依托“中山大学极地”号开展“工程制图”教学的探索

［摘 要］ 由中山大学打造的“中山大学极地”号作为我国高校首艘、国内第三艘具备极地科考能力的破冰船，不仅是开展极地科学研究的创新平台，同时也是面向高校的重要育人平台。针对“工程制图”在船舶与海洋工程学科中的教学现状，提出依托“中山大学极地”号开展“工程制图”教学的探索。结合“中山大学极地”号船体图纸和机舱零部件图纸讲解工程制图的理论和相关规范，将“工程制图”教学与专业学科的实际问题有机结合，提高学生的学习热情和解决实际问题的能力，为我国的海洋事业培养高素质人才。

［关键词］ 工程制图；船舶与海洋工程；教学探索；“中山大学极地”号

［基金项目］ 2023年度中山大学教学质量工程建设项目资助课题“结合中山大学极地号开展‘工程制图与CAD’教学的模式探索”（76170-12220011）

［作者简介］ 李晓天（1989—），男，河南南阳人，博士，中山大学海洋工程与技术学院副教授，硕士生导师，主要从事船舶与海洋工程研究；杜现平（1989—），男，山东临沂人，博士，中山大学海洋工程与技术学院副教授，硕士生导师，主要从事海洋工程结构设计研究；查若思（1992—），男，安徽潜山人，博士，中山大学海洋工程与技术学院助理教授，硕士生导师，主要从事船舶与海洋工程计算水动力学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）-07-0017-04 ［收稿日期］ 2023-12-29

引言

工程图样作为工程与产品信息传递的主要媒介，是工程设计中不可或缺的一环，被称为“工程界的语言”。对于工科专业的学生来说，掌握基本的绘图和读图能力是其未来从事工程设计工作的基石。作为工程制图的理论基础，画法几何学通过投影法建立二维和三维空间之间的映射关系，具有高度抽象的特点。通过画法几何学的训练可以有效锻炼学生的形象思维能力和空间想象能力，对学生综合能力的开发具有积极意义。此外，“工程制图”作为一门实践性较强的课程，可以很好地培养学生动手和解决实际问题的能力。不仅如此，由于工程图的绘制不能有丝毫的偏差，通过“工程制图”课程教学与实践还可以培养学生严谨负责的工匠精神。因此，“工程制图”被越来越多的专业纳入本科教学课程体系之中，成为本科学生的一门重要的技术基础课。

船舶与海洋工程学科主要围绕各类船舶及海洋工程装备开展设计、分析、制造及运维研究，研发这些船舶及海洋工程装备都离不开工程制图的支撑。大到整个船体结构，小到某一个机械零部件，都需要绘制工程图样来指导设计与生产。因此，能够读懂和绘制工程图是“船舶与海洋工程”专业从业者必须具备的基本能力。中山大学海洋工程与技术学院围绕“船舶与海洋工程”一级学科，始终坚持落实立德树人根本任务，将“工程制图与CAD”课程作为人才培养中的重要一环纳入本科教学课程体系，并结合学科特点开展了对工程制图教学模式的探索，取得了良好的效果。

一、“工程制图”教学现状

工程制图基础教学经过长期的发展与改革，取得了一系列的成果，已经基本形成了较为完备的教学体系。然而，随着时代的发展，工程领域的新技术不断涌现，对工程制图也提出了新的要求，因此“工程制图”教学也需要紧跟时代的步伐进行改革创新。在新工科建设的背景下，许多学者对“工程制图”教学进行了有益的探索。徐海军等［1］针对非机械类专业学生“制图”与“工程”脱离的现象，探讨了面向学生工程素质培养的工程制图新教法，并将其引入课堂教学活动。卓丽云［2］在工程制图教学中引入了OBE教学理念，以业界需求为导向整合教学内容，实现传统制图和计算机设计软件的融合式教学。杨莉等［3］基于专业认证的要求，从课程体系、教学内容、教学方法和考核方式等方面进行了改革，探讨了如何建立符合专业认证标准的教学模式。许丽等［4］围绕工程制图的教学内容，对该课程的思政教育进行了探索实践，并提出了融入思政教育的具体措施。陆长胜等［5］在分析了高校机械类学生的教育现状和工程图学教学改革发展特点的基础上，探讨机械工程标准化思想指导下工程图学课和专业课的融合教学形式，提出以培养学生工程实践能力为目标的现代工程图学课程体系的建立和教学方法的改革。耿直等［6］基于对新工科背景下的工程制图教学的思考，提出从高校和教师两个层面对该课程进行教学改革的建议。孙艳萍等［7］针对能源类行业院校的特点，提出“画法几何与工程制图”课程的教学改革方法，树立了“基础为本、方便自学、鼓励创新”的工程图学的教学理念。

然而，虽然目前“工程制图”教学改革已经取得了一系列的重要成果，但在教学实践中依然存在学生学习热情不高的现象，其根源在于学生没有深刻理解所学的理论知识与未来要从事的专业领域之间的密切联系。因此，“工程制图”教学应针对学生所学专业的特点进行设计，将理论教学与专业领域的实际问题有机结合在一起，以提高学生的学习热情，达到更好的教学效果。

二、依托“中山大学极地”号开展“工程制图”教学的模式探索

为服务国家海洋强国战略，继“中山大学”号海洋综合科考实习船投入使用后，中山大学又倾力打造了“中山大学极地”号（以下简称极地号），如图1所示。极地号排水量5 852吨，长78.95米、宽17.22米、吃水深度8.16米，是我国高校首艘、国内第三艘具备极地科考能力的破冰船。极地号不仅是开展极地科学研究的创新平台，同时也是面向高校的极地公共科教平台。作为一艘典型的破冰船，极地号具有复杂的船体结构和大量的机械零部件，这为开展“工程制图”实践教学提供了极其丰富的素材库。为充分发挥极地号育人平台的作用，中山大学海洋工程与技术学院面向船舶与海洋工程专业的学生，有针对性地提出了依托极地号开展“工程制图”理论与实践相结合的教学模式探索。结合船舶与海洋工程专业的绘图需要，本次教学模式探索将教学分为船体制图和零件制图两部分进行。

（一）结合船体图样讲解制图基础的探索

船体图样是用来表达设计思想、进行技术交流和指导造船生产不可缺少的技术文件，包括总体图样、结构图样、舾装图样和工艺图样。其中总体图样又包括总布置图和型线图等，结构图样又包括结构节点图、典型横剖面图、基本结构图、肋骨型线图、外板展开图以及分段结构图等。作为“船舶与海洋工程”专业的学生，要想成为一名船舶工程师就必须能够读懂和绘制船体图样，要想读懂和绘制船体图样，就必须掌握工程制图的知识，这就为“工程制图”课程教学提出了明确的目标和应用场景。讲解船体图样能激发学生学习工程制图的积极性，学习工程制图可以进一步促进学生对船舶专业知识的学习，从而达到以用促学、学以致用的目的。

在教学实践中，首先为学生介绍极地号的基本情况，让学生对破冰船的结构特点及破冰原理有一个基本的认识，并介绍开发和利用极地对我国的重要意义，激励学生为祖国的极地和海洋事业而奋发学习。然后，通过讲解极地号的相关船体图纸，让学生系统性地了解船体图纸的种类及各自所包含的信息，明白制图在船舶设计与建造中发挥的关键作用，从而激发学生学习工程制图的热情。之后，结合极地号的船体图纸，讲解制图的基本知识及国家标准的相关规定：结合船体图纸介绍国家标准规定的图纸幅面和图框格式，通过讲解如何将巨大的船体画在一张小小的图纸上，介绍比例缩放的原理及常用的绘图比例；结合船体总布置图讲解国家标准对标题栏和明细栏格式的相关规定，详细剖析船体图纸中标题栏和明细栏所包含的信息；结合船体总布置图和型线图讲解三投影面体系和三视图，阐明主视图、左视图、俯视图之间的对应关系；结合中纵剖面图和各类甲板图讲解实线、虚线、点画线、双点划线、轨道线、波浪线、折断线、斜栅线等各类图线的用法，以及各种图形符号的含义；结合中横剖面图讲解尺寸标注的原则及相关规定。然后，在系统性地讲解了船体图样和工程制图基本知识的基础上，以极地号为例，让学生采用CAD软件绘制一幅完整的纵横剖面图，通过实践练习各种线型的绘制、比例尺的应用、尺寸标注、标题栏和明细栏的制作，强化对工程制图知识的理解。最后，组织学生登船参观，通过图纸与实船的对比，加深学生对二维船体图纸与三维船体结构之间对应关系的理解，进一步巩固所学的工程制图知识。

（二）结合机舱零部件讲解机械图样的探索

机舱作为船舶的“心脏”，为船舶航行提供动力保障。破冰船在冰区航行需要克服浮冰产生的阻力，对动力性能提出了更高的要求。极地号采用双螺旋桨推进系统，由4台2 800 kW的瓦锡兰发动机驱动，为其在冰区破冰前行提供了强有力的动力支撑。动力系统包含发动机、齿轮箱、螺旋桨等众多各式各样的零部件，加工制造这些零部件均需要绘制工程图样，这就为机械图样的教学和实践提供了丰富的素材。不同于船体图样表述的宏大船体结构，零部件的机械图样表达的是细致的结构形式，且涉及零件之间的装配，可以更全面地覆盖工程制图的知识。

在教学实践中，通过组织学生参观极地号的机舱，现场讲解船舶推进系统的原理和组成部分，强调机舱中众多零部件是协同工作的有机整体，一个零部件的损坏可能导致整个船舶推进系统的失效，每一个零部件的制作都需要用到机械图样，图样中任一细节的错误都会导致加工的零部件不合格，从而强化学生认真负责的学习和工作态度。然后，以推进系统中的齿轮箱为例讲解零部件机械图样的画法。齿轮箱作为发动机和螺旋桨之间的传动机构，由齿轮、轴承、箱体等众多零件组成，各个零件的几何特点和画图方法均不同，可以很好地涵盖机械图样的知识点。结合齿轮箱的轴承讲解剖视图、断面图和轴测图的画法及各自的特点；结合齿轮箱箱体上的螺纹紧固件，讲解螺纹的常用种类，以及牙型、基本直径、线数、导程和旋向等基本要素。通过螺纹绘图案例阐述内螺纹和外螺纹的简化画法及连接的画法，以及国家标准规定的螺纹标注方法，并结合实物讲解螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈等螺纹紧固件及连接装配图的规定画法；结合齿轮箱传动轴承，讲解轴承上的键和销的种类、标记及连接装配图的画法；结合齿轮箱的齿轮讲解齿轮的作用及分类，以及齿顶圆、齿根圆、分度圆、齿距、齿高、齿数、模数、压力角等概念，通过极地号齿轮箱中齿轮的绘图案例，讲解单个齿轮的简化画法以及多个齿轮啮合的画法；结合齿轮箱中的滚动轴承，介绍滚动轴承的结构和类型，详细讲解轴承的代号、标记和特征画法。在介绍了齿轮箱各个零件绘图方法的基础上，进一步讲解各个零件之间的组合形式和装配图的画法。强调各个零件要想精确地组装在一起，就必须控制加工制造的误差，从而引出极限和配合的概念，进而讲解尺寸偏差和公差的标注方法，以及间隙配合、过盈配合、过度配合的配合方式。通过强调齿轮传动效率的重要性，引出零件表面粗糙度的概念，进而讲解表面粗糙度的图形符号、代号及标注方法。最后，让学生利用分解的零件图绘制极地号齿轮箱的装配图，通过由整到零、再由零到整的过程，强化学生对零件图和装配图的理解，培养其解决实际工程问题的动手能力。

结语

针对目前“工程制图”教学中理论与专业学科联系不紧密的现象，本文面向船舶与海洋工程学科的学生，提出依托“中山大学极地”号开展“工程制图”教学的探索。结合极地号的船体图纸和机舱零部件图纸讲解工程制图的理论知识，通过组织学生登船参观并亲自绘制极地号的相关图纸，进一步增强学生对制图知识的理解和应用能力，提升学生的学习热情和解决实际问题的能力，充分发挥极地号育人平台的作用，促进高质量人才的培养。

参考文献

［1］ 徐海军，张雷，邹腾安，等.面向工程素质培养的工程制图新教法探索与实践［J］.机械设计，2018，35（S2）：185-188.

［2］ 卓丽云.基于OBE理念的机械类工程图学教学探讨［J］.机电技术，2021（4）：100-102，109.

［3］杨莉，郝育新，刘令涛.工程教育专业认证背景下《工程制图》课程教学改革研究［J］.图学学报，2018，39（4）：786-790.