機(jī)械制圖三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式的探索

楊 薇，張京英，張 輝，佟獻(xiàn)英

（北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081）

機(jī)械制圖課程是機(jī)械類本科生在進(jìn)入大學(xué)后，接觸到的第一門與中學(xué)課程區(qū)別極大的課程，也是工科學(xué)生接受工程意識訓(xùn)練的首門課程，是學(xué)生以后專業(yè)學(xué)習(xí)和從事機(jī)械工程領(lǐng)域工程技術(shù)工作的基礎(chǔ)課程。

機(jī)械制圖課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和分析、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)表達(dá)能力，拓展學(xué)生創(chuàng)新性思維空間。因此，機(jī)械制圖教學(xué)要把重點(diǎn)放在學(xué)生畫圖和讀圖能力的實(shí)踐訓(xùn)練上。如何更好地深化教學(xué)內(nèi)容和方法的改革，提升教學(xué)質(zhì)量，如何貫徹“面向工程、寬基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重應(yīng)用”的卓越工程師培養(yǎng)方針，成為我校機(jī)械制圖課程組深化教改工作的重要而緊迫的課題。

1 目前機(jī)械制圖實(shí)踐教學(xué)中存在的問題

近年來, 隨著教育教學(xué)改革的不斷深入，盡管在教學(xué)內(nèi)容的整合和教學(xué)方法手段的優(yōu)化方面做了很多工作，但學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力還是相對較低。在機(jī)械制圖實(shí)踐教學(xué)中存在一些需要深入細(xì)致研究的問題，主要表現(xiàn)在3個方面：

（1）從課堂教學(xué)來說，先進(jìn)的多媒體課件已經(jīng)基本取代了過去傳統(tǒng)的手寫板書，課堂教學(xué)變得形象、生動及信息量大。但基于多媒體課件的發(fā)展現(xiàn)狀，完全摒棄在黑板上畫圖，僅依靠多媒體教學(xué)，某些細(xì)節(jié)的教學(xué)效果并沒有預(yù)期的那么好。

（2）從CAD軟件教學(xué)來看，由于實(shí)踐環(huán)節(jié)少，學(xué)生熟練應(yīng)用CAD軟件的能力較差，CAD軟件與制圖課程的整合，沒有達(dá)到應(yīng)有的效果。

（3）從課程安排來看，機(jī)械制圖綜合測繪的內(nèi)容和形式多年不變，不同專業(yè)的學(xué)生測繪的產(chǎn)品基本一樣，并且測繪要求與實(shí)際設(shè)計(jì)流程脫節(jié)。

2 三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式

針對以上問題，我們提出三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式，在教學(xué)方法和手段、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系上進(jìn)行了改革嘗試。

2.1 課堂教學(xué)中教師的示范實(shí)踐與多媒體課件相互配合

機(jī)械制圖課程由畫法幾何與機(jī)械制圖兩部分組成。畫法幾何是機(jī)械制圖的投影理論基礎(chǔ)，掌握投影理論是學(xué)好制圖的先決條件。學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時，一定要注重反復(fù)實(shí)踐和思維的訓(xùn)練。面對授課對象是深受應(yīng)試教育影響的大一新生，他們習(xí)慣了傳統(tǒng)的理論教學(xué)，很少與生產(chǎn)實(shí)際接觸，因此缺乏動手實(shí)踐的意識和能力。課堂上，雖然多媒體課件能夠形象、生動地講解投影理論及作圖方法，但是學(xué)生在自己動手作圖時，總覺得茫然，沒有順序概念。更有部分學(xué)生，投影規(guī)律倒背如流，可一到自己作圖，就不知道如何應(yīng)用，甚至于在后來所畫零件圖中連基本的投影對應(yīng)關(guān)系都得不到保證。經(jīng)過對比分析，發(fā)現(xiàn)以前應(yīng)用傳統(tǒng)的板書教學(xué)時，學(xué)生的動手能力還是相對比較強(qiáng)的，原因在于學(xué)生在課堂上除了獲取理論知識以外，更觀摩到了老師一筆一畫地示范演示，課后做作業(yè)時能夠比較容易地“模仿”老師。而相比板書教學(xué)，現(xiàn)在的CAI課件，速度快得多，學(xué)生就像看電影，只注重結(jié)果，而容易忽略過程。因此，考慮到學(xué)生初次接觸實(shí)踐性很強(qiáng)的畫法幾何知識，注意掌控課堂的節(jié)奏，適當(dāng)加入板書作圖，以身示范，引領(lǐng)學(xué)生樂于和易于自己動手畫圖。

機(jī)械制圖部分重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生繪圖和閱讀機(jī)械圖樣的能力，更需要精心安排多種教學(xué)手段，來提升學(xué)生的工程意識。長期以來，空間想象能力和缺乏機(jī)械加工實(shí)踐體驗(yàn)一直制約著學(xué)生對實(shí)際機(jī)械產(chǎn)品投影圖形的理解，是機(jī)械制圖教學(xué)環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，多媒體課件能夠很好地解決這兩個問題。如多視角展示復(fù)雜零件的三維模型，對學(xué)生提升空間想象力和讀圖能力起到很好的輔助作用。在講授零件合理結(jié)構(gòu)時，引入各種機(jī)械加工視頻，不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，使授課內(nèi)容有聲有色，而且開闊了學(xué)生的眼界和思路，使學(xué)生對書本知識有了深刻的理解，培養(yǎng)了工程分析的能力。在講授CAD軟件繪圖操作時，教師從頭到尾地完成一個具體實(shí)例的每一步操作，學(xué)生觀摩到完整的示范過程，將會事半功倍的開始他自己的作業(yè)練習(xí)。因此，將教師的示范實(shí)踐與多媒體課件很好地結(jié)合使用，能在細(xì)致入微之處提升對學(xué)生動手實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使課堂教學(xué)效果更上一層樓。

2.2 CAD軟件與課程內(nèi)容緊密融合

我國從“十一五”開始推行制造業(yè)信息化工程，實(shí)施工業(yè)化和信息化融合，經(jīng)過多年的努力，已初見成效，目前大部分機(jī)械制造企業(yè)采用CAD進(jìn)行數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。鄔賀銓院士認(rèn)為，兩化融合首先應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化教育體制，尤其是大學(xué)教育對人才的培養(yǎng)，要從應(yīng)試教育轉(zhuǎn)為素質(zhì)教育，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)行學(xué)科交叉，開闊學(xué)生思維，真正激發(fā)學(xué)生的探索創(chuàng)新積極性，培養(yǎng)出大批時代急需的復(fù)合型人才。因此，將CAD技術(shù)引入制圖課程是大勢所趨。目前國內(nèi)多數(shù)制圖教材將CAD技術(shù)作為一個章節(jié)加以介紹，約占全書內(nèi)容的十分之一[1]。但如何開展CAD內(nèi)容的教學(xué)，是多年來不斷爭論的一個話題。經(jīng)過調(diào)研國外高校和國內(nèi)名牌大學(xué)，我校設(shè)計(jì)的教學(xué)方案是：以項(xiàng)目式目標(biāo)驅(qū)動，使CAD作為工具，為制圖課程內(nèi)容服務(wù)，達(dá)到CAD與傳統(tǒng)制圖的完全融合，采用課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式。具體方案是分階段講授CAD基本操作，在機(jī)房人手一臺電腦，邊講邊練。課外作業(yè)是以小組形式分別完成不同油泵的所有零件二維圖、三維造型、裝配造型、創(chuàng)建部分工程圖和表達(dá)視圖。在講標(biāo)準(zhǔn)件和常用件時，教授AutoCAD的使用，作業(yè)為繪制螺紋緊固件連接圖和齒輪嚙合圖；講零件圖時，教授Inventor軟件的造型功能和生成工程圖；講裝配圖時，教授Inventor軟件的裝配功能和創(chuàng)建表達(dá)視圖。項(xiàng)目中期進(jìn)行檢查答辯，監(jiān)督各小組進(jìn)展情況。項(xiàng)目結(jié)束提交各種電子文檔和PPT結(jié)題報(bào)告。在8周時間里，以項(xiàng)目為目標(biāo)驅(qū)動，學(xué)生學(xué)會使用兩種CAD軟件，邊學(xué)邊實(shí)踐的教學(xué)模式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際操作能力。隨著實(shí)踐項(xiàng)目的不斷推進(jìn)，學(xué)生獲得極大的成就感，對自己動手畫圖不再產(chǎn)生畏難情緒，一部分學(xué)生甚至癡迷于制圖課。

2.3 綜合測繪與專業(yè)以及數(shù)字化設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合

機(jī)械制圖綜合測繪是學(xué)生學(xué)完理論課后的一個重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生首次進(jìn)行的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，可以使所學(xué)的知識得以融會貫通。由于大學(xué)四年的學(xué)習(xí)是一個系統(tǒng)工程，各門課程之間的銜接非常重要，如果這個訓(xùn)練與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)性較強(qiáng)，對學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)將會有更大幫助。因此從系統(tǒng)工程角度，我們在設(shè)計(jì)制圖綜合測繪內(nèi)容和形式時，綜合考慮學(xué)生所學(xué)專業(yè)和現(xiàn)代數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際流程，選擇不同的產(chǎn)品進(jìn)行訓(xùn)練，使制圖內(nèi)容與后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)有更好的銜接，同時也進(jìn)一步提高CAD軟件的設(shè)計(jì)使用能力。改革后的綜合測繪的具體內(nèi)容和任務(wù)是：將學(xué)生6～8人分為一組，選擇與專業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品進(jìn)行測繪（如車輛專業(yè)選擇汽車或摩托車上的機(jī)油泵等），各組產(chǎn)品不同，要求學(xué)生拆卸零件，選擇表達(dá)方案，徒手繪制草圖，測繪尺寸，然后根據(jù)對規(guī)格、性能等數(shù)據(jù)的改變要求設(shè)計(jì)一款新產(chǎn)品，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行零件的三維實(shí)體造型、產(chǎn)品的裝配造型設(shè)計(jì)，并對新產(chǎn)品虛擬樣機(jī)進(jìn)行模擬運(yùn)動干涉檢查，及時修正零件設(shè)計(jì)，最后由三維軟件出零件圖和裝配圖。這樣的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練，既符合實(shí)際的設(shè)計(jì)流程，提升學(xué)生的工程意識和工程素養(yǎng)，又培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和交流溝通能力[2]。

3 三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式的效果

對于教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新型人才，三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式起到事半功倍的效果, 制圖課程深受廣大學(xué)生歡迎。

3.1 制圖課內(nèi)更加有吸引力，富有成果

制圖課程內(nèi)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和整體的學(xué)習(xí)氛圍有很大提升，制圖實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)能力明顯提高。第一學(xué)期的第一節(jié)課，通過強(qiáng)調(diào)制圖課程對完成“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃的至關(guān)重要的地位和意義，學(xué)生們產(chǎn)生了立志做一名卓越工程師的榮譽(yù)感和使命感，激發(fā)了極大的學(xué)習(xí)興趣。在整個課程期間，學(xué)生上課提前“搶占”前排座位，課下小組定期討論，制定項(xiàng)目實(shí)施安排等。尤其可喜的是個別班級還產(chǎn)生了一些“小老師”，在班級自行組織的制圖學(xué)習(xí)研討會上，做串講和答疑。整個班級洋溢在一個良好的學(xué)習(xí)氛圍中，并感染到其他班級學(xué)生的踴躍加入。

注重實(shí)踐教學(xué)后，制圖課完全改變了學(xué)生以往高中式個體的學(xué)習(xí)方式，引進(jìn)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)模式，以組為單位完成項(xiàng)目，相互督促，相互學(xué)習(xí)，興趣更大，效率更高，效果更優(yōu)。遇到學(xué)習(xí)上的困難，學(xué)生們更積極主動地去想辦法解決，不管是手工繪圖還是軟件使用的速度和準(zhǔn)確度都有很大提升。

3.2 制圖課外搭建多個實(shí)踐平臺，知識應(yīng)用縱深化

采用三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式以來，為鼓勵學(xué)生在課外應(yīng)用制圖知識，提高制圖實(shí)踐能力，使優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出，首次開設(shè)面向全校的以實(shí)踐教學(xué)為主的制圖開放實(shí)驗(yàn)和公選課[3]，成立了“三維成圖空間”學(xué)習(xí)型學(xué)生社團(tuán)。這些平臺的搭建，更激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手實(shí)踐的激情，調(diào)動了學(xué)生的科技創(chuàng)新積極性，在學(xué)生群體中形成了一種良好的學(xué)習(xí)制圖和實(shí)踐創(chuàng)新氛圍。同時，也實(shí)現(xiàn)了不同專業(yè)學(xué)生之間的知識交流。學(xué)生們跨專業(yè)、跨年級組隊(duì)參加各級別的課外科技創(chuàng)新活動和競賽，一些低年級的學(xué)生在高年級的帶動下提前進(jìn)入到所學(xué)專業(yè)方向進(jìn)行科創(chuàng)活動，多個項(xiàng)目獲得大學(xué)生科技創(chuàng)新立項(xiàng)[4]。

3.3 實(shí)踐教學(xué)模式下的課外參賽，成績顯著

去年9月，全面實(shí)施機(jī)械制圖三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式以來，我校學(xué)生參加競賽多次獲獎。今年暑期，我校第二次參加全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽，榮獲團(tuán)體一等獎，而在去年，我校首次參賽卻無緣團(tuán)體獎項(xiàng)。值得一提的是，去年底，我校有4支隊(duì)伍參加全國信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽之高端裝備制造綜合技能分項(xiàng)，兩只隊(duì)伍入圍全國總決賽，其中一組獲得本科以上組別唯一的特等獎（見圖1）。特等獎作品——游梁式智能抽油機(jī)的全部三維造型由一名大二的制圖優(yōu)秀學(xué)生完成，并且現(xiàn)場實(shí)操考核——從裝配圖拆“畫”各零件三維造型并裝配，得到28分的好成績（滿分30分），這在實(shí)踐教學(xué)改革以前的學(xué)生中是不可能完成的工作。今年，我校有10個團(tuán)隊(duì)或個人提交了三維作品參加BICES中國——第二屆工程機(jī)械及專用車輛創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽，其中獲得一等獎和優(yōu)秀獎各一項(xiàng)。學(xué)生參賽獲獎反過來又在低年級學(xué)生中掀起學(xué)習(xí)制圖的熱潮，學(xué)生們熱衷于學(xué)習(xí)和科創(chuàng)，良性循環(huán)，成績喜人。

圖1 學(xué)生實(shí)踐作品

學(xué)生參加大量的課外實(shí)踐，提高制圖實(shí)踐能力的興趣高漲，反過來也豐富了制圖課程的教學(xué)內(nèi)容，對及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)、提高教學(xué)質(zhì)量有很大幫助[5]。

4 結(jié)論

在“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念指導(dǎo)下，在機(jī)械制圖課程中構(gòu)建三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式，通過課堂教學(xué)手段的細(xì)致策劃、CAD和制圖的緊密融合以及綜合測繪的內(nèi)容和流程設(shè)計(jì)，抓住實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)的課程特色，課內(nèi)、課外相互呼應(yīng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)，很好地解決了工科學(xué)生第一次接受工程訓(xùn)練的教與學(xué)的矛盾，為他們今后的專業(yè)學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。在以后的教學(xué)工作中，將不斷完善三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式下的學(xué)生考核評價體系，以做到每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)過程都能得到監(jiān)督和檢查。

[1]張京英, 張 輝, 焦永和.機(jī)械制圖[M].北京: 北京理工大學(xué)出版社, 2013: 357-384.

[2]劉 偉.實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的研究:以山東省德州學(xué)院機(jī)電工程系實(shí)踐教學(xué)為例[J].高等教育研究, 2008, 25(4): 29-31.

[3]林大鈞.實(shí)驗(yàn)工程制圖[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2009: 84-87.

[4]劉衛(wèi)東, 卜 麗.DSP實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)研究與探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2012, 29(3): 170-172.

[5]王 斌.淺論開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué), 2008, 25(2): 35-36.