王力 趙建平 費葉琦

[摘 要]文章在分析當前工程圖形學課程教學改革的基礎上提出從工程圖形學課程教學入手，打破傳統(tǒng)的課程教學章節(jié)的知識壁壘，以“產(chǎn)品生產(chǎn)過程”為主導思想，建立工程圖形學課程新的教學體系。課程教學體系包括優(yōu)化制圖基礎知識，加強拆裝與測繪環(huán)節(jié)教學，手工制圖與計算機繪圖、圖紙繪制與加工過程相融合，采用多層次、多環(huán)節(jié)的考核方式。課程教學體系實現(xiàn)專業(yè)知識的大融合，培養(yǎng)學生的工程應用意識，提高學生的工程應用能力。

[關鍵詞]工程圖形學;課程教學體系;工程應用;考核方式

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）08-0059-04

工程圖樣是按照規(guī)定的方法表達出機器或建筑物的形狀、大小、材料和技術要求來表達和交流技術思想的重要工具，是技術部門的一種重要技術文件。在現(xiàn)代工業(yè)中，設計、制造、安裝各種設備時都離不開工程圖樣，在使用、維修、檢測過程中也需要閱讀工程圖樣來了解其結構和性能。因此，每個工程技術人員都必須能夠繪制和閱讀工程圖樣。

工程圖形學課程是一門研究繪制和閱讀工程圖樣的原理和方法，培養(yǎng)學生的形象思維能力，既有系統(tǒng)理論又有較強實踐性的技術基礎課。其教學目標是培養(yǎng)學生閱讀與繪制工程圖樣的能力以及整體工程素質、形象思維和創(chuàng)新性思維能力，其重心不在于傳授知識，而在于培養(yǎng)和訓練獲得知識的思維方式及方法[1-2]。

傳統(tǒng)的工程圖形學課程是將實體模型、三維CAD技術及制圖測繪融入制圖課程教學過程中，使學生的制圖、讀圖能力得到提高。但長期的教學實踐表明，由于實踐環(huán)節(jié)課時較少，傳統(tǒng)的工程圖形學課程教學體系的建設思路只是停留在對教學方法、教學手段及教學模式的改變，理論教學與實踐教學之間也只是簡單的融合，各門課程的知識點仍然各自孤立，不夠重視學生工程應用意識的系統(tǒng)培養(yǎng)，缺少將工程圖樣與生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品設計、制造、檢驗等過程聯(lián)系起來的關鍵環(huán)節(jié)，造成工程圖紙缺少配合要求、形位公差要求、技術要求等內(nèi)容，學生秀而不實，這點在其機械設計基礎課程設計及畢業(yè)設計中表現(xiàn)得尤為突出。因此，需要將工程應用教學理念融入工程圖形學的教學過程中，以提高學生的工程素質。

一、工程圖形學課程教學改革現(xiàn)狀分析

多年來，在各高校制圖教研組的不斷改革和創(chuàng)新下，工程圖形學已形成特有的課程體系和教學規(guī)律。雖然教師在教學過程中積累了大量的教學經(jīng)驗，但是從學生和企業(yè)的調(diào)研反饋看，還是存在學生制圖讀圖能力差、對基本零件的表達方法不清楚、圖紙規(guī)范不夠、內(nèi)容不完整等一系列問題。隨著現(xiàn)代制造技術和計算機技術的聯(lián)合發(fā)展，相應的繪圖軟件諸如AutoCAD、Pro/E、UG等作為工程圖形學教學不可或缺的重要內(nèi)容，許多高校在引入CAD二維繪圖、三維建模來提高學生的邏輯思維能力和空間想象能力的教學改革方面做了大量的探索[3-5]。同時在教學內(nèi)容和教學體系上形成了以三維建模為主線的CG導入式教學模式，即在入學時先采用融入式教學，后期再采用獨立式的CAD教學，這樣既可保證手工繪圖學時的工作量，又可體現(xiàn)工程圖形學課程教學的連續(xù)性。

近年來，在圍繞應用型技術和技能型人才的培養(yǎng)目標來大力發(fā)展高等職業(yè)教育的背景下，興起了工程圖形學課程又一輪的教學改革熱潮。根據(jù)國家提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，部分高校根據(jù)專業(yè)建設的特點，將專業(yè)課程教學和工程圖形學課程相融合，并通過行業(yè)、企業(yè)和高校合作辦學，致力于提高學生的工程意識、工程素質和工程創(chuàng)新能力，取得了良好的效果[6-7]。基于強化制圖實踐教學的制圖課程教學體系改革層出不窮[8-9]，主要表現(xiàn)在將制圖與零部件測繪相結合、制圖與金工實習相結合，這樣能夠大大提高學生對制圖學習的興趣和積極性，也能提高學生繪圖、讀圖的能力。工作過程系統(tǒng)化的課程教學是高職教育的重要教學理念[10]，課程教學過程要打破原有學科知識模塊化構建體系，將課程教學各個知識點與實際工作崗位需求相結合，按照教學情境進行設計。教學情境是圍繞工程實際案例來設計的，突出培養(yǎng)學生的職業(yè)能力，體現(xiàn)知識點的整體性、連續(xù)性和實用性[11]。

與我國工程圖形學教育相比，國外制圖教育更注重工程應用能力的培養(yǎng)[12]。從知識點上比較，二者不存在本質的區(qū)別，但是在內(nèi)容的安排次序上卻存在比較大的差異。國內(nèi)的制圖教學注重重復訓練課程的重點和難點，偏重于投影理論，而國外的制圖教學把重點放在滿足工程應用需求上。作業(yè)主要以項目設計的綜合練習為主，其選擇范圍十分廣泛，這樣能大大提高學生的工程意識、工程應用能力。

隨著計算機技術的發(fā)展，未來的機械制圖將成為工程圖形學和計算機圖形學的集成，它將滿足從概念設計到數(shù)字化制造各個階段中工程信息模型的基本需要，不再是簡單學習工程圖樣的單一課程，而是將設計、制造、裝配和檢驗等多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)所需要的知識與能力集于一體的課程體系。

因為大多數(shù)高校將與工程圖形學相關的制圖課程開設在大一和大二階段，所以針對工程圖形學的教學改革研究主要停留在單一的課程教學改革或是二者之間的簡單融合，而到大三、大四階段，涉及設計、加工工藝和生產(chǎn)制造等方面的課程教學時，只是簡單地傳授專業(yè)知識，卻忽視了工程圖樣的重要性，導致學生的專業(yè)知識比較零碎，系統(tǒng)性不夠，而且缺乏工程應用意識。因此，如何培養(yǎng)學生的工程應用意識和工程應用能力是工程圖形學課程體系改革的首要任務。

針對以上現(xiàn)狀，課題組提出從工程圖形學課程教學開始，打破傳統(tǒng)的課程教學章節(jié)的知識壁壘，以“產(chǎn)品生產(chǎn)過程”為主導思想，引入工程應用實例，建立工程圖形學的課程體系，實現(xiàn)知識的大融合，以培養(yǎng)學生的工程應用意識和提高學生的工程應用能力。

二、重視培養(yǎng)工程應用意識的工程圖形學課程體系構建

工程圖形學課程是既具有工程實踐背景又與工程實際有密切關系的專業(yè)技術基礎課，而培養(yǎng)學生工程應用意識的最有效辦法是能夠讓學生熟悉工程實際中工程圖樣表達的正確性、合理性，并有機會親身體會完成工程圖樣的工藝性。因此，工程圖形學課程教學體系力求完成以下幾部分內(nèi)容：一是讓學生掌握工程圖形學基礎知識、投影規(guī)律和零件的表達方法，培養(yǎng)學生手工草圖及尺規(guī)繪圖的能力。二是讓學生掌握零部件拆裝與測繪的步驟和方法以及量具的使用方法，培養(yǎng)學生對機電產(chǎn)品的結構認知和零部件拆裝與測繪能力。三是讓學生掌握CAD/CAM技術，能夠運用軟件對零件進行設計、分析及模擬加工，培養(yǎng)學生的計算機輔助設計與制造能力。四是讓學生掌握普通機加工及快速成型技術的加工方法，完成零件的工藝性實現(xiàn)，培養(yǎng)學生的工程技術能力。基于上述幾部分內(nèi)容構建課程教學體系如圖1所示。

（一）優(yōu)化制圖基礎知識

工程圖形學課程現(xiàn)行的教材仍然按照傳統(tǒng)的教學思路編排，教學內(nèi)容較多，而且理論性較強，知識點比較零散，缺乏系統(tǒng)性，特別是制圖標準的基本規(guī)定部分。課程一開始，各種制圖標準、規(guī)定充斥著學生的大腦，讓初學者即刻產(chǎn)生厭倦或是恐懼心理，造成學生對此部分內(nèi)容重視不夠，基本功不夠扎實。由于課程教學前后時間跨度較大，因此到工程圖形學教學后期，學生的繪圖規(guī)范度、完整度嚴重缺失。此時，還需要對此部分內(nèi)容再重新提起，這就影響到教學進度和教學效率。因此，在課程教學學時不斷縮減的情況下，需要對知識點進行合理整合與優(yōu)化，即將制圖標準的基本規(guī)定部分融入后期教學環(huán)節(jié)中。

要將制圖基礎知識中的圖紙幅面和格式這部分內(nèi)容融入零件圖和裝配圖中，按照畫零件圖和裝配圖的過程，完成圖幅選擇、圖幅樣板制作及圖幅空間布局;尺寸標注的內(nèi)容，只強調(diào)尺寸標注的基本規(guī)則，而將尺寸標注的基本方法與組合體視圖及尺寸標注整合在一起，同時在講解過程中，結合階梯軸、軸承架、減速器箱體等實際案例，完成典型零件的尺寸標注。

點、線、面的投影規(guī)律是立體投影的基礎，此部分內(nèi)容將各種點、線、面均作了詳細介紹，而在實際應用中，重點的還是一些特殊的點、線、面的投影關系。因此，將此部分內(nèi)容直接與基本體投影整合，在基本體投影中講解特殊點、線、面的投影關系，使得學生更能容易理解點、線、面的投影關系;刪減換面法部分的內(nèi)容，重點強調(diào)直角三角形法的應用。截交線和相貫線是制圖教學內(nèi)容的重點和難點，也是學生理解難度較大、容易出錯的地方。在教學過程中，一是借助多媒體技術動畫演示截交線和相貫線的形成過程;二是借助三維CAD技術建立實體模型，并從實際案例中找到相關零件來展示截交線和相貫線的應用場合。

在手工制圖作業(yè)方面，要打破傳統(tǒng)的題海戰(zhàn)術，跳出制圖習題集的范圍，從工程實際中搜集一些案例，讓學生在課堂上學會產(chǎn)品結構的表達方法。以常見的三通水管為例，三通水管是由兩個內(nèi)部貫通的外圓柱體相貫而成，外圓柱不等徑，內(nèi)孔等徑相貫。學生在繪制其三視圖時，能夠想到圓柱體兩兩相貫的畫法（內(nèi)、外相貫），順利完成三通水管的三視圖，從而加深對相貫線的理解。

（二）加強零部件拆裝與測繪環(huán)節(jié)

手工繪圖環(huán)節(jié)著重培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和空間想象能力，讓學生具備一定的工程素質。但是在繪圖過程中，學生仍然缺乏產(chǎn)品設計的概念，對產(chǎn)品結構設計、公差要求、工藝結構等方面認識不夠，零部件拆裝與測繪環(huán)節(jié)不僅能夠讓學生充分理解機械結構，也有助于彌補以上的缺陷。

對制圖基礎知識進行優(yōu)化后，可以加強零部件拆裝與測繪環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)要做好三個方面的工作：一是讓學生掌握零部件拆裝與測繪的基本步驟和方法，可以通過多媒體動畫演示，同時結合實物講解，包括一級減速器、千斤頂、回轉工作臺等。二是讓學生掌握通用量具的使用方法，主要包括鋼直尺、卡鉗、游標卡尺及螺紋規(guī)等。三是引導學生分組完成動手實踐過程，不同的小組可以按照題目的難易程度分，也可以將不同層次的學生進行組合搭配，以達到如期完成工作任務的目的。在拆裝與測繪環(huán)節(jié)，學生自己動手拆、裝部件，測繪零件，查閱機械工程手冊，訓練學生觀察、動手和動腦的協(xié)調(diào)能力以及團隊精神和相互協(xié)作能力。

（三）將手工繪圖與計算機繪圖相結合

計算機繪圖的出現(xiàn)，使工程設計領域發(fā)生了質的飛躍，計算機繪圖工具具有快速、精確、易編輯、易線上溝通等特點，是手工繪圖無法比擬的[13]。計算機繪圖要求學生運用AutoCAD繪制單一、復雜的組合體三視圖、剖視圖、零件圖和裝配圖等，培養(yǎng)學生的繪圖能力。手工繪圖與計算機繪圖采用主線式教學模式[14]，即手工繪圖與計算機繪圖不脫節(jié)，制圖基礎知識學完一個章節(jié)就將所學知識用在手工繪圖和計算機繪圖中。這就激發(fā)了學生的學習興趣和積極性，提高了學生的繪圖能力。同時使學生切身體會到運用AutoCAD繪圖不僅僅是運用一組繪圖命令完成一個圖形，還能按照制圖標準規(guī)范完成一張工程圖紙，符合產(chǎn)品設計及加工要求，增強了學生的工程意識和專業(yè)素質。

（四）強調(diào)工程圖紙工藝性實現(xiàn)

金工實習是理工科高校開設的一門集中實踐環(huán)節(jié)課程，其教學目的是讓學生通過親身實踐了解產(chǎn)品加工的全過程，包括普通機加工、數(shù)控加工及特種加工等內(nèi)容，基本上是讓學生完成一個鐵錘的制作，作為實習的考核內(nèi)容，一般開設在大二下學期。學生在實習過程中表現(xiàn)出對大一所學的機械制圖基本功不夠扎實，工程圖紙的規(guī)范度和完整度均存在缺失現(xiàn)象，缺乏工程素質培養(yǎng)，從而導致零件工藝性實現(xiàn)艱難。所以在課程教學體系構建中，要將金工實習實踐環(huán)節(jié)與機械制圖課程相結合，打破傳統(tǒng)的單一的課程實踐過程。在講授零件圖和裝配圖的過程中，實施零件加工過程，完成產(chǎn)品從結構設計、工藝分析到生產(chǎn)制造全過程，真正培養(yǎng)學生的工程意識和工程素質。

金工實習課程對實驗場地、師資配置、時間安排及原材料要求都比較高，所以在具體實施過程中很難統(tǒng)一協(xié)調(diào)。近年來，隨著快速成型技術的發(fā)展，3D打印技術也得到充分發(fā)展。在課程教學體系中，可以將3D打印環(huán)節(jié)作為課程教學外實踐環(huán)節(jié)，在講授零件圖和裝配圖的過程中，學生完成零件圖和裝配圖手工繪圖后，可以利用三維設計軟件建立零件圖和裝配圖三維模型，在3D打印機上完成實體制作，體會快速成型技術的實現(xiàn)過程。在實施過程中，以3至5名學生為一個興趣小組，小組成員分別負責產(chǎn)品結構設計、圖紙繪制、三維模型建立、打印過程調(diào)試等，培養(yǎng)學生的工程意識和團隊精神。

三、過程實施及考核方式

新的課程教學內(nèi)容體系建立以后，應對傳統(tǒng)的教學實施計劃進行修訂。打破各個課程之間的界限，將實踐教學環(huán)節(jié)融入工程圖形學課程教學過程中，其實施計劃如表1所示。

考核的目的是評價學生對制圖知識與技術掌握的程度，同時也是對教學效果的評估。傳統(tǒng)的課程考試主要以最終考試成績?yōu)樵u定依據(jù)，注重結果，而忽略了過程。新的課程教學體系建立以后，在考核方式上應改變傳統(tǒng)的單一課程考核形式，建立多層次、多環(huán)節(jié)的考核體系，科學、合理地對學生進行綜合評價，既考核學生對專業(yè)知識的掌握程度，也考核學生的工作態(tài)度、團隊協(xié)作能力及工程素質能力。其具體實施過程包括：（1）工程圖形學專業(yè)基礎知識占40%，主要體現(xiàn)在習題集、課堂作業(yè)等，對學生作業(yè)提交和課堂回答問題的情況進行評價。（2）拆裝與測繪環(huán)節(jié)占20%，主要考核學生對拆裝步驟與方法的掌握程度及提交的圖紙質量。（3）計算機繪圖占20%，主要對學生提交AutoCAD文檔的正確性和圖紙的規(guī)范度進行評價。（4）金工實習與3D打印技術占20%，主要對學生所提交作品的完成度進行評價。