面向機(jī)械類本科生以實(shí)踐為先導(dǎo)的工程圖學(xué)教學(xué)方式探討

李富平， 楊文通， 王建華

(北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院，北京 100124)

面向機(jī)械類本科生以實(shí)踐為先導(dǎo)的工程圖學(xué)教學(xué)方式探討

李富平， 楊文通， 王建華

(北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院，北京 100124)

從實(shí)踐的角度出發(fā)，結(jié)合“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”、金工的實(shí)訓(xùn)課程、以及繪制“減速箱”的要求，論述了在工程圖學(xué)實(shí)踐教學(xué)過程中以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，以學(xué)生為主體的教學(xué)方法，該方法將圖學(xué)知識與圖學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，并將該實(shí)踐融入大學(xué)整個(gè)教學(xué)之中，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新能力；工程意識；工程圖學(xué)；實(shí)踐

工程圖學(xué)是用圖形研究工程與產(chǎn)品圖形信息表達(dá)、圖形理解和圖樣繪制的課程[1]，是一門工科學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，授課對象為工科大學(xué)一年級學(xué)生。剛踏入校門的學(xué)生，對生產(chǎn)加工的過程、設(shè)備、加工方法等沒有直觀的了解，缺乏工程背景，工程意識、工程技能薄弱，創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力缺乏。在教育部工程圖學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)最新修訂的“本科工程圖學(xué)教學(xué)基本要求”中明確指出：工程圖學(xué)理論嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)踐性強(qiáng)，與工程實(shí)踐有密切聯(lián)系[2]。通過工程圖學(xué)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生工程意識和創(chuàng)新能力[3]。新的教學(xué)理念對工程圖學(xué)課程提出新的要求，經(jīng)過多年的探索，依托北京市精品課程建設(shè)，結(jié)合“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”(簡稱“卓越計(jì)劃”)，針對機(jī)械類的本科生，在工程圖學(xué)實(shí)踐教學(xué)方面作了一些探討，旨在培養(yǎng)學(xué)生逐步成為一名初步具備工程技術(shù)人員素質(zhì)能力的合格人才。

1 以實(shí)踐為先導(dǎo)的工程圖學(xué)教學(xué)方式

如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力？首先學(xué)習(xí)這些學(xué)科已有的理論和方法，再結(jié)合工程圖學(xué)課程的實(shí)踐進(jìn)行研究，并將這種創(chuàng)新能力的培養(yǎng)歸納為5種能力的培養(yǎng)，即思維能力、工程意識與簡單設(shè)計(jì)能力、構(gòu)型設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐能力和工程圖形表達(dá)能力[1]。這5種能力之間互相參透，不能孤立起來考慮，即實(shí)踐是在理論的指導(dǎo)下進(jìn)行，先有理論，后有實(shí)踐；通過實(shí)踐，又能加深對理論的理解和消化。以實(shí)踐為出發(fā)點(diǎn)，在學(xué)習(xí)基本投影理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合“卓越計(jì)劃”，將金工的工程訓(xùn)練實(shí)踐課程與工程圖學(xué)相結(jié)合，使創(chuàng)新能力的培養(yǎng)融入在大學(xué)的全程教育之中。

1.1 將工程圖學(xué)與“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”相結(jié)合

“卓越計(jì)劃”是貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要》的重大改革項(xiàng)目。“卓越計(jì)劃”的三個(gè)特點(diǎn)：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程；二是學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才；三是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力[4]。

“卓越計(jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)是：面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才[4]，為建設(shè)創(chuàng)新型國家、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)的人力資源優(yōu)勢，增強(qiáng)我國的核心競爭力和綜合國力。

“卓越計(jì)劃”強(qiáng)調(diào)工程創(chuàng)新，解決工程實(shí)際問題，培養(yǎng)應(yīng)用型工程師，作為首批進(jìn)入“卓越計(jì)劃”的高校，學(xué)院制定卓越工程師培養(yǎng)方案，工程圖學(xué)課程作為培養(yǎng)方案中的重要組成部分，承擔(dān)著用圖形去交流、表達(dá)工程與工程產(chǎn)品信息的重要作用，因此，工程圖學(xué)的實(shí)踐，應(yīng)從工程的角度，在掌握投影理論的基礎(chǔ)上，貫徹相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行繪制機(jī)械圖樣的訓(xùn)練，為后續(xù)課程奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 將工程圖學(xué)與金工的工程訓(xùn)練實(shí)踐課程相結(jié)合

工程圖學(xué)主要是研究用圖來表達(dá)零件，這個(gè)圖可以是二維或三維，并附有文字說明。而金工是將這個(gè)圖所表達(dá)的零件加工出實(shí)物，因此金工的工程訓(xùn)練實(shí)踐課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基本課,是機(jī)制類專業(yè)學(xué)生熟悉加工生產(chǎn)過程、培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過金工實(shí)習(xí)使學(xué)生熟悉機(jī)械制造的一般過程，了解金屬加工的主要工藝方法和工藝過程，熟悉各種設(shè)備和工具的安全操作使用方法；掌握對簡單零件加工方法選擇和工藝分析的能力；培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識圖紙、加工符號以及了解技術(shù)條件的能力。

如何將工程圖學(xué)與金工的工程訓(xùn)練實(shí)踐課程相結(jié)合？用工程圖學(xué)的理論知識所繪制的圖樣應(yīng)用到金工的工程訓(xùn)練實(shí)踐課程，并以金工的工程訓(xùn)練實(shí)踐課程所加工出的模型加深理解工程圖學(xué)的理論知識？為此在課程設(shè)置上，這兩門課在時(shí)間設(shè)置上相銜接，工程圖學(xué)授課時(shí)間為大學(xué)一年級第一、二學(xué)期，金工為大學(xué)一年級第二學(xué)期末。

金工的工程訓(xùn)練實(shí)踐課要求學(xué)生制作一把錘子，如在工程圖學(xué)課程中完成金工所加工零件的圖樣的繪制？首先在工程圖學(xué)課程一開始就布置該錘子制作的任務(wù)及要求，錘頭、錘柄的設(shè)計(jì)只要滿足其功能，其結(jié)構(gòu)、形狀可以按照自己想象各自設(shè)計(jì)，但是必須將錘頭、錘柄的圖樣繪制出來，并滿足加工要求，最后在金工的工程訓(xùn)練實(shí)踐課制作出來。

在隨后的工程圖學(xué)教學(xué)過程中，融入該內(nèi)容，如圖1所示，在講到平面幾何圖形時(shí)，讓學(xué)生根據(jù)自己平時(shí)所見的錘頭，想象繪制出具有錘子特點(diǎn)的輪廓，該輪廓要求用直線和圓弧連接，盡量表達(dá)出自己的創(chuàng)意；講到組合體和機(jī)件的形體表達(dá)時(shí)，讓學(xué)生按照自己的想象將原來用平面圖形所表達(dá)的錘子分成錘頭、錘柄，并將錘頭、錘柄用視圖表達(dá)出來，并標(biāo)注尺寸，這時(shí)的要求是投影表達(dá)正確、尺寸標(biāo)注完整；講到零件圖和裝配圖時(shí)，讓學(xué)生自己繪制該錘子的裝配示意圖，并由該示意圖拆畫出錘頭、錘柄零件圖，該零件圖可參考原來所畫錘頭、錘柄的視圖，增加技術(shù)要求，修改尺寸標(biāo)注，對于所用到的標(biāo)準(zhǔn)件自己查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，最后由零件圖畫出完整的裝配圖。每一階段，學(xué)生都可修改自己前面所繪制的圖樣，隨著學(xué)習(xí)內(nèi)容的深入，學(xué)生不斷補(bǔ)充內(nèi)容，不清楚的地方自己查閱相關(guān)資料，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的習(xí)慣。

圖1 金工與工程圖學(xué)內(nèi)容融合的框架

在工程圖學(xué)教學(xué)一開始就布置該任務(wù)，這時(shí)學(xué)生還沒有能力繪制出滿足要求的圖樣，在隨后的工程圖學(xué)學(xué)習(xí)過程中，隨著所學(xué)知識的累加，在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生不斷豐富完善自己所設(shè)計(jì)的圖樣，逐步具有判斷圖樣投影表達(dá)是否正確、是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)的能力，隨著該任務(wù)的完成，學(xué)生也掌握了教學(xué)中的知識點(diǎn)。該教學(xué)方式以學(xué)生為主體，以錘子的圖樣表達(dá)貫穿于整個(gè)工程圖學(xué)的教學(xué)過程中。

由于缺乏工程背景，學(xué)生所設(shè)計(jì)出的錘子不一定都滿足加工要求，在金工的工程訓(xùn)練實(shí)踐課中，在車間師傅的指導(dǎo)下，學(xué)生將按照自己所繪制的錘子圖樣加工出實(shí)物，若加工不出來，在車間師傅的指導(dǎo)下，修改自己的零件圖樣，直到滿足加工要求。因?yàn)閷W(xué)生按照各自想象設(shè)計(jì)的錘子，因此所加工的錘子也式樣各異。

1.3 以“減速箱制造”為主線的全程教學(xué)模式

要培養(yǎng)學(xué)生具有正確的圖形表達(dá)能力，單靠工程圖學(xué)這門課是不能完成的，應(yīng)當(dāng)將圖學(xué)課程放置于學(xué)生4年的教學(xué)全過程中考慮[5-6]，圖學(xué)課程只是全程教育中的一個(gè)環(huán)節(jié)，與后續(xù)的課程聯(lián)系密切[7-8]，只有通過后續(xù)課程中設(shè)計(jì)、工藝、制造等豐富的專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，反復(fù)練習(xí)圖形的繪制及形體的表達(dá)，不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、糾正錯(cuò)誤，才能提高學(xué)生的圖形表達(dá)能力，鞏固所學(xué)的圖學(xué)知識。

如圖2所示，學(xué)生在工程圖學(xué)實(shí)踐階段中完成減速箱的繪制是逐步掌握了有關(guān)繪圖、讀圖的圖學(xué)理論知識和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，并參加“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模大賽。在學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)課程時(shí)，進(jìn)行減速箱各傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，學(xué)生參加全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽。在學(xué)習(xí)工藝設(shè)計(jì)及機(jī)械制造等課程時(shí)，對減速箱各零件進(jìn)行工藝和夾具設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生正確選用公差配合，掌握正確的測量方法，以小組為單位完成減速箱的制造，并對減速箱的效率進(jìn)行檢測。

圖2 “減速箱制造”為主線的全程教育

從上述過程可以看出，在學(xué)生的整個(gè)教學(xué)過程中，以項(xiàng)目為引導(dǎo)，以“減速箱制造”為主線，圖學(xué)實(shí)踐貫穿整個(gè)大學(xué)的教學(xué)之中，將工程圖學(xué)實(shí)踐融入到大學(xué)的4年全程教育之中。

2 工程圖學(xué)實(shí)踐教學(xué)模式的考核與評價(jià)

評判學(xué)生所繪的錘子和減速箱圖樣是否合格，不僅僅只看最終結(jié)果，更要注重形成結(jié)果的每個(gè)過程，將最終的結(jié)果分階段進(jìn)行實(shí)施、評價(jià)。

例如錘子圖樣繪制，對每一階段，老師均提出要求，審查學(xué)生每一階段的圖樣，對學(xué)生圖樣中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，老師只對共性問題講解，不合格則退回修改，促使學(xué)生自己查找資料，尋找解決問題的方法，給學(xué)生留有更多自主想象設(shè)計(jì)空間?？己藘?nèi)容包括口頭答辯、繪制出的全部圖樣和已加工出的錘子，讓學(xué)生講解自己的設(shè)計(jì)思路，判斷加工的錘子圖樣是否符合要求，是否明白圖樣中的加工符號含義，學(xué)生用自己圖樣加工出的錘子形狀各有所不同。

在工程圖學(xué)實(shí)踐的減速箱的拆裝過程中，以部件為對象，完成功能分析、草圖繪制、零件圖和裝配圖的繪制，這一過程，也是分階段實(shí)施，不同的階段有不同的要求。考核時(shí)，以小組為單位，互評與個(gè)人綜合評議相結(jié)合，以投影表達(dá)正確為主。

這種模式的實(shí)踐，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，采用“邊干邊學(xué)、邊學(xué)邊練”的方法，讓學(xué)生帶著任務(wù)去學(xué)習(xí)，并將所學(xué)的內(nèi)容應(yīng)用到自己的實(shí)踐項(xiàng)目上，熟練自己所學(xué)到的知識，最后在老師的指導(dǎo)下逐步完成。這種模式，學(xué)生將課本上抽象的理論知識，轉(zhuǎn)化為實(shí)際加工所需要的知識，更加清楚明白圖樣上倒角、螺紋標(biāo)注的含義，以及各種加工符號的含義，為以后靈活運(yùn)用這些知識奠定好基礎(chǔ)。

這種實(shí)踐模式，學(xué)生是帶著任務(wù)去學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)目的明確，激發(fā)了學(xué)生的求知欲。將以教師為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)為以學(xué)生為主的教學(xué)模式；將傳統(tǒng)學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)的學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，所設(shè)計(jì)、加工出的錘子樣子各異，所繪減速箱表達(dá)方法也有所不同，豐富了學(xué)生的想象力和圖樣表達(dá)能力，學(xué)生的工程意識得以培養(yǎng)，創(chuàng)新能力有所提高。

3 采取的教學(xué)手段與效果

由于實(shí)踐所采用的教學(xué)手段是以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，當(dāng)學(xué)生接受任務(wù)時(shí)，該任務(wù)的完成超出當(dāng)時(shí)的教學(xué)內(nèi)容，還不知如何著手，讓學(xué)生帶著任務(wù)在以后的學(xué)習(xí)中逐步領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用。另外學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握程度也存在差異，不可能讓學(xué)生所繪的圖樣一次到位，不出現(xiàn)差錯(cuò)，隨著學(xué)生所學(xué)知識的增加，不斷修改和完善自己所繪的圖樣，因此關(guān)于實(shí)踐所采用的手段以手工草圖為主，方便學(xué)生的修改，輔助用Inventor軟件進(jìn)行三維造型，加深對零件外形形狀的理解，部分圖樣用AutoCAD軟件輸入計(jì)算機(jī)或整理成儀器圖。

機(jī)電學(xué)院每年都組織“工程制作創(chuàng)新大賽”，通過車、鉗、鑄造、拆裝等這些團(tuán)體項(xiàng)目，鞏固金工實(shí)習(xí)的學(xué)習(xí)成果，進(jìn)一步加深同學(xué)對工程制作的認(rèn)識和了解。另學(xué)院組織學(xué)生參加“高教杯”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，連續(xù)多年獲得團(tuán)體一等獎(jiǎng)和個(gè)人一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)的好成績。后續(xù)專業(yè)課的老師帶學(xué)生進(jìn)行以小組為單位的減速箱制造過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過大一期間學(xué)生減速箱的拆裝繪圖，學(xué)生非常清楚減速箱中各個(gè)零件之間配合的關(guān)系，就會(huì)把重點(diǎn)放在制造和工藝方面，節(jié)省了時(shí)間，突出了重點(diǎn)。

4 結(jié) 束 語

工程圖學(xué)理論嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)踐性強(qiáng)，如何在實(shí)踐中增強(qiáng)學(xué)生的工程意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，本文從與“卓越計(jì)劃”相結(jié)合，與金工的工程實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，并從“減速箱”的繪制入手，將工程圖學(xué)的教育融入大學(xué)的全程教育中這幾點(diǎn)進(jìn)行了探討，這種實(shí)踐方法，主要針對機(jī)械類本科生。

[1] 童秉樞, 高樹峰. 談工程圖學(xué)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 29(6): 1-6.

[2] 陳錦昌. 論本科工程圖學(xué)課程教學(xué)基本要求的修訂[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 25(3): 101-105.

[3] 熊志勇, 羅志成, 陳錦昌, 姜立軍, 鄧學(xué)雄, 劉 林,陳熾坤. 基于創(chuàng)新性構(gòu)型設(shè)計(jì)的工程圖學(xué)教學(xué)體系研究[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 33(2): 108-112.

[4] 卓越工程師培養(yǎng)教育培養(yǎng)計(jì)劃. 中國教育新聞網(wǎng), http://www.jyb.cn/high/tbch/2010/zygcs/, 2012-7-9.

[5] 趙惠清, 安 英, 馮連勛. 機(jī)械專業(yè)本科生全程三維設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)模式[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 25(3): 116-119.

[6] 童秉樞, 易素君, 徐曉慧. 工程圖學(xué)中引入三維幾何建模的情況綜述與思考[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 26(4): 130-135.

[7] 童秉樞, 田 凌, 馮 涓. 10年來我國工程圖學(xué)教學(xué)改革中的問題、認(rèn)識與成果[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 29(4): 1-5.

[8] 王 飛. 以三維設(shè)計(jì)為中心的圖學(xué)課程改革[J]. 北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2004, 6(4): 57-60, 80.

Research on Practice-leading Modes of Engineering Graphics Teaching for Mechanical Engineering Undergraduates

Li Fuping, Yang Wentong, Wang Jianhua
(College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

From the point of view of practical training, according to the requirements of the "excellence engineers training plan", metalworking training courses, and "the reduction gear box" drawing project, this paper proposes an improved teaching method which takes task as driving force, and the students as the main body of the teaching method in the engineering graphics practice teaching process. This method combines the knowledge and practice of engineering graphics, and puts this practice in whole university teaching. It is helpful to cultivate the engineering consciousness and innovation ability of the students.

innovation ability; engineering consciousness; engineering graphics; practice

TB 23

A

2095-302X(2014)05-0787-04

2013-02-28；定稿日期：2014-05-06

李富平(1966–)，女，河南南陽人，副教授，碩士。主要研究方向?yàn)閿?shù)字化制造。E-mail：lifp@bjut.edu.cn