基于人才培養(yǎng)的“工程圖學”教學改革研究

趙雙

摘要：工程圖學課程是理工科大學生學習工程知識、接觸工程實踐的第一門課程，是理論和實踐緊密結合的專業(yè)技術基礎課程。從理論教學、實踐教學、教學方法、教學資源等幾個方面提出了面向工程素質和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程教學改革和研究。

關鍵詞：工程圖學；工程素質；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0116-02

工程圖學是一門技術基礎課程，用圖形研究工程與產品圖形信息表達、圖形理解和圖樣繪制，課程的研究對象為工程與產品的工程圖樣或信息模型，課程的任務主要進行三種能力的培養(yǎng)，即工程圖形表達能力（二、三維表達與初步的構形設計能力）、圖形形象思維能力（空間想象能力）、工程圖樣繪制能力（手工繪制與計算機繪制）。[1]

中國已經是世界上的工業(yè)化強國，也應該成為工程教育的強國，工程教育是以培養(yǎng)工程人才為目標的教育教學活動，它以應用和實踐為主，強調實學、集成和創(chuàng)新的原則，其人才培養(yǎng)的方向是綜合性、實踐性和創(chuàng)造性。工程圖學課程既有系統的理論性，又有很強的實踐性，是理工科大學生學習工程知識、接觸工程實踐的第一門課程。教育部工程圖學教學指導委員會明確提出了將“創(chuàng)造性構型設計能力的培養(yǎng)”作為工程圖學課程教學任務，通過工程圖學課程學習培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和工程意識。為此，本文提出了面向工程素質和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的工程圖學課程教學改革研究。

一、理論教學改革研究

1.合理安排教學學時

目前重慶郵電大學（以下簡稱“我?！保┲饕谧詣踊c電氣工程類、通信與信息工程類、光電工程類等專業(yè)開設有“工程圖學”、“制圖基礎與計算機繪圖”課程。通過相關調研論證，以及針對目前社會需求，筆者對學時執(zhí)行情況進行了調整，縮減理論學時，增加實驗學時，提高學生實踐操作能力。新的課時執(zhí)行情況是由于機械類對工程圖樣的繪制和閱讀能力要求相對多一些，依舊執(zhí)行原48理論學時，實驗學時由8學時增加至16學時；而對于非機類各專業(yè)，理論學時由原來的40/32/24學時統一調整為32學時，實驗學時由8學時調整至16學時。對于不同專業(yè)制訂針對專業(yè)的繪圖要求，開設不同實驗內容。

2.構建新的教學內容

工程圖學是一門理論與實踐緊密結合的課程，除了講授必要的理論知識外，更重視學生實踐能力和工程素質的培養(yǎng)。如何將創(chuàng)新設計的理念引入到課程中來，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的工程素質，需要對現有的課程教學內容進行改革。如圖1所示工程圖學新的教學內容，以創(chuàng)新性構型設計為主線，劃分為投影理論基礎、構型表達基礎、創(chuàng)新構型基礎、工程規(guī)范基礎、繪圖能力基礎五個模塊。[2，3]

新的教學內容縮減了傳統畫圖技能培訓內容，增加了創(chuàng)新造型設計環(huán)節(jié)，以及以二維或三維的方式進行工程圖樣設計的實踐繪圖環(huán)節(jié)。如點線面的投影部分，采取以投影動畫和例題講解的方式，引出教學內容，讓學生自己分析總結。如線的投影部分，線包括投影面垂直線和平行線，細分為正垂線、鉛垂線、側垂線、正平線、水平線、側平線、一般位置直線。沒必要把每一種線的投影特性都面面俱到講解，可以只講其一，余下留給學生自學，在課堂上配以一兩道綜合習題即可，面的投影亦如此。而對于以往教學中的難點部分——立體的表面交線，考慮到以往教學中花費了大量學時，取得的教學效果并不顯著的特點，再結合企業(yè)實際應用時立體表面交線往往由簡單的線條代替，因此這部分內容重點以三維動畫演示為主，演示平面立體、曲面立體、組合體在不同位置發(fā)生截交、相貫時交線的形狀。直觀形象的相交過程可拓寬學生的空間思維，再配以綜合習題加以練習，教學效果得到了顯著提高。

教學內容中工程規(guī)范基礎模塊，針對48理論學時的機械專業(yè)可以重點講解標準件與非標件、零件圖與裝配圖、加工工藝及生產成本、互換性等內容。而對于32理論學時的非機類其他專業(yè)，只重點講解國標規(guī)范、零件圖與裝配圖，其他內容簡答介紹即可。因為零件是學生走進工程的一個窗口，學生通過對零件的認識，形成對裝配體的認識，繼而形成對工程的認識。因此對零件圖和裝配圖的講解，可增強學生的構型思維，提高工程素質。[4]

3.分專業(yè)選用教材

機械類教材選用含形體表達、機械圖、加工工藝等內容較多的教材，非機類選用側重工程圖學基礎的教材，但一定配備有相應的習題集以及三維模型實例，以增加學生的空間想象能力，提高空間邏輯思維能力和創(chuàng)造性構型設計能力。對于有雙語教學要求的專業(yè)，特別注意最好選用含有中英文對照的雙語教材，以增強學生的自學能力。

二、實踐教學改革研究

教學應該以學生為主體，以能力為本位，實踐教學的目的就是提高學生動手能力、培養(yǎng)專業(yè)興趣。因此工程圖學課程更應該重視實踐教學，精心設計實踐教學環(huán)節(jié)，在實踐中培養(yǎng)學生的工程素質和創(chuàng)新能力。工程圖學的相關實踐教學內容劃分為基礎實踐、綜合實踐、創(chuàng)新實踐三個層次，具體如下：

1.基礎實踐[5]

基礎實踐培養(yǎng)學生理論聯系實際的應用能力，包括機械認知實驗、拆裝實驗、測繪實驗、計算機繪圖實驗等，基礎實踐環(huán)節(jié)針對理工科各專業(yè)考慮為必做實踐教學環(huán)節(jié)。其中機械認知實驗包括機械認知實驗室、工程實訓中心、先進制造實驗中心等參觀學習，使學生對實際的機械和產品產生直觀感性的認識；拆裝實驗包括對一些簡單零部件、機構的拆裝，如泵、減速箱、連桿機構等，通過拆裝實驗，熟悉標準件與非標件、零件圖與裝配圖的關系等，激發(fā)學生的產品及工程意識，引入工藝及成品概念，提升構型及創(chuàng)新思維；測繪實驗通過對簡單機器如車床等的測量，完成后期的繪制工作，在此過程中強化構型尺寸標注、形體表達、互換性與測量技術等知識的運用，培養(yǎng)學生的工程對象綜合表達能力和獨立處理設計問題的能力，使之具備一定的工程設計水平，同時培養(yǎng)協同工作能力和團隊精神。計算機繪圖實驗部分掌握二維繪圖工具AutoCAD、三維繪圖工具SolidWorks的基本作圖方法，在繪圖過程中培養(yǎng)學生嚴謹的工程態(tài)度和創(chuàng)新的構型思維。

2.綜合實踐

綜合實踐以典型零件為案例，設計從形體表達方法、零件測繪、徒手繪制、尺規(guī)作圖、計算機繪圖、三維造型到構型于一體的綜合實驗，引導性地培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。這部分內容可考慮理工科各專業(yè)學生都參與，針對不同專業(yè)特點，以具體產品為對象，制訂符合專業(yè)的綜合實踐內容，以強化學生綜合工程素質能力的培養(yǎng)。如針對機械專業(yè)開設微型數控車床綜合實驗，完成測繪、草圖設計、尺寸修正、三維造型、二維圖紙、加工裝配等一系列綜合訓練內容；針對通信工程專業(yè)，開設SOC平臺設計及無線基站設計實驗，完成新增設備/拆除設備/原有設備的設計、電源線/信號線/線纜的設計、設備布置、空間要求、尺寸標注、技術說明、三維模擬設計等綜合實驗內容。

3.創(chuàng)新實踐

創(chuàng)新實踐可考慮在開放實驗室內進行，作為開放實驗內容，為學生選做部分。創(chuàng)新實踐內容主要結合全國CAD技能大賽、全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽等設置問題，按照競賽命題方式進行訓練，提高學生的多向思維能力、創(chuàng)造性能力、工程設計能力、計算機繪圖能力等。

三、教學方法改革研究

學生是教學活動的主體，教師是知識傳播的主體，而教學方法是教學改革的主體，好的教學方法應該厚基礎、重能力、求創(chuàng)新、升素質，可以使學生從“理解”到“應用”，從“理論”到“實踐”，從“學會”到“會學”，因此探索好的教學方法是課程教學改革的重點內容之一。

1.以學定教，順學而導

在較少的理論課時情況下，教師授課更應該突出授課重點難點內容，以產品設計和工程實例為主線，強調如何運用所學知識解決實際問題，以及為了解決實際問題需要學習哪些知識。在教學過程中以師生互動、生生互動等形式引導學生去自學，去探究，使學生從“學會”到“會學”。

2.以動煉能，以趣引能

興趣是學習最好的老師，通過例題練習、工程案例講解、動畫模型演示等教學方法，提高學生的學習興趣，引導創(chuàng)新能力。工程圖學課程是理論與實踐緊密結合的課程，針對不同階段的教學內容布置不同的訓練題目，在實踐環(huán)節(jié)中讓學生多加參與，鍛煉和培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

3.以研帶學，以賽促學

教學和科研是相互滲透、不可分割的兩部分，學生參與教師的科研項目，有助于在實踐的基礎上培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)造能力。另外積極鼓勵學生參與各項競賽，如大學生CAD技能大賽、全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)立項項目等活動，在競賽中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提升工程素質。

四、教學資源建設與開發(fā)

豐富的教學資源將更好地促進理論及實踐教學，提高教學效果，加快推進工程圖學課程教學改革。

1.多媒體的應用

充分利用計算機對文、圖、聲、像的處理作用，全面引入多媒體教學、動畫演示、工程圖樣展示等教學手段，解決以往教學需要教師大量板書，或攜帶大量實物模型和掛圖，教學效率低的問題。電子教案可突破視覺限制，可以分重復性分步驟、多角度的演示構型過程，使教學更加形象生動，提高教學效率。同時將三維軟件SolidWorks引入課堂，使教學內容由靜態(tài)變動態(tài)、由二維變三維、由單色變多色，激發(fā)學生學習的熱情。通過演示專業(yè)工程圖樣案例，讓學生加深認識課程和專業(yè)的關系，明確學習目標。

2.建設課程網站

完善課程網站建設，豐富教學資源，學生可通過網站獲取授課計劃、電子教案、三維模型、授課錄像、作業(yè)習題等相關資源，同時增設留言板塊，拓寬師生交流途徑，及時了解學生對課程的需求。

3.創(chuàng)造實踐條件

建設好開放實驗室、工程實訓中心、先進制造實驗中心，為學生提供計算機二維/三維構型練習條件、零部件拆裝條件、產品加工裝配條件等實踐條件，使學生有更多的機會完成測試——設計——標注——出圖——加工——裝配——檢驗等系統的練習，建立工程意識，提供創(chuàng)新訓練條件。

4.其他資源建設

建設機械認知實驗室，設置模型陳列柜，展示實物模型，如組合體相貫模型、截交模型、零部件模型、機構運動模型、微型車床模型等，配以相應的圖紙，讓學生將圖紙與實物結合起來，增強立體想象能力，激發(fā)創(chuàng)新思維。

素質教育是高校教育的核心，創(chuàng)新教育是人才培養(yǎng)的重點，工程圖學課程將根據科技發(fā)展和社會需求，及時進行教育教學改革，為國家和社會培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強、工程素質高的人才。

參考文獻：

[1]童秉樞，田凌，馮涓.10年來我國工程圖學教學改革中的問題、認識與成果[J].工程圖學學報，2008，（4）：1-5.

[2]熊志勇，羅志成，陳錦昌，等.基于創(chuàng)新性構型設計的工程圖學教學體系研究[J].圖學學報，2012，33（2）：18-112.

[3]吳佩年，唐艷麗，襲建軍.在工程圖學課程中引入創(chuàng)新設計環(huán)節(jié)的教學與實踐[J].科教創(chuàng)新，2010，（1）：19-20.

[4]袁威等，圖學基礎教程[M].北京：中國電力出版社，2012：126-141.

[5]張東梅，李玉菊，王偉冰.工程圖學實驗教學中學生綜合能力的培養(yǎng)[J].實驗室科學，2012，15（1）：183-185.

（責任編輯：王意琴）