改革工程圖學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和方法的探索

汪 敏

汪敏/南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院助教，碩士（江蘇南京210089）。

圖樣不但是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要技術(shù)文件，而且是進(jìn)行技術(shù)交流的重要工具，是每個工程技術(shù)人員必須掌握的“工程界的語言”[1]。工程圖學(xué)作為工科院校機械類專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生徒手繪圖、尺規(guī)繪圖、計算機繪圖，閱讀機械圖樣的能力以及對物體的三維形狀的空間邏輯思維能力和形象思維能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及學(xué)生日后從事工程設(shè)計工作打下堅實的基礎(chǔ)。

一、傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和方法改革的必要性

工程圖學(xué)是一門理論性和實踐性都很強的課程，主要培養(yǎng)學(xué)生繪圖、看圖能力，要求學(xué)生具有良好的空間想象力和空間分析能力。在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生從平面擴展到空間，再從空間回歸到平面的過程。這種抽象的思維過程教師難教，學(xué)生也難學(xué)。另外，隨著近年來大學(xué)人數(shù)不斷增加，新的課程不斷出現(xiàn)，工程圖學(xué)課時量減少，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方法已不能滿足社會的要求，問題主要表現(xiàn)在以下方面：第一，直觀性差。教師教學(xué)中常采用板書、掛圖、模型等手段，模型小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并不是每位學(xué)生都能仔細(xì)觀察到，而掛圖是平面的，線型比較多，學(xué)生很難建立空間概念。很多圖形需要教師靠語言描述，直觀性差，學(xué)生興趣不強，增加授課難度。第二，理論性強，課程間缺乏有效整合。課程內(nèi)容理論性偏多，重視知識點的詳細(xì)講解，缺乏實際設(shè)計實例詳細(xì)探討，在課程設(shè)置上，作為技術(shù)基礎(chǔ)課，內(nèi)容多且具有一定專業(yè)性，學(xué)生很難較好理解和掌握。第三，學(xué)生動手和創(chuàng)新能力不強。傳統(tǒng)課堂教學(xué)主要老師講、學(xué)生聽，學(xué)生缺乏對繪圖的深刻認(rèn)識和全面理解，缺少鍛煉的機會，綜合設(shè)計能力差。因此，迫切需要改變傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，從全方位角度出發(fā)對工程圖學(xué)課程進(jìn)行改革。

二、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革探索

1.整合課程群。工程圖學(xué)的授課對象主要面向大一新生。他們剛?cè)胄＃瑢C械產(chǎn)品的設(shè)計和制造過程缺乏直觀的感受，對機械零件的結(jié)構(gòu)、加工工藝、技術(shù)要求等更是一無所知。因此，在教學(xué)過程中，直接灌輸大量的理論知識效果不大，也很難提起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的特點，并借鑒一些高校的方法，我們將工程圖學(xué)課程劃分為兩部分，在課程編排上進(jìn)行整合（見表1）。在第一學(xué)年上學(xué)期學(xué)習(xí)畫法幾何及工程制圖基礎(chǔ)，即制圖的國家標(biāo)準(zhǔn)、基本繪圖方法、三視圖畫法、軸測圖畫法、機件形狀的基本表示方法。下學(xué)期進(jìn)行金工實習(xí)課程實踐，了解零件加工的主要方法和典型零件的加工工藝，知道主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)、操作以及刀具、量具等工具的使用，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。第二學(xué)年上學(xué)期學(xué)習(xí)金屬工藝學(xué)、極限公差與配合、機械制圖內(nèi)容。機械制圖內(nèi)容包含零件圖、常用標(biāo)準(zhǔn)件和齒輪、彈簧的表示法以及裝配圖畫法，有了前面理論和實踐的鋪墊，與本學(xué)期課程的相互聯(lián)系，學(xué)生對課程的認(rèn)識會更深入。這樣，專業(yè)內(nèi)多門課程合理安排，知識點有個循序漸進(jìn)的積累過程，并有其他課程為其鋪墊，學(xué)生更容易理解和聯(lián)系。

表1 工程圖學(xué)課程劃分

2.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。教材的好壞直接影響教學(xué)的質(zhì)量。國內(nèi)教材特點是內(nèi)容詳細(xì)，理論性、概念性內(nèi)容偏多，實際應(yīng)用和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性的內(nèi)容偏少。國外的一些優(yōu)秀教材的典型特點是內(nèi)容新，學(xué)術(shù)水平高，比較注重應(yīng)用性、廣泛性和時代性，重視將制圖課程與機械加工、機械設(shè)計等融合起來[2]。吸收國外教材的優(yōu)點，在課程內(nèi)容安排上，我們降低部分理論知識的要求，增加徒手繪圖及綜合設(shè)計實例的講解。比如，截交線和相貫線這部分內(nèi)容是傳統(tǒng)工程制圖課程學(xué)習(xí)的一個重點和難點，往往會花較多的學(xué)時來講解這部分內(nèi)容。但從教學(xué)效果來看，學(xué)生普遍反映很難真正理解和掌握，并且實用性不強。因此，減少這部分內(nèi)容教學(xué)課時量，讓學(xué)生把更多精力用在創(chuàng)新或?qū)嵱玫膬?nèi)容上。增加徒手繪圖的講解，徒手繪圖是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)人員構(gòu)思設(shè)計所必備的一種能力。隨著計算機輔助設(shè)計繪圖技術(shù)的日益普及和完善，尺規(guī)作圖將逐漸被計算機繪圖取代，徒手繪圖的方法和技能將顯得更加重要。雖然我國的高校教學(xué)也比較注重學(xué)生這方面能力的培養(yǎng)，但所占的學(xué)時比重仍不夠大，對學(xué)生這方面技能的訓(xùn)練也不夠。同時增加綜合設(shè)計實例的講解，將零件圖和裝配圖與具體機械設(shè)計案例聯(lián)系起來講解，讓學(xué)生體會到零部件的原理、功能、結(jié)構(gòu)特點以及加工工藝等，而不是簡單的作圖目的[3]。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，不僅把知識裝進(jìn)學(xué)生頭腦中，更要引導(dǎo)學(xué)生會分析和思考問題。新教學(xué)內(nèi)容的安排更符合學(xué)生學(xué)習(xí)特點和綜合技能的培養(yǎng)，有助于教學(xué)質(zhì)量的提高。各學(xué)校也可以根據(jù)本校的特點，編寫適合的工程圖學(xué)課程講義，便于更好開展教學(xué)工作。

3.增加實驗教學(xué)。工程圖學(xué)是實踐性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課，光靠知識講解而缺乏練習(xí)是很難學(xué)好的。以往教學(xué)是在知識點講解后通過大量作業(yè)來鞏固知識，但從練習(xí)效果來看，往往不盡如人意。有些學(xué)生并沒有真正用心去完成作業(yè)，還有些學(xué)生空間想象能力不強，無論再努力、做再多練習(xí)，成效依舊不大?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)，單靠書本練習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而要在實踐中逐漸培養(yǎng)這些能力。我們在每章內(nèi)容講解后，安排相應(yīng)的實驗課程。難度由淺入深，先以日常生活常接觸的實物或?qū)嶋H零部件為模型讓學(xué)生去觀察，比如課桌、手機、空調(diào)。日常的實物是學(xué)生熟悉的，也便于觀察，將它們作為實驗內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生興趣，然后測量，徒手繪制草圖。再逐漸增加難度，畫一些復(fù)雜零件的三視圖、剖視圖。實驗中穿插一些自行設(shè)計的內(nèi)容，讓學(xué)生分組自行設(shè)計簡單的具有一定功用的零部件，發(fā)揮學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。裝配圖實驗部分可以做一級齒輪減速器拆裝實驗，了解減速器的功能，通過動手拆裝，拆開后觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)由哪些零件組成，弄清楚每個零部件的工作原理，測量各個零件尺寸，并徒手繪制零件圖和裝配圖。在課程結(jié)束時，要求學(xué)生完成一個實際的設(shè)計項目，綜合考慮選材、原理、功能、配合要求等。通過實驗教學(xué)，大大激發(fā)了學(xué)生興趣，鞏固了知識，增強了學(xué)生的實際動手能力。

4.強化三維繪圖能力。傳統(tǒng)工程圖學(xué)的教學(xué)常常采用黑板、模型、幻燈片等方式，不斷由物畫圖，再由圖想物，反復(fù)練習(xí)，逐步培養(yǎng)空間想象能力。講解中，教師很難形象地表現(xiàn)出空間立體結(jié)構(gòu)、零部件裝配及拆卸的動態(tài)過程，枯燥的描述講解使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣[4]。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，許多高校在教學(xué)中采用PPT和AUTOCAD繪圖相結(jié)合教學(xué)。但無論是尺規(guī)作圖還是AUTOCAD作圖，都是二維視圖表達(dá)形式。繪圖者思維方式是設(shè)計者先在頭腦中想象立體圖再用二維視圖表達(dá)出來，而讀圖者根據(jù)二維圖形在頭腦中想象并構(gòu)建出空間實體結(jié)構(gòu)。在此過程中都經(jīng)過一個中間環(huán)節(jié)，并對繪圖和讀圖者都提出較高的要求。相比較而言，三維視圖更符合人們讀圖習(xí)慣，它直觀地將頭腦中的三維圖像快速表達(dá)出來，學(xué)生更容易看懂。并且，現(xiàn)在越來越多企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)計中應(yīng)用三維軟件，比如：UG，Pro/E，SolidWorks。由于三維軟件能直接進(jìn)行三維建模，形象生動地展現(xiàn)出產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)，可以和其他軟件結(jié)合對產(chǎn)品綜合性能進(jìn)行分析，并且，三維軟件能自動生成二維圖形方便用于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，因此，三維軟件在今后生產(chǎn)實際中逐漸占據(jù)重要地位。在教學(xué)中，要增加三維軟件的教學(xué)，強化學(xué)生的繪圖技能，同時注重將圖型構(gòu)型設(shè)計與計算機繪圖相融合[5]。改變單純地只教學(xué)生畫圖和讀圖、輕實踐的不足之處，將“畫”和“讀”提升到機械設(shè)計的層面，表現(xiàn)其原理、方法和圖形設(shè)計思想。

5.采用CAI課件教學(xué)。CAI課件是綜合WORD、PPT、投影儀、錄影機以及SWF動畫手段的一體計算機輔助系統(tǒng)教學(xué)課件。工程圖學(xué)課程教學(xué)中涉及大量的圖形表達(dá)，注重學(xué)生空間能力的培養(yǎng)。多媒體技術(shù)作為一門新技術(shù)，它是把文本、圖形、圖像、動畫、視頻圖像、聲音等多種運載信息的媒體結(jié)合一起，通過計算機進(jìn)行綜合處理和控制，將多媒體的各個要素進(jìn)行有機的結(jié)合，完成一系列隨機交互操作的信息技術(shù)。它的優(yōu)點正好滿足工程圖學(xué)課程的教學(xué)需要。這種課件配有動畫、解說，形象生動，可以隨時暫停，詳細(xì)解說，很好地控制講課進(jìn)度，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。課件制作首先應(yīng)用先進(jìn)的視頻、三維動畫設(shè)計、平面圖形繪制、圖像處理等技術(shù)，進(jìn)行大量素材制作，然后在Authorware多媒體集成平臺上進(jìn)行課件集成。整個課件制作需要花費較長時間，剛開始階段可以先借鑒部分網(wǎng)絡(luò)上的CAI課件，再逐步完善，形成自己的CAI教學(xué)體系。

6.輔助手段。網(wǎng)絡(luò)在生活中逐漸扮演重要角色，越來越多的教師將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在教學(xué)中，成為課堂教學(xué)的有效補充。課堂教學(xué)的時間和信息量有限，而網(wǎng)絡(luò)具有信息儲存量大、互動性強、時效性強的特點，有利于學(xué)生及時回顧和鞏固知識[6]。建立工程圖學(xué)教學(xué)輔導(dǎo)網(wǎng)站，將教學(xué)大綱、電子教案、電子習(xí)題、實驗指導(dǎo)等資料放在網(wǎng)上，讓學(xué)生能方便下載，提高教學(xué)效果。減少尺規(guī)作圖作業(yè)量，減少學(xué)生不必要的課業(yè)負(fù)擔(dān)。對課程考核方式采用筆試、平時作業(yè)、實驗和設(shè)計綜合的評價方式。降低筆試成績比重，增大實驗和設(shè)計項目成績比重，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和提高學(xué)生的動手能力。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及社會對高層次創(chuàng)新型人才需求的日益增多，作為機械類的重要基礎(chǔ)課程，現(xiàn)代工程圖學(xué)的教育肩負(fù)的任務(wù)越來越重。教育方式要順應(yīng)時代的腳步，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的教學(xué)方法，與我國實際相結(jié)合，在有限的課時里首先保證教學(xué)質(zhì)量，同時著力培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出更多社會需求的合格人才。

[1]唐克中，朱同鈞.畫法幾何及工程制圖[M].北京：高等教育出版社，2009

[2]焦永和.從教材看國內(nèi)外工程圖學(xué)教學(xué)理念的差異[EB/OL].http://www.lib.scut.edu.cn/scutwgjc/wgjczl/wj_01.htm

[3]舒宏，胡清泥，高菲.中日機械制圖教材的比較及對教學(xué)改革的啟示[J].工程圖學(xué)學(xué)報，2010，（4）：166-171

[4]張梅林.工程圖學(xué)教學(xué)的幾點思考[J].東華大學(xué)學(xué)報，2010，36（4）

[5]靳萍，彭正洪.基于工程圖學(xué)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索，2009，（11）

[6]江洪，張培耘，吳巨龍.美國工程圖學(xué)教材對我國圖學(xué)教育和精品課程建設(shè)的啟示[J].工程圖學(xué)學(xué)報，2006，（6）