留學(xué)生機(jī)械制圖課中運(yùn)用CAD輔助教學(xué)方法初探

王懿　趙宏林　羅曉蘭

隨著我國(guó)高校國(guó)際化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，來華留學(xué)生的數(shù)量日漸增多，他們普遍存在語言交流不暢的問題。在機(jī)械制圖課程的教學(xué)過程中，如何根據(jù)留學(xué)生的實(shí)際情況采取靈活多變的圖形化教學(xué)方式，提高教學(xué)效果，顯得日益重要性和迫切。介紹了基于我校留學(xué)生的實(shí)際情況，在留學(xué)生機(jī)械制圖課中，引入CAD軟件輔助教學(xué)的原因及方法，提出了切實(shí)可行的操作流程。為未來留學(xué)生機(jī)械制圖類課程的教學(xué)改革，探索了一個(gè)新的提高教學(xué)效果的手段。

留學(xué)生教學(xué)CAD軟件機(jī)械制圖教學(xué)改革隨著我國(guó)高校國(guó)際化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，來華留學(xué)生作為重要橋梁，為我國(guó)高校加強(qiáng)國(guó)際合作交流起到重要作用。來華留學(xué)生的教育，由于教育對(duì)象的特殊性而存在較多問題。留學(xué)生不同于國(guó)內(nèi)學(xué)生，他們來自不同的國(guó)家和地區(qū)，社會(huì)制度、宗教信仰、文化背景、生活習(xí)俗、思維方式等均與我國(guó)學(xué)生不同。而他們?cè)谖覈?guó)留學(xué)期間，必須與國(guó)內(nèi)學(xué)生一樣完成基于我國(guó)國(guó)情制定的學(xué)習(xí)任務(wù)，這必然使得留學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中精神風(fēng)貌、思維方式和價(jià)值取向等與國(guó)內(nèi)學(xué)生不同。將留學(xué)生與國(guó)內(nèi)學(xué)生混合一起教學(xué)的模式，對(duì)留學(xué)生往往達(dá)不到預(yù)期的培養(yǎng)效果。因此，針對(duì)留學(xué)生群體的特殊性，要求我們?cè)诮虒W(xué)過程中根據(jù)留學(xué)生的實(shí)際情況采取靈活多變的教學(xué)方式，其中將留學(xué)生單獨(dú)開班授課是行之有效的一種方法。小班授課可以根據(jù)留學(xué)生跨國(guó)、跨文化的特殊性，以及留學(xué)生在各自國(guó)內(nèi)接受的教育基礎(chǔ)情況，制定針對(duì)他們的教學(xué)方法、培養(yǎng)模式和考核方式。并且小班授課可以使教師和留學(xué)生之間在課堂上有跟多的交流，及時(shí)了解留學(xué)生課堂學(xué)習(xí)情況；留學(xué)生也可以隨時(shí)提問，教師當(dāng)場(chǎng)給予解答。我校機(jī)械制圖教學(xué)團(tuán)隊(duì)自2012年起，針對(duì)留學(xué)生主要來自中、東亞等國(guó)的特點(diǎn)，在機(jī)械制圖課程中采用小班授課模式，并在不斷嘗試改進(jìn)幾何體實(shí)物模型演示、幻燈片多媒體教學(xué)等教學(xué)手段的同時(shí)，將CAD軟件輔助教學(xué)應(yīng)用于課堂實(shí)踐中，使學(xué)生更好地建立起各種復(fù)雜幾何形體的空間概念，提高了機(jī)械制圖課的教學(xué)的效果。

一、留學(xué)生機(jī)械制圖授課特點(diǎn)

我校目前在校留學(xué)生主要來自哈薩克斯坦、土庫曼斯坦、蘇丹、蒙古、沙特阿拉伯、伊朗等40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。留學(xué)生相對(duì)于國(guó)內(nèi)學(xué)生來說有以下特點(diǎn)：

1.漢語學(xué)習(xí)尚未完全過關(guān)

雖然留學(xué)生來我校后進(jìn)行了為期一年的漢語培訓(xùn)，但由于留學(xué)生母語與漢語的差異各異，各個(gè)國(guó)家留學(xué)生在來華漢語學(xué)習(xí)進(jìn)度上存在一定差異。因此，在授課過程中，有的留學(xué)生能說但是聽不懂，有的能看懂文字但是聽不懂。因此，在課堂講授重要知識(shí)點(diǎn)時(shí)，需要考慮留學(xué)生的困惑是對(duì)知識(shí)點(diǎn)的難以理解，還是對(duì)漢語意思的不理解。

2.留學(xué)生入學(xué)基礎(chǔ)不一

由于我校留學(xué)的本科生主要來自亞洲我國(guó)周邊地區(qū)和非洲地區(qū)各國(guó)，招生時(shí)只要求其在本國(guó)完成至少12年的基礎(chǔ)教育（相當(dāng)于中國(guó)的“高中”畢業(yè)），其入學(xué)資格考試相對(duì)于國(guó)內(nèi)學(xué)生千軍萬馬參加高考才能上重點(diǎn)大學(xué)來說相對(duì)容易。造成這些來自各個(gè)國(guó)家的留學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊，且與國(guó)內(nèi)學(xué)生有一定差距。

3.留學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差異較大

來我校留學(xué)的學(xué)生分為兩類，一類是拿到政府或企業(yè)的獎(jiǎng)學(xué)金資助來華留學(xué)，另一類是自費(fèi)留學(xué)。因此，這兩類留學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性上存在較大差異。獲得資助的留學(xué)生在經(jīng)濟(jì)上沒有太大壓力，而畢業(yè)回國(guó)后就業(yè)壓力也不大。造成了這些留學(xué)生學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性偏低，經(jīng)常遲到或曠課，在課堂上注意力不夠集中，課后不會(huì)找老師答疑。

我校需要為來華留學(xué)生開展機(jī)械制圖課程培養(yǎng)的專業(yè)為機(jī)械、儲(chǔ)運(yùn)和化工專業(yè)。這三個(gè)專業(yè)留學(xué)生總?cè)藬?shù)2012年為33人，2013年為54人，而同級(jí)相應(yīng)專業(yè)的國(guó)內(nèi)學(xué)生總?cè)藬?shù)在300人左右。以前留學(xué)生與國(guó)內(nèi)學(xué)生一起授課時(shí)，由于國(guó)內(nèi)學(xué)生的總體素質(zhì)略高于留學(xué)生，對(duì)于抽象空間想象的理解能力更強(qiáng)，課程學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性更高，對(duì)課堂講解基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的掌握也更牢固。因此，為保證課堂內(nèi)大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，無法對(duì)部分留學(xué)生難以理解的知識(shí)點(diǎn)反復(fù)詳細(xì)講解，從而使留學(xué)生由于跟不上課堂授課進(jìn)度而進(jìn)一步加深了厭學(xué)、懼學(xué)的情緒。從2012年起，專門針對(duì)留學(xué)生開設(shè)機(jī)械制圖課程小班課，如何根據(jù)教材特點(diǎn)和留學(xué)生實(shí)際情況，在機(jī)械制圖小班授課過程中運(yùn)用科學(xué)的教學(xué)方法和先進(jìn)的教學(xué)手段，從而探索出確實(shí)可行的提高留學(xué)生機(jī)械制圖教學(xué)效果的方法，是亟待解決的問題。

機(jī)械制圖是機(jī)械制造類等專業(yè)的一門理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生空間投影分析、二維圖形與三維圖形間相互轉(zhuǎn)換、手工繪圖和計(jì)算機(jī)繪圖的基本能力，提高學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作態(tài)度和作風(fēng)。最終達(dá)到使學(xué)生既能掌握工程設(shè)計(jì)繪圖基礎(chǔ)知識(shí)，又有熟練的繪圖和讀圖能力，還有敏捷的靈活思維和創(chuàng)新意識(shí)，能快速、準(zhǔn)確的繪制和閱讀較為復(fù)雜的機(jī)械圖樣。其中，空間想象和分析能力的培養(yǎng)作為教學(xué)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，需要學(xué)生在接受物體的二維或三維信息后，經(jīng)過聯(lián)想和判斷、想象和推理等思維活動(dòng)，確定物體在空間的位置和幾何形狀，為機(jī)械設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。作為大學(xué)新生，留學(xué)生對(duì)于機(jī)械制圖課程的主要困難在于空間想象能力的欠缺，而如平面與復(fù)雜曲面立體的截交線、組合體的相貫線等難以想象清楚的空間圖形，光靠老師在課堂上的講述是難以讓學(xué)生掌握清楚的。而教研室準(zhǔn)備的實(shí)體模型由于數(shù)量有限，且多為常規(guī)立體模型，難以滿足課堂靈活授課的要求。因此，在計(jì)算機(jī)迅速普及、工程制圖軟件飛速發(fā)展的背景下，充分挖掘多媒體教學(xué)的潛能顯得尤為重要。

二、CAD輔助教學(xué)方法

目前，機(jī)械制圖課堂上常用幾何體實(shí)物模型演示、幻燈片多媒體教學(xué)等教學(xué)手段來幫助學(xué)生理解。其中，幾何體實(shí)物模型演示可進(jìn)行直觀的形象化教學(xué)。通過多看這些實(shí)物模型來對(duì)模型進(jìn)行空間分析，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜截交及相貫問題的空間概念理解。但由于實(shí)物模型教具數(shù)量有限、攜帶不便，在講解某一知識(shí)點(diǎn)時(shí)難以通過大量的實(shí)物模型開展教學(xué)；并且實(shí)物模型教具的空間構(gòu)型固定，難以適應(yīng)結(jié)合學(xué)生課堂上實(shí)際理解情況靈活開展教學(xué)的目標(biāo)。而幻燈片多媒體教學(xué)雖然可以通過豐富的圖片激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)留學(xué)生對(duì)較復(fù)雜抽象的空間問題的理解，但在幻燈片二維圖片上難以將三維實(shí)體形狀最直觀的展現(xiàn)給學(xué)生。如何在教師用生動(dòng)、形象的語言描繪外，尋找充分利用現(xiàn)有多媒體教學(xué)工具的手段，是在留學(xué)生小班授課中需要解決的首要問題。

近年來，隨著CAD/CAM技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)繪圖軟件得到了廣泛應(yīng)用，其強(qiáng)大的二維繪圖和三維建模造型功能使立體實(shí)物的造型和變換及其與視圖轉(zhuǎn)變更加簡(jiǎn)便、快捷。在機(jī)械制圖課程之后的計(jì)算機(jī)輔助繪圖課程中，留學(xué)生將會(huì)接觸到AutoCAD此類計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件。那么是否可以在機(jī)械制圖課堂授課中提前引入CAD軟件來進(jìn)行輔助教學(xué)，一方面，可以通過CAD軟件三維繪圖能力使復(fù)雜的空間幾何形體問題形象化、具體化，以便留學(xué)生更好地建立起各種復(fù)雜幾何形體的空間概念，豐富對(duì)常見工程結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)，提高制圖課的教學(xué)的效果；另一方面，讓留學(xué)生提前接觸CAD軟件的使用方法及界面，提高后續(xù)課程計(jì)算機(jī)輔助繪圖的教學(xué)效果。CAD輔助教學(xué)具有以下優(yōu)勢(shì)：

1.圖形展示清晰易懂

對(duì)于復(fù)雜的組合體圖形，CAD軟件的三維圖與二維圖之間的轉(zhuǎn)換功能可揭示由二維圖形生成三維模型以及三維模型轉(zhuǎn)換為二維圖形的過程，從而將抽象的空間想象問題具體化、形象化，增加留學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)；對(duì)于復(fù)雜零件，CAD軟件的剖切、爆炸圖和運(yùn)動(dòng)仿真功能可方便留學(xué)生進(jìn)行零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和連接部位的觀察和分析，從而使教學(xué)內(nèi)容清晰明了，便于留學(xué)生熟悉和掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

2.圖形展示靈活多變

CAD軟件對(duì)于立體圖形可以快捷的利用各個(gè)視角進(jìn)行主視圖、俯視圖和左視圖的轉(zhuǎn)換，也可以通過旋轉(zhuǎn)從任意角度對(duì)立體進(jìn)行觀察。當(dāng)課堂上留學(xué)生提出疑問時(shí)，可根據(jù)其具體情況便捷的在CAD軟件中進(jìn)行展示，也可根據(jù)教學(xué)需要靈活的對(duì)三維模型進(jìn)行修改和新建，彌補(bǔ)了實(shí)物模型難以更改的不足。

3.圖形攜帶存儲(chǔ)便捷

采用CAD軟件建立的模型，可以作為電子文檔存儲(chǔ)在各類存儲(chǔ)介質(zhì)上，便于教師間的教學(xué)資源共享，且避免了實(shí)物模型因?yàn)樽陨眢w積和重量等原因造成的攜帶不便、課堂上使用類型和數(shù)量受限的缺點(diǎn)。既降低了教學(xué)成本，又能充分發(fā)揮多媒體教學(xué)設(shè)備的功能。

三、留學(xué)生小班CAD輔助教學(xué)課堂設(shè)計(jì)

如何及時(shí)把握留學(xué)生的文化、知識(shí)背景，結(jié)合留學(xué)生的實(shí)際情況開展有針對(duì)性的CAD輔助教學(xué)課堂設(shè)計(jì)，是留學(xué)生小班CAD輔助教學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵問題。結(jié)合本教研團(tuán)隊(duì)近年來在留學(xué)生機(jī)械制圖授課上的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)應(yīng)開展以下主要工作：

1.了解留學(xué)生的文化、知識(shí)背景

可與國(guó)際交流合作中心、教務(wù)處合作，采用問卷或網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的形式開展匿名調(diào)查。及時(shí)掌握留學(xué)生的文化特征、知識(shí)背景、興趣愛好、中文語言水平等相關(guān)信息。使教學(xué)的深度、廣度、進(jìn)度適合學(xué)生的知識(shí)水平和接受能力，同時(shí)考慮留學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)和個(gè)性差異，做到因材施教，將會(huì)取得更好的授課效果。同時(shí)，教師授課時(shí)可以根據(jù)留學(xué)生的接受能力適當(dāng)調(diào)整語速。

2.選擇合適的CAD軟件

目前，主流的CAD制圖軟件包括UG、Pro/E、Inventor、SolidWorks、CATIA、SolidEdge、AutoCAD等。隨著高性能微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD軟件性能也不斷得到提升。如何從種類繁多、各有千秋的CAD軟件中選擇一種合適留學(xué)生課堂輔助教學(xué)的軟件，便于首次接觸此類軟件的留學(xué)生快速理解和掌握，對(duì)于CAD輔助教學(xué)的順利開展具有關(guān)鍵作用，同時(shí)也要考慮授課老師對(duì)于該軟件的熟練程度，充分發(fā)揮CAD輔助教學(xué)快捷便利的優(yōu)勢(shì)。

3.制定合適的CAD輔助教學(xué)計(jì)劃

在機(jī)械制圖教學(xué)中，如何將實(shí)物模型演示、幻燈片演示和CAD軟件演示這三種教學(xué)方法結(jié)合，最大限度的利用多媒體教學(xué)優(yōu)勢(shì)，是制定教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)大綱需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。以截交線這一知識(shí)難點(diǎn)為例，如何空間想象出平面與復(fù)雜立體表面的截交線，并正確的投影到三個(gè)投影面上去，對(duì)于空間想象能力有限的學(xué)生來說就有點(diǎn)吃力了。如果在講述這些內(nèi)容的時(shí)候，運(yùn)用CAD軟件在課堂上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)建模（如圖1所示），并通過啟發(fā)式的教學(xué)方法，通過改變截切面的位置（如圖2所示），從而誘導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)聯(lián)想和思考截切面位置變化對(duì)截切形狀的影響，將會(huì)極大的提高教學(xué)效果。

4.增加課堂練習(xí)時(shí)間比例

課堂練習(xí)是加強(qiáng)和鞏固課堂講授知識(shí)的最有效的形式。針對(duì)留學(xué)生的小班授課由于可以加強(qiáng)課程內(nèi)容凝練，注重核心知識(shí)傳授，從而保證了有一定的課堂時(shí)間加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的練習(xí)。同時(shí)，為保證課堂練習(xí)對(duì)學(xué)生的約束力，可以在總成績(jī)構(gòu)成中提高平時(shí)成績(jī)的比例，平時(shí)成績(jī)由考勤、平時(shí)作業(yè)、平時(shí)測(cè)驗(yàn)、課堂表現(xiàn)等組成，平時(shí)測(cè)驗(yàn)的次數(shù)為每周一次，測(cè)驗(yàn)及講解測(cè)驗(yàn)試題占用課堂時(shí)間。學(xué)?？蔀閱为?dú)開課的留學(xué)生課堂配備助教，協(xié)助進(jìn)行測(cè)驗(yàn)、考勤及課后輔導(dǎo)等工作。

四、結(jié)論

CAD軟件操作簡(jiǎn)單方便，視圖展示靈活，截切、相貫等概念展示形象，裝配、拆卸過程清晰明了，在課堂上能快速地實(shí)現(xiàn)三維圖形和二維圖形的轉(zhuǎn)換，極大地提升了教學(xué)的直觀性和靈活性，激發(fā)了留學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有助于機(jī)械制圖課程教學(xué)的順利開展。

將CAD軟件引入留學(xué)生小班機(jī)械制圖課程當(dāng)中，將實(shí)物模型演示、幻燈片演示和CAD軟件演示這三種教學(xué)方法結(jié)合，最大限度地利用多媒體教學(xué)優(yōu)勢(shì)，能給留學(xué)生帶來耳目一新的感覺，提高了留學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，啟發(fā)了留學(xué)生空間想象能力的構(gòu)建，提高了課堂教學(xué)效果。

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本文系中國(guó)石油大學(xué)（北京）本科教改項(xiàng)目“CAD輔助教學(xué)在留學(xué)生制圖課中的應(yīng)用研究”。