置的图纸设计过程,可以极大地提高学生对环境制图课程的学习兴趣,加强学生的实践性。对于以提高工程素养为目的的环境制图课程教学改革思考如下:
(1)教师可以影响学生,让学生在刚开始接触时就可以对自己将来从事的环境工程职业明朗化,在当前的宽口径、大专业工程教育背景下,学生的环境专业理论基础学习也是很重要的,只有具备了雄厚的环境专业知识,才能够在环境制图实践过程中理解和解决污染治理问题。
(2)让学生早日有明确的环境工程意识。工程是一整个由很多不确定因素、很多可供选择的参数组成的,不像一份明朗的考卷必配一份精确的参考答案。而对工程中的多种参数进行选择,往往带有很强的主观性和经验性,故而很多问题的答案对于学生来说都是可以的,这与一贯的学习思维方式有很大区别,使得很多学生往往很难适应,更难以接受。故而需要老师尽早从环境专业知识基础课阶段,就培养学生的工程意识,同时教师这般教学模式相当于提前为他们创造良好的工程学习环境。
(3)教师可以适当编制课堂专用工程实训教材,比如编制环境制图课堂练习册和教学手册等专门性培训教材。因为教科书的编排内容虽然是工程制图科学研究的总结,但是教科书的更新速度无论国内外都是有一个过程的。环境科学的发展速度飞快,因而在环境制图专业课中,教师应当及时给学生讲授自己环境污染治理工程学科领域的最新科技成果,使学生及时了解掌握本学科已有的相对成熟的技术成果和存在的问题,体会到科研项目中的难点,注意学科发展动向,扩大自己的知识面,从而使环境制图课程不落于书面,充分体现出工程特技。
(4)环境制图课程教学过程可以充分采用“计算机融入式”教学方法,将三维和动态展示技术融入课件制作,不再借用模型教具和图纸,使学生即使在缺乏教学模型的情况下,也能够借助计算机软件模拟,实现对环境工程构筑物、设备装配、工艺流程绘制、平面布置、高程设置等关键问题的理解,从而充分提升工程素养。
(5)强化CAD和Pro/E技术在环境制图教学中的应用。现代环境制图已经完全进入计算机时代,CAD和Pro/E分别作为环境工程工艺设计和设备设计的代表性经典软件,在实际环境工程项目开发中具有广泛应用,而环境制图教学往往把大量课时安排给画法几何理论学习和图纸训练,减少了学生对先进计算机软件的实践动手时间,不利于学生掌握通过CAD等软件学型工程项目图纸开发等专业能力。
五、结论
关键词:多手段教学;高职高专;《工程制图》
分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)09-0228-02
一、《工程制图》课程的认识
《工程制图》课程主要培养学生读解和绘制工程图样的技能,而工程图样被称为工程技术界的“语言”,绘制和阅读工程图样是工程技术人员必备的技能。《工程制图》是培养学生形象思维的一门工程类基础课程,具有很强的实用性与操作性。
《工程制图》课程对学生能力的培养主要通过理论和实践两个环节。理论部分包括:制图基础知识和国家标准,正投影法和图解空间几何问题的基本原理和方法;实践环节部分包括:零件图和装配图的绘制和阅读,计算机绘图操作。课程的学习中需要学生的空间逻辑思维和形象思维以及动手能力,传统板书教学或纯多媒体教学都不能得到很好的效果。根据工程制图课程特点,在课堂教学中,应分章节灵活恰当的应用语言表达、图文板书、课件、教具演示、动画模拟、部件测绘等教学方法手段进行教学。工程制图教学体系如图1。
二、《工程制图》课程基于多手段教学模式的开发思路
基于多手段教学模式的工程制图教学是根据教学内容特点确定手段方法,以学生为中心、以教学过程为载体,以学生最易接受的方式进行教学,培养学生职业能力。教学结构是在分析各章节教学内容的基础上,按照教学内容与教学手段的相关性整体设计教学内容体系,实现整个教学体系得到最优教学手段。对于高职高专工程制图的教学,内容上坚持以“理论够用,重在实践”为原则。开发思路框图如图2。
三、基于多手段的教学
《工程制图》课程内容包括四部分,分别为:画法几何、制图基础、机械图和计算机绘图。每一部分甚至每一章节需要的思维方式有所不同,因而学生喜欢的教学方法不同。结合知识点的具体特点,适当对教学内容进行处理并选择较合适的教学方法。
1.画法几何部分。画法几何部分主要是学习和掌握用正投影法基本原理和方法,尤其是应用正投影法表达空间几何形体问题。正投影法理论性比较强,内容比较抽象,适用于课件动画演示。形象的视觉效果使得学生较容易理解抽象的原理。点线面的正投影法表达实际操作性相对较强,对于初学者来说理解比较慢,不易较快的进度,此部分适合于板书教学同时配合教具演示。此时为了提高学生对工程制图课程的学习兴趣可以将制图软件AutoCAD介绍给学生,让学生在枯燥的手工绘图之余练习绘图工具的点线面的表达。立体投影部分,尤其是截交线和相贯线是本课程的难点。这部分采用图文板书详尽讲解,并要求学生在课上演练。画法几何部分章节教学体系见表1(下页)。
2.制图基础部分。制图基础部分主要是学习和掌握制图基础知识和国家标准。包括国家标准有关机械图样的各项规定;常用绘图工具和仪器的使用方法;平面图形的作图方法和步骤。此部分内容要求学生准确并熟练掌握相关规定,内容枯燥,但重要性高。国家标准部分主要包括有关图纸幅面、比例、图线及尺寸标注等内容,主要适合挂图教学,形象具体,学生印象深刻。绘图工具和仪器的使用方法部分教学对保证绘图质量和提高绘图速度起着重要作用。此部分适合教具实物教学,现场对几种作图工具进行示范。平面图形作图部分设计到作图的方法和步骤内容,因为是学生首次接触,适合采用板书教学。制图基础部分教学系统见表2。
3.机械图部分。机械图部分主要包括机件表达方法、标准件常用件、零件图和装配图。此部分主要针对实体实际零部件,和工程实际结合较为紧密。机件常用表达部分包括了视图、剖视图、断面图和局部放大图及简化表达等内容。主要针对机件的形状和结构比较复杂时,三视图难于准确、完整、清闲表达。此处信息量大,结构复杂,适合用于教具和课件联合教学。标准件和常用件主要介绍螺纹、齿轮、键、轴承等常用零件的表达,此部分主要是国家标准规定的画法、代号和标记,适合于教具和图文板书教学。零件图是表达机器或部件组成基本单元的图样,主要表达零件结构、大小及技术要求。此部分零件实体适合应用教学模型教学,标注等内容适合于课件教学。装配图部分是表达机器或部件的图样,此部分综合应用了前述章节内容,适用于课件、教具模型和部件绘测教学。机械图部分教学体系见表3。
4.计算机绘图。计算机绘图部分主要介绍绘图软件AutoCAD的使用,通过绘图软件的学习实现学生高质量和快速绘图的目的。计算机绘图是研究用计算机绘制图形图像的原理、方法和技术的学科。就计算机绘图软件来说,现在AUTOCAD是微机中应用最广泛的设计与绘图软件。此部分教学建立在使用绘图软件的基础上,以绘图实践为主,注重计算机绘图能力及绘图技巧的培养。课程教学形式包括教学授课及演示、上机试验、课堂讨论、面授辅导等方式,此部分适合于上机联系辅导及授课演示教学。
四、调查分析
对200名工科专业学生进行实名调查,问卷结果如表4。
从调查的数据来看,学生喜欢的教学方式和本文理论基本吻合。数据中也出现的个别差异,比如在几个章节内容很多学生选择了动画模拟,这种现象和学生更容易接受动画效果有关,然而一些章节并不适合大量动画模拟教学。不过今后会在这一方面进行深入分析和研究,并适当进行教学实验。
五、总结
高职高专的工程制图教学改革需要不断学习创新,不断适应教学对象,不断提高教学水平,以学生学习效果作为依据,通过不断探索新方法新手段,使学生最大程度提高对工程制图课程的内容的掌握。坚持理论研究和实践探索相结合,理论指引教学,教学实践并促进理论。工程制图的多手段教学模式并不是十分完美,还学要大量教学实践进行检验和补充。通过长期实践积累完善,该教学改革必定能发挥出最大的能量。
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关键词:建筑工程制图与识图;工程测量;教学内容;教学方法
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)12-0064-02
工程图样是施工或制造的依据,是工程上必不可少的重要技术文件,是工程界的技术语言,准备从事建筑工程的技术人员,必须掌握建筑工程图样的绘制和识图方法。“建筑工程制图与识图”是研究建筑工程图样绘制与识图的理论和方法,是我院工程测量专业培养生产一线高级工程技术应用型人才的一门主干技术基础课,内容包括画法几何、制图基础、建筑工程专业图和计算机绘图四部分,通过学习,使学生获得在绘图和识图方面的初步训练。目前,从毕业的学生反馈回来的信息来看,工程测量专业学生毕业进入岗位后,都战斗在生产一线,有做地籍的、路桥的、涵洞的等等,各个行业对工程测量专业学生制图与识图知识要求有一个共同点是对学生识图能力要求较高,而对设计能力不做太大要求,对制图能力则侧重在一些绘图软件的操作上,如:CAD,KISS,MAPGISS等。鉴于此,有必要对高职工程测量专业的《建筑工程制图与识图》课程做如下几个方面的调整,为学生日后的工作打下坚实的基础。
一、结合实际,调整教学内容
对于教学内容,应紧紧围绕教学大纲、专业特点以及生源素质来组织,本文认为,由于目前《建筑工程制图与识图》课程课时较少(每周4学时,只学习一学期),而该课程内容较多,从高职工程测量专业的学生的实用性和专业性角度考虑,在“画法几何”部分以投影基本原理为主,主要培养学生的空间思维想象能力;对于投影变换、透视图部分,由于实际应用性不强,可以不讲;对于形体相交、曲面、及组合体的投影图部分,由于其立体感强、理解难度大,故要重点讲解;而“工程制图”部分则以基本工程图纸涉及的内容以及国家最新颁布的一系列制图标准为基础,主要培养学生阅读图纸的能力,重点讲解建筑施工图、结构施工图、道路及桥梁施工图,对于电器施工图、给排水施工图以及装饰施工图部分,由于与工程测量专业偏差太大,且学生就业后基本不涉及该专业故可略讲;并且在教学中要结合现实中的一些工程,特别是与工程测量专业相关的工程图纸,使学生了解最新工程图的表现方法和内容,如果有条件可以带学生到现场进行讲解,做到理论与实际相结合。并且本人认为,通过前期画法几何和制图规格的学习,学生已能大致看懂各个专业方向的工程图纸,唯一看不懂的只是图纸中的图例,所以在后期讲解工程图时,应重点讲解各专业方向的常用图例以及常用标识符号的意义和表示方法。对于工程图纸中,针对工程测量这一专业应重点讲解总平面图。在最后的计算机绘图部分,由于该专业学生第二学期会开设专门的AutoCAD课程,故在本门课程中可以不予讲解。
二、传统与现代教学模式的结合,提高学习兴趣
传统教学手段能够引导学生在逐步了解作图的过程中掌握作图的方法和步骤,为学生打下坚实的基础,同时提高制图能力等优点,但无法使学生想象到空间形体,而挂图和实物模型又需要制作或购买等,所包括的知识点较为有限。现代化的多媒体教学手段有节省时间、可重复利用、方便修改、简洁直观等优点,能够提高学生的兴趣,但过多采用又会导致上课节奏太快、无法消化、学生容易疲倦等问题。针对传统和现代化教学手段的优劣特征,本课程在讲授画法几何的基础内容上,对绘图基本技能,点、直线和平面的投影,曲线及工程中常用的曲面,轴侧投影采用传统板书的方式。对于基本形体的投影、形体相交、曲面、及组合体的投影图部分,由于其立体感强、理解难度大,不光是采用传统的板书方式,而且还要结合实际,通过多媒体课件、flas或利用当地简易材料现场制作模型等方式,增加学生的印象和理解能力;对于制图规格和工程制图部分,本文认为还是应该采取传统的方法,利用仪器、工具绘制工程图纸,一方面能提起学生对本课程的兴趣,另一方面又能使学生掌握正确的绘图方法,熟悉绘图仪器和工具的使用,而且还可以达到加深理解工程图样的表达方法,了解制图标准、制图规范的要求。对建筑形体的表达方法以及后面的各种施工图则采用多媒体课件,以直观、生动的方式加深学生的理解能力,提高学生的兴趣,同时还收集现在正在建设的各行业的工程施工图,带领学生到现场进行讲解,加深学生的理解和记忆能力。对于较为复杂的模型,本文认为对于测量专业的高职学生,可只进行简单的讲解,然后通过在软件平台上进行三维模型的演示形成,使学生了解复杂形体的内部构成特征。
三、能力训练与形成性考核方式结合
《建筑工程制图与识图》是一门专业基础课程,在学习的过程中要求学生必须建立空间概念,如果学生没有空间概念,学习起来就会很吃力,时间长了就会逐渐失去学习的兴趣。所以在本门课程教学中,对于画法几何部分采取“以学生为中心、以课堂训练和课堂提问”为基本的教学模式,使学生对画法几何的知识点得到更好的掌握;在课堂上让学生自己动手演示和分析,在平时作业和考核方面,要求学生会做题还会在平时上课中布置一些小作业,以技能竞赛的形式展示等,对于学生做完适量的练习后,还根据学生的练习情况,进行有针对性的评讲分析,解决实践中遇到的问题,以增加学生对本课程的理解,为更好的学习工程类专业图奠定良好的基础。在指导学生学习的过程中,还让学生直接参与探索教学,充分发挥学生的主观能动性,开发学生的创新能力,鼓励学生充分发挥想象力,进行发散思维,鼓励学生对教师的见解提出不同意见,与教师对话和争论,鼓励学生将自己的思路与大家分享,并提出表扬,这样做可以极大地推动每位同学的探索积极性,使学生在学习中有成就感,有利于培养他们确立科学的态度和掌握科学的方法。
实践表明,合理地调整课程内容体系,能够提高教学内容的先进性和实用性;将传统与现代教学手段相结合,能够更好地提高教学质量,提升学生的兴趣;加强制图课程的实践性,并且通过后续CAD课程的开设,更能加深制图知识的记忆和理解。
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[关键词]制图;识图;人才培养
文章编号:2095-4085(2015)05-0112-02
随着经济发展和人们生活水平的提高,人们对各个方面的追求在不断地提升。在现世纪中人才资源的竞争应经是最激烈的竞争,在这个世纪获得人才就会获得发展,对于人才的培养也是大家比较关注的热点问题。在现在我国的建设路程中,非常的需要技术娴熟,人品良好的综合性高素质人才,所以各大中职院校应该充分的正视学校的管理理念,充分的利用现在可以得到的一切教学资源来培养社会需求的人才。建筑工程这个专业的人才是现在社会上需求量很大的,在人才的培养方案上也要保持与时俱进的势头,建筑制图与识图是这个专业的一核心的主修课程,同时图纸又是各相关的专业课程的综合学习结果。
1影响专业人才的制约因素
随着社会经济的快速增长,人们对各项基础设施建设都有了更高层次的追求,城市化的发展进程也越来越快,在迎接城市化进程中,会伴随着大量建筑群的出现。人们需要越来越多新的而且有特色的建筑来匹配自己的生活,这也进一步的促进经济发展。对相关建筑专业人才的需求上升,特别是制图与识图的人才稀缺。对我国的建筑人才提出了更高的要求,只有具有精湛的专业技术与高的思想品德的人才才可以很好的适应社会的需求。就目前存在的制约着此专业人才的发展的因素进行详细的分析。
1.1从学生自身的角度分析
当学校制定好对应的课程学习方案后,学生就有着充分的主动性进行学习,他们是整个体系的主角,评价教学方案的优劣也是从学生的学习成果和对社会的贡献来判断的。在制图与识图专业的课程设置中要充分的重视课程的学习效果,学生不应该仅仅停留在书本上已有的知识和教师传授的知识,要把学到的知识用起来,在实践中检验知识,这样学到的知识才真正的被自己所掌握而不是仅仅停留在记住应付考试这一层次上。多动手去操作,只有亲自去做了才会发现问题,解决问题,也可以多组织一些相关的活动,让大家集体参与进来,激发学生的兴趣,这样学生在兴趣中将知识与实际相结合,在交流中知识得到更好的完善。
1.2从学校的角度出发
学校是学生建立知识体系和提升专业技能的地方,并且是充分的为学生的学习提供基本的保证和良好氛围之处。好的学习氛围和教育体系培养出来的学生自然也是非常的优秀的,俗话说一个学校培养出来的学生有着类似的共性,这个说法就是就和古语中近朱者赤近墨者黑相符合。学校的教学设施与条件、师资的配备、课程的安排、领导的观念等等,都是塑造学生能力与技能的很重要的因素,学校必须提供一定的实习场所和实验室等地方为学生的实践提供一定的发展空间,学生的实践能力必须在这些环境下才可以得到锻炼和进一步发展。学校制定的专业课程要有一定的针对性和实用性。建筑工程类的学生必须得具有熟练的制图、识图能力以及施工放样的测量能力,具备较扎实的施工管理知识等等。
1.3从社会因素来看
中职学校是培养技术人员的摇篮,它的人才输送是很快速的,这就需要社会有很好的接纳度,能够很好的与学校相合作,及时的将人才用于现代社会的现代化建设当中。中职学校的教育是一种以就业为导向的教育,这种学校的评价标准是学生有较高的就业率,在企业和社会中得到很高的评价。企业需要具备什么样知识体系的人才,中职院校就培养什么样的人才。就业是最关键的环节,也是学习专业技术的学生非常关注的问题,所以从社会的角度来说相关的企业应该及时的回馈自己对专业需要人才的变化,让学校及时的做出调整,这样培养出来的人才也能很好的适应社会的需求,能够很好的将自己在学校中学到的专业知识在实际中良好的应用,对于这些人才的培养也是应时展需求。
2专业人才的培养策略
加强学生对这个专业的基本知识的学习,多参加相关的实践活动,让学生在实际的操作中掌握基本的技能;学校一定要加大对实践基地与专业实验室的建设,配备专业的指导教师进行认真的指导,将专业的实训与基本的理论教学很好的结合在一起;一定要加强中职院校专业教学研究及其校企合作,双方进行及时的交流,让高校的教育体系适合社会的发展需求。另外加强师资培训,提高教师队伍建设,促进学校专业建设及其专业的发展,有利于社会急需型人才的培养。
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【摘要】根据土木工程力学内力图绘制实践,对工程力学中最常见的几种内力图作了探讨。
关键词 工程力学;内力图;突变;探讨
1.前言?
(1)工程力学是工程重要的理论和实验基础,它是研究结构和构件安全地承受各种作用(荷载等)的一门科学。它研究的结构和构件的强度、刚度和稳定性等问题离不开内力分析,内力分析是土木工程力学最为重要的一个环节,而最能体现杆件各截面分布情况的当属内力图,内力图具有较强的直观表达性,制作方便,因此内力图成为杆件内力表达的重要手段。根据多年实践,对工程力学中最为常见的几种内力图作一探讨。?
(2)几乎所有的内力图的方法是列内力平衡方程,再由内力平衡方程画出内力图,而新方法是倡导利用内力图规律和荷载的“突变”,直接画内力图,简单而快捷,是正确、迅速绘制内力图的关键。
2.轴向拉(压)杆的内力图——轴力(FN)图?
轴向拉(压)杆的受力特点:外力的合力作用线与杆的轴线重合。轴向拉(压)杆的轴力图——FN——x的图像直接反映出轴力与截面位置变化关系,较直观;而且还能确定出最大轴力的数值及其所在横截面的位置,即确定危险截面位置,为强度计算提供依据。轴力图的简便画法为:?
(1)以外力作用处为界,将杆件分段;?
(2)在分界处:突变值=集中载荷(其余各处为一水平线)。轴力图的要求为正负号、数值、阴影线与轴线垂直。熟练掌握以上几点,就可以准确无误地画出轴向拉(压)杆的轴力图了。
3.扭矩图的画法?
扭转变形的受力特点是在垂直于杆轴线的平面内,作用有大小相等、转向相反的一对力偶。扭矩的正负号判别用右手螺旋准则,即右手四指代表扭矩的转向,当大拇指背离截面为正,反之为负。扭矩图以外力偶作用处为分界处,突变值等于该力偶值。扭矩图画法可以参照轴力图的画法。
4.直梁弯曲——剪力图和弯矩图的画法?
工程制图中,为了迅速判断梁危险截面的位置(一般是剪力或弯矩最大值所处的位置),必须明确剪力和弯矩沿梁轴线的变化规律,我们通常采用绘剪力图和弯矩图的方法来表现它。建立内力方程的方法是作内力图的最基本方法;建立了内力方程再结合数学上的函数图像性质作图,绘图过程繁琐,工作量大,不容易掌握;通过考察大量内力图及与荷载之间的关系,我们发现:在常规荷载作用下内力图的函数图形是直线和二次曲线,只要定出起点和终点的值,再对函数图形的形状进行定位,就不难作出内力图了,所以我们采用确定控制截面法。?
4.1控制截面法。
控制面不外乎梁的起、止截面,均布载荷的起、止截面,集中力、集中力偶作用截面,以及剪力为零的截面。采用控制截面法绘图,就是先在这些截面对应的点处求内力值,然后在内力图上定位,即定性地判断各段的剪力图和弯矩图的形状、图形变化趋势等,再根据荷载性质用直线(或曲线)连接定位点。在熟悉内力图规律的基础上,熟记以下口诀:剪力图,力偶瞒,均布载荷呈斜线;集中力,有“突变”,两个力间平线牵;定位置,看力点;求大小,比例见。弯矩图,力偶显,均布载荷抛物线;纯力偶,有“突变”,力偶之间平线牵;集中力点藏弯矩,同它力点斜线连。?
4.2用叠加法画弯矩图。
用控制截面法作梁的内力图较用内力方程简单,然而它毕竟需要确定控制面,以及确定内力值等步骤,若我们采用叠加法,在某种情况下比控制截面法更便利。叠加原理是由几组荷载作用所引起的某一参数(约束反力、内力、应力、变形),等于各荷载单独作用所引起的同一参数的叠加。一般来说,在常见荷载作用下梁的剪力图较为简单,不需要使用叠加法;而较多荷载作用时,一般使用叠加原理作画弯矩图。使用叠加原理作弯矩图的方法叫叠加法。用叠加法画弯矩图的步骤为:荷载分解;作分解荷载的弯矩图;叠加荷载共同作用下的弯矩图,相应的纵坐标代数相加。
5.静定平面刚架的内力图——弯矩图、剪力图、轴力图的画法?
5.1刚架是由直杆组成的具有刚结点的结构,其特点是:在梁和柱的联系处为刚结点,当刚架受力而产生变形时,刚结点各杆端之间的夹角始终保持不变。从受力角度来看,刚结点的最大特点就是可以承受和传递弯矩,优点是结构刚度大,内力分布合理。研究它的内力时,一般在刚结点处,用垂直于杆轴的截面将刚架截开,形成若干杆件段,即将刚架拆成横杆和竖杆,再根据刚架的特点分别画横杆和竖杆的内力图,于是刚架的内力问题就转化为单个杆件的内力问题。分别作各杆件的内力图,随后将各杆件内力图合在一起,构成刚架的内力图。可以概括为“先分后合”。?
5.2刚架内力图的绘制方法归纳:?
(1)绘制刚架内力图前,先求计算支座反力;?
(2)将刚架节点处截成若干杆件,画单个杆件的内力图;?
(3)将单个杆件的内力图进行组合,绘制内力用截面法求解刚架任意指定截面的内力,再应用与前面相同的弯矩图、剪力图、轴力图的绘制规律与绘图方法作刚架内力图。?
5.3绘制刚架弯矩图时应注意以下几点:
(1)刚结点处应满足力矩平衡;(2)铰结点处弯矩必为零(在无外力偶的情况下);(3)无荷载区段弯矩图为直线;(4)均布荷载区段弯矩图为二次曲线,曲线的凸方向与均布荷载指向一致;(5)利用q、FQ、M三者之间的关系作图;(6)运用“区段叠加法”作M图。
6.综上所述?