惠學芹 劉道標 吳進 陳西府

摘 要： 文章以“卓越計劃”為引導，分析了工程圖學課程的教學現(xiàn)狀，對工程圖學課程的教學體系、教學內容、教學手段和考試方式等進行了改革與研究。

關鍵詞： 卓越計劃 工程圖學 教學改革

教育部啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”），其主要目標是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟社會發(fā)展需要的高質量的工程技術人才?！白吭接媱潯本哂腥齻€特點：一是企業(yè)的深度參與；二是按照企業(yè)標準培養(yǎng)人才；三是強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力，明確了我國工程教育改革發(fā)展的戰(zhàn)略重點[1]。

在工程教育背景下，以“卓越計劃”為引導，強化培養(yǎng)學生工程能力和創(chuàng)新能力的要求，其核心是對學生進行科學的思維訓練。工程圖學課程作為工科學生接觸的第一門專業(yè)技術基礎課，是工科院校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的重要基礎課程之一，課程的主要目的是在正投影理論的基礎上，借助圖形表達培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和工程素養(yǎng)?？紤]企業(yè)對工程人才的要求和我國當前高等教育實際，探索一套以創(chuàng)新思維與設計繪圖能力培養(yǎng)為核心、現(xiàn)代化教育技術為手段、有利于培養(yǎng)和提高學生工程素養(yǎng)及工程設計能力的行之有效的教學方法，使學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)行之有效。

一、教學現(xiàn)狀

工程圖學課程主要由制圖基礎、畫法幾何、機械圖樣、計算機繪圖和課程設計五個模塊組成，分兩個學期完成。工程圖學的教學處于傳統(tǒng)教學方法與現(xiàn)代教育手段深度結合期，多媒體課件的應用提高了課堂教學效率，但仍以傳授知識為主，忽略學生能力和素質的提高，課程體系、教學內容沒有與時俱進，與“卓越計劃”人才培養(yǎng)脫節(jié)。由于該課程實訓性很強，掌握制圖的基本知識和基本能力需要課后大量的作業(yè)訓練，學生在毫無工程背景、缺少工程實踐經驗的前提下，僅靠課堂教學難以掌握，學生實踐課程課時嚴重不足，缺乏必要的實踐性訓練，動手能力和工程素質的培養(yǎng)缺乏有效的途徑；對學生學習效果缺乏科學、合理的評價方式，目前我校仍以傳統(tǒng)的考試方式為主。教學體系是以表達二維投影圖為主，顯然該模式不利于培養(yǎng)學生的空間想象能力、設計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，與卓越工程師的培養(yǎng)目標不相吻合。

二、教學改革

1.教學內容的調整

（1）對畫法幾何部分、機械圖樣等內容的調整。

重新修訂《教學大綱》，調整制圖基礎及畫法幾何、機械圖樣的內容，削減畫法幾何中點、線、面的投影理論知識，所需內容可融入基本體中介紹，去除畫法幾何中在制圖部分應用極少或用計算機可方便求解的圖解法內容；適度降低截交線和相貫線的教學難度；軸測圖內容不必單獨成章，將其內容穿插到基本體、組合體及機件表達方法等章節(jié)中介紹，這樣更有利于學生借助軸測圖進行讀圖和繪圖；去掉在制圖部分應用較少的投影變章節(jié)，所需換面法的內容可在斜視圖、斜剖視圖中補充介紹。點、線、面的投影規(guī)律，基本體投影及其表面上取點、線，立體表面交線線、組合體作圖等則是制圖的基礎，這些內容是環(huán)環(huán)相扣、緊密聯(lián)系的，必須進行系統(tǒng)的講解，讓學生全面掌握。機件的表達方法及規(guī)定畫法、簡化畫法等必須讓學生熟練應用，尺寸和技術要求的標注必須從基礎知識部分就重點強調，直到零件圖和裝配圖都能規(guī)范地標注為止。

（2）對計算機繪圖內容的調整。

目前計算機繪圖的主要內容包括平面圖形的繪制、三維實體的形成及尺寸和技術要求的標注等。為了切實提高學生的計算機繪圖能力，安排大量的上機教學和練習時間。把制圖的理論知識部分穿插在上機教學中，如制圖的基本知識、國家標準介紹與AutoCAD繪圖界面放在一起介紹；點線面投影結合CAD的基本繪圖命令教學；截交線、相貫線、組合體等內容和基本三維實體形成、疊加式組合體和切割式組合體原理展示給學生；標準件和常用件與CAD的塊和屬性的操作相結合。這樣既可以減少理論課的學時，又有利于學生邊學邊練，在理解和掌握制圖的基本理論與技能的同時，培養(yǎng)學生較強的空間想象能力和動手能力。傳統(tǒng)畫法幾何及制圖基礎內容在減少的同時，增加三維設計內容，有利于培養(yǎng)學生的空間思維及動手的能力。

計算機繪圖雖已普及，但尺規(guī)作圖仍是學生掌握制圖規(guī)范、培養(yǎng)學生繪圖技能及空間思維能力的重要途徑；計算機繪圖技術是一種繪圖環(huán)境和工具，是圖板和丁字尺的發(fā)展和延伸。實踐證明，只有掌握制圖知識的人，才能更好地掌握和使用計算機繪圖；徒手圖具有快速、靈活、高效的特點，在機器測繪、方案討論、技術交流、現(xiàn)場記錄均要用到徒手圖，通過徒手繪制草圖的訓練，培養(yǎng)學生表達產品設計構思的能力；構形設計是一種淡化設計和工藝的專業(yè)性要求，只是把形狀構造出來，實現(xiàn)物體形狀的模擬或根據給定條件構造實體，這種創(chuàng)意構形、形體表達的過程，對于空間想象能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常有利[2]。因此，在教學內容中應有尺規(guī)作圖、計算機繪圖、徒手繪圖及構形設計四種繪圖能力的培養(yǎng)。

（3）對實踐教學環(huán)節(jié)的調整。

動手能力培養(yǎng)、工程素質培養(yǎng)是工程圖學課程的職責。學生在課堂上、書本里學到的理論知識，只有經過親身實踐、親力所為的動手操作，才能將所學知識轉化為實踐行為和能力。加強訓練是培養(yǎng)學生動手能力、工程素質的有力舉措[3]。工程圖學的教學的終極目標是培養(yǎng)學生繪制和閱讀工程圖樣的能力，為學生以后的研究設計和生產工作打好基礎。我們安排學生集中在兩周進行一級齒輪傳動減速器的測繪，在測繪過程中讓學生進行分組，通過對相關零件的觀察、分析，測繪并徒手畫出各零件草圖；用尺規(guī)畫出指定的零件圖；利用計算機繪圖軟件建立三維模型、虛擬裝配并分解成爆炸圖；利用CAD軟件繪制指定的零件圖；最后用尺規(guī)完成一張0號的減速器裝配圖并進行答辯。通過這樣的綜合實踐，改變過去以二維圖形為核心的實踐教學模式，不僅改進學生的設計思維方式，掌握先進的設計表達方法，而且增強學生的工程設計意識。

三、教學方法與教學手段的改革

隨著計算機技術的迅猛發(fā)展、3D打印機技術的出現(xiàn)和快速應用，通過學科知識交叉滲透發(fā)展工程圖學課程及如何圍繞以投影基礎為核心，針對培養(yǎng)學生思維能力和圖形表達能力的內容展開課程改革，是圖學教育者必須思考的問題[4]。

1.構建新的課程體系

畫法幾何、機械圖樣、計算機繪圖三個模塊在內容上循序漸進，既互相滲透又自成體系，應使它們有機結合起來。在理論教學中將形體分析法、線面分析法、構型分析法均作為學生畫圖、讀圖、進行工程設計訓練的基本方法，強化創(chuàng)造性構型能力的培養(yǎng)。在實踐教學中，注重尺規(guī)作圖、徒手作圖、計算機繪圖三種繪圖技能并重的培養(yǎng)模式，使學生具備準確、快速表達設計創(chuàng)意和理念的能力，從而完成教學目標由單純圖解、圖示向培養(yǎng)創(chuàng)造性構型能力方面的轉移。根據企業(yè)目前對人才的要求及“卓越計劃”的目標，工程圖學的改革應將以二維投影圖為核心的傳統(tǒng)教學模式轉變?yōu)橐詮呢熑我庾R、標準意識、制造過程知識、教學實踐環(huán)節(jié)等方面著手，對學生進行工程意識的啟蒙教育，在工程圖學教學過程中滲透工程意識的教學模式，建立以培養(yǎng)學生的工程設計能力、實踐能力及創(chuàng)新能力為主線的教學體系。

2.教學方法的改革

在課堂教學中，采用“啟發(fā)式”、“互動研討式”“案例式”等多種形式的教學，課前先梳理出每個章節(jié)的難點和重點，然后反復進行講授和引導。將單一的課堂教學擴展到課堂教學、學生自學、查閱資料、討論實踐等多種形式中，發(fā)散學生的思維，培養(yǎng)學生的求知欲。同時，引導學生利用AutoCAD中的三維功能，自己動手構造在截交線、相貫線、組合體練習中遇到的實體模型，再現(xiàn)畫法幾何和制圖作業(yè)中的空間情況。使學生在課內、課外實踐教學環(huán)節(jié)中，能融合課堂所學知識、學會查閱工程資料、鍛煉圖示表達能力和繪圖技能[5]。教師注重恰當增加工程實踐元素，將生產環(huán)境與工程圖學教學環(huán)境有機結合、有效銜接，將制圖知識與工程實際設計與制造有機結合，加深學生對課程知識的理解，使學生更快捷地學習和理解制圖課程的內容，提高教學質量。

3.教學手段的改革

（1）以多媒體教學為主，兼顧傳統(tǒng)的教學方式。

以多媒體技術為基礎的CAI課件教學具有圖、文、聲并茂的優(yōu)點，可明顯地提高教學效率。但由于其速度快，信息量大，留給學生思考的時間少，教學內容和教學次序相對固定，常常會使教師的主導地位被掩蓋，顯得程序化，還要借助傳統(tǒng)教學方式中的黑板板書、實體模型及三維設計為主線的教學方法等。板書能把教學內容與教師的教學方法和思維方式全面地展示出來，實體模型則讓學生感覺到所學的知識是看得見、摸得著的，非常直觀地體現(xiàn)原理和方法，三維形體具有較強的可視性，能準確地反映工程師的設計思想；直接利用零件模型數據進行虛擬裝配、生成相應的二維投影圖，從而增強學生的感性認識和加快對知識的理解。

（2）采用多元化的教學手段。

采用“啟發(fā)式”教學方法，教師應及時、靈活地使用黑板板書和教鞭，使教師的經驗得以展示，且?guī)熒乃季S同步互動，通過提問、啟發(fā)將教學內容引人課堂教學。教師在講解一定教學內容期間可以進行師生互動，還可以結合學生創(chuàng)新設計的內容，師生交流創(chuàng)新感想和研討創(chuàng)新問題，激發(fā)學生學習課程內容和進行課外創(chuàng)新。通過“學生示范講解”教學方法，一方面可以使學生起到示范輻射的作用，提高廣大學生學習的積極性，促進學生自學，激發(fā)學生興趣，使學生注意力更集中、穩(wěn)定和持久，思維更積極活躍，即有利于知識的獲取和知識的保持。另一方面教師能夠及時掌握學生課程學習水平，以便及時對學生補充指導[3]。通過“案例式”教學方法，將計算機繪圖的內容穿插到制圖基礎、畫法幾何、機械圖樣相應的章節(jié)，使學生更好地掌握工程圖學、計算機繪圖的知識。根據教學內容適時應用機械CAD/CAM軟件可以將產品的功能、設計、裝配仿真等內容生動地展現(xiàn)出來；可以對部分產品進行有限元分析、運動分析、數控模擬加工等后置處理。這種融合教學能使學生初步了解現(xiàn)代產品設計、制造的基本流程及所涉及的前沿技術，強化學生的工程意識，培養(yǎng)學生的工程素質。采用多元化教學手段表達傳授制圖知識和軟件應用，強調繼承傳統(tǒng)教學與二者有機結合、優(yōu)勢互補[5]。

4.加強師資隊伍建設

高等教育質量的提高關鍵在于教師素質的提高，大學教師在高等教育體系中起著主導作用，“卓越計劃”要求教師具有良好的工程實踐能力，不斷更新工程知識，教師要站在本學科的前沿，追蹤本學科的發(fā)展動向，保持教學內容和教學手段的“科學性”及“時效性”。為此，我校為“卓越計劃”的學生配備學校和企業(yè)“雙導師”，學校導師和企業(yè)導師分工協(xié)作，有機配合，共同為學生課內實踐、企業(yè)實習實踐和工程項目開發(fā)及科技創(chuàng)新等提供指導。充分發(fā)揮校內導師與企業(yè)導師的優(yōu)勢，促進學生學業(yè)規(guī)劃、工程項目研究、企業(yè)實踐的順利開展。組建復合型教學團隊，吸收專業(yè)課教師加入。實施圖學教師交叉授課，至少還要講授一門其他相關課程，或者參與相關的課程設計、機械創(chuàng)新大賽、專業(yè)實習和畢業(yè)設計指導等實踐教學工作，使學生在大一學習到的圖學知識，與大二、大三的課程設計、生產實習和大四的畢業(yè)設計等形成臺階，不間斷地逐層深入地學習圖學知識，互相滲透、有機結合、有效拓展和縱向延伸，形成臺階式教學模式，強化圖學與專業(yè)課之間的融合和縱向貫通。課程設計、生產實習、畢業(yè)設計等設計圖紙和答辯等教學環(huán)節(jié)必須有圖學教師參與指導、監(jiān)督、評定和答辯，從而使圖學分散在各個不同階段得以強化。

四、結語

以“卓越計劃”為目標的工程圖學的教學改革體現(xiàn)在教學內容、教學方法及教學手段等一系列方面，強調工程實踐能力和工程設計能力的培養(yǎng)，把實踐教學、工程案例融入理論教學的各知識點，不僅增強了學生的學習動力，而且對培養(yǎng)學生的讀圖能力、繪圖能力、構形能力、創(chuàng)新能力、工程意識和工程素質都有深遠的意義。通過改革工程圖學教學手段，提高了工程圖學課程的教學效率和教學質量，為學生后續(xù)課程學習、畢業(yè)設計和將來從事信息化制造業(yè)工作打下了基礎，進而有利于培養(yǎng)高素質的創(chuàng)新型和應用型人才。

參考文獻：

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[2]梁培生，朱波，吳巨龍，顧金鳳，等.工程制圖教學改革的研究和實踐.科技信息，2010（3）：188-189.

[3]伊鵬，劉衍聰，牛文杰，等.以工程意識教育為導向的工程圖學能力培養(yǎng)方法探析.工程圖學學報，2014（6）：935-940.

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[5]季陽萍.現(xiàn)代圖學教育亟待解決的兩個傾向問題.黃河水利職業(yè)技術學院學報，2014（4）：83-85.

[6]高征兵，秦永法，等.基于“卓越計劃”的工程圖學課程改革.裝備制造技術，2014（9）：283-285.

教改項目編號：2015JSJG264

2015年江蘇省高等教育教改項目“面向先進制造業(yè)應用型高級工程人才培養(yǎng)的校企協(xié)同育人機制研究”