中美工程制圖及CAD 系列課程及教育比較 ——以中國農(nóng)業(yè)大學和OSU 為例

張彥娥， Chulho Yang， 李 麗

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學信息電氣工程學院工程制圖與CAD 研究室，北京 100083； 2. Department of Mechanical Engineering, Oklahoma State University, Stillwater, 74078 USA）

中國教育改革30 年，但高等教育仍然存在著很多問題，工科教育嚴重脫離現(xiàn)行技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)象仍顯嚴重，應用研究人才的教育與西方同類院校距離很大。近些年社會各方均提出了培養(yǎng)創(chuàng) 新人才的問題。正確的改革方向是改革的重要內(nèi)容，客觀比較和深入分析國內(nèi)外的高等教育模式是探討正確方向的重要前提。美國的工科教育因其帶動美國的高速發(fā)展，受到世界性推崇[1-4]。研究中美教學差別，比較教學方法對于國內(nèi)同類課程的適應性，為實際調(diào)整教學計劃做更加具體，深入的研究在當前教育改革中具有很重要的意義。

中美高校的工程專業(yè)均有工程制圖與CAD系列課程的相應設(shè)置，該課程是公認的工科技術(shù)基礎(chǔ)課。中美教育模式不同，加之文化背景、現(xiàn)實社會條件和社會教育觀念都存在很大差別，課程組織和實施存在差異。通過不同文化條件下各種教學模式的比較，確定正確的調(diào)整方向是課程改革實施中比較重要的研究工作。

本文作者在中國農(nóng)業(yè)大學(CAU)具有20 多年的教學經(jīng)驗，在美國俄克拉荷馬州立大學(Oklahoma State University, OSU)作了10 個月的訪問學者，期間旁聽并參加助教了相應課程，對教學過程、組織、內(nèi)容、方法進行了比較分析。分別在中國農(nóng)業(yè)大學和OSU 做了學生問卷，對學生對課程興趣等方面問題進行了調(diào)查。

2 課程設(shè)置和內(nèi)容比較

本文所選取的兩個學校，均是以農(nóng)業(yè)工程為主體，間或發(fā)展其他工科專業(yè)的綜合院校。農(nóng)業(yè)工程是兩個學校共同的主要工科專業(yè)。但國內(nèi)的農(nóng)業(yè)工程專業(yè)劃歸在機械學科大類，而美國，農(nóng)業(yè)工程專業(yè)是從農(nóng)業(yè)學科中剝離出來的專業(yè)分支。由于教學管理和專業(yè)沿襲存在很大差異，工程制圖與CAD 課程設(shè)置在農(nóng)業(yè)工程專業(yè)差別較大，不宜類比。因此，選擇了相同的機械專業(yè)的工程制圖與CAD 課程進行比較。

系列課程涵蓋的主要理論知識及其應用的結(jié)構(gòu)關(guān)系，如圖1 所示。兩校該課程的基本內(nèi)容基本相同。

圖1 系列課程涵蓋的主要知識結(jié)構(gòu)

中國農(nóng)業(yè)大學的相應課程采用模塊化模式，分為投影理論、工程圖樣和繪圖實踐3 部分。如圖2 所示。

其中，“畫法幾何與技術(shù)制圖基礎(chǔ)”為理論模塊，48 講課學時。講解投影理論，以及國家標準關(guān)于工程圖樣表達規(guī)則為主。學生作業(yè)以手工繪圖小作業(yè)為主。每節(jié)課后有4-8 個題目?！皺C械制圖與CAD 基礎(chǔ)”為應用模塊，30 講課學時和18 實驗學時。介紹工程圖樣和相關(guān)工藝結(jié)構(gòu)，包括CAD 軟件的使用及簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計概念。包括零件圖和裝配圖。計算機設(shè)計軟件以AutoCAD為主。學生作業(yè)手工制圖和計算機繪圖并重。2-3個零件和4 個裝配體的典型練習?！皽y繪基礎(chǔ)與制圖實踐”為綜合模塊，兩周。以實驗和小組討論教學模式為主。對裝配體進行結(jié)構(gòu)測量和簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計。各個模塊強調(diào)知識的邏輯性和獨立性。

OSU 課程采用層次化模式，分為技術(shù)制圖和機械CAD 基礎(chǔ)兩個層次。如圖3 所示。

其中，“工程制圖”為基礎(chǔ)部分，48 講課和實驗學時，講課實驗時間各占一半。介紹投影基礎(chǔ)概念和方法，美國國家標準。應用AutoCAD軟件和草圖完成簡單圖樣繪制。每周1-2 個習題?！肮I(yè)CAD”為應用部分，48 講課和實驗學時，講課實驗時間各占一半。介紹工程詳圖中所用的表達方法，用SolidWorks 進行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計。重點在于應用基礎(chǔ)課程涉及的技術(shù)制圖內(nèi)容，表達具有一定工程含義的結(jié)構(gòu)裝配關(guān)系，并同時實踐三維參數(shù)化設(shè)計。每周1-2 個習題，一個課程大作業(yè)。

圖2 中國農(nóng)業(yè)大學的課程內(nèi)容體系

圖3 OSU 的課程內(nèi)容體系

從上述課程開設(shè)和內(nèi)容可以看出，從知識點上中美學校的不存在質(zhì)的差異。而是從內(nèi)容的安排次序上存在比較大的差異。作業(yè)安排上，體現(xiàn)對課程的目標要求略有不同。如表1 所示，列出了兩校內(nèi)容安排的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

表1 中美相應系列課程中的課后練習安排

表1 數(shù)據(jù)表明，CAU 的該課程中作業(yè)量明顯高于OSU 的同樣課程。

但從具體作業(yè)內(nèi)容上分析，CAU 的作業(yè)主要體現(xiàn)重復訓練課程重點和難點，重點在投影理論部分；而OSU 的作業(yè)只起到點明課程要點的作用，且要點設(shè)定在滿足工程應用上。這種作業(yè)特點具有一定普遍性，體現(xiàn)了兩國高等教育的教育宗旨不同和高等教育中對“學生是教育主體”認識上的差異。CAU 和OSU 的同類課程中均安排了項目設(shè)計的綜合練習，難度和作業(yè)量上，OSU 略高于CAU；題目的選擇范圍，OSU 大大廣于CAU。項目作業(yè)是中美高等教育中的重要不同點，是文化差異和教育認識差異的體現(xiàn)。

3 項目作業(yè)與教學觀念比較

中國人大多認為教育的主要功能是傳授知識，“老師講，學生聽”是天經(jīng)地義的形式。盡管近年來高等教育中已逐漸認識到學生才是學習的主體，但這種以教師為主體的教育形式仍然是一種主要存在模式[5]。

美國人認為大學是一種以成年人為對象，以職業(yè)為目的的教育。培養(yǎng)學生個性化的獨立工作技能是其主要方向。老師傳授知識只是大學課堂的一部分，而通過調(diào)動學生興趣而達到提高學生技術(shù)能力是大學主要作用。教師只是起到引領(lǐng)者的作用，學生才是主體。

CAU 和OSU 的同類課程中均安排了項目設(shè)計的綜合練習，但形式卻非常不同。

CAU 的設(shè)計選題是在調(diào)研了國內(nèi)多所高等院?；A(chǔ)上，經(jīng)過作業(yè)量分析后所確定的通用部件，如減速箱、齒輪泵或者安全閥等。題目相對固定，考慮了課程覆蓋面、后續(xù)課程銜接、典型結(jié)構(gòu)引入等具體問題。操作中，采用6-10 人一組，分組進行。工作內(nèi)容包括：機械拆裝、結(jié)構(gòu)分析、零部件測繪和圖紙繪制等。而OSU 的選題是變化的，由學生根據(jù)興趣自行確定。汽車、自行車、飛機、玩具等功能清楚的完整機械。3-5 人一組進行。工作內(nèi)容包括：功能分析、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計、三維造型和圖形繪制等。

從選題形式上看，中國學生自主性差，但知識完整訓練方面有所長；相比之下，美國學生的自主性好，但難度不統(tǒng)一，對教學組織和資源利用提出較高要求，對教學創(chuàng)新和能力培養(yǎng)有很大好處。

從工作內(nèi)容上看，國內(nèi)題目仍然是重點在于對知識的領(lǐng)會；而美國學校題目的重點放在了實用目標上，有較好的整體性。

就國內(nèi)教改方向面向培養(yǎng)創(chuàng)新能力的需求，相關(guān)內(nèi)容應做出適當調(diào)整。但因為國情不同，需注意以下3 點：

1） 美國從基礎(chǔ)教育開始，比較重視個性化培養(yǎng)。學生已經(jīng)具有了自我選擇的意識和觀念。物質(zhì)條件相對豐富，教學投入相對寬松。

2） 美國學校采用的是真正的積點學分制。學生年級相對較高，對設(shè)計已經(jīng)有一定基礎(chǔ)。美國學生普遍動手能力較強，工業(yè)常識相對豐富。

3） 中美管理方式不同，對教師評價體系、對學生的指導方式、課后時間占用等均存在差異。

4 問卷調(diào)查與教育文化比較

美國大學里組織教學的負責人是每位任課教師，即使是開同樣的課程，也是因教師不同而個性化的。這點與國內(nèi)差別極大。考試方式，學生水平評價均是由任課教師決定。所謂教學管理，只起到教學評估的作用。每個課程結(jié)束時有對任課教師的背對背答卷評價。問卷設(shè)計中除與國內(nèi)大體相當?shù)脑u價項目外，還有一項重要內(nèi)容是課程內(nèi)容的趣味性和實用性。

在美國的學校教育中，教育的趣味性被提到很高的位置。美國的教育觀點是，興趣產(chǎn)生求知欲，才能產(chǎn)生創(chuàng)造性[5]。

針對這一特點，作者設(shè)計了學生問卷，問卷中主要對課程趣味性進行了調(diào)查。同樣的問卷在兩所大學里的工程制圖基礎(chǔ)部分的課程結(jié)束時進行。問卷的統(tǒng)計結(jié)果如表2 所示。

表2 課程趣味性的問卷統(tǒng)計

可以看出，美國學生會認為課程有趣味性的比例明顯高于中國學生。

在問卷中，學生還對相應的問題做了主觀陳述。結(jié)果顯示，中國在評價課程是否有趣的時候，多是從難度、作業(yè)多少和教師的個人魅力上去考量；而美國學生多是從教學內(nèi)容本身和作業(yè)問題是否能調(diào)動學生興趣上直接回答。這點從另一個側(cè)面也反應出中美對教育的認識上存在較大差異。

創(chuàng)造性來源于興趣，很大程度上是受到肯定的。我國目前的教育形式?jīng)Q定了初等教育的現(xiàn)狀是很難在短期內(nèi)改變的，應試教育使得學生學習中很少考慮到自己是否對某課程的知識感興趣。這個問題在以提高創(chuàng)造性為方向的教育改革中，應該受到重視。為了提高創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，大學本科教育中應該逐漸調(diào)動學生的興趣，以提高學生的學習自主性。

5 結(jié) 論

中美兩所高校，具有相近的專業(yè)設(shè)置，并且開設(shè)了相應內(nèi)容的工程制圖與CAD 基礎(chǔ)的系列課程。作者對課程內(nèi)容與教學實踐進行了比較，并從學生問卷設(shè)計、課程中項目作業(yè)設(shè)計等方面的比較，對教育觀念進行了比較。得出以下結(jié)論：

中美對于工程制圖與CAD 基礎(chǔ)課程的內(nèi)容上差異不大；但課程的內(nèi)容安排和方式存在差異。教學的重點存在較大差異，中國的學校相應重視理論體系，而美國著眼于應用。 項目設(shè)計作業(yè)數(shù)量相同，內(nèi)容安排略有不同，但選題方式存在較大差異，體現(xiàn)了兩種教育觀念的差異。美國的教學組織從調(diào)動學生學習興趣入手，注意培養(yǎng)學生的學習主動性；而相應中國的大學教育中在培養(yǎng)興趣上，缺少長處。

為了使教學改革能夠向提高學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方向發(fā)展，未來的工程制圖和CAD 系列課程的改革，應在考慮中國國情的前提下，在趣味性和培養(yǎng)學生自主學習方面多做些研究工作和教學實踐。

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[3] Gereffi G, Wadhwa V, Rissing B, et al, Getting the numbers right: international engineering education in the united states, China, and India [J]. Journal of Engineering Education, 2008, (1): 13-25.

[4] Percuoco A. Making engineering education “Active” [J]. IEEE Transactions on Education, 1970, 13(4): 200-204.

[5] Daniel D P. Conceptions of self within china and the united states: contrasting foundations for adult education [J]. International Journal of Intercultural Relations, 1991, 15: 285-310.