拔尖人才培養(yǎng)模式下的工程圖學(xué)教學(xué)研究

姜文銳， 宮 娜

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，高等教育需要深化改革和創(chuàng)新精神，需要注重培養(yǎng)在各個(gè)領(lǐng)域有強(qiáng)烈社會(huì)責(zé)任感與進(jìn)取心，具有出眾的學(xué)術(shù)才能和獨(dú)特的人格魅力，能夠獨(dú)立創(chuàng)造性地進(jìn)行科學(xué)研究的高素質(zhì)拔尖創(chuàng)新人才[1-2]。這要求我們積極創(chuàng)建自由探索和勇于創(chuàng)新的教學(xué)科研環(huán)境，設(shè)計(jì)符合拔尖人才特色的課程培養(yǎng)方案與教學(xué)方法[3]。工程圖學(xué)作為工程界的語(yǔ)言，是一門(mén)非常重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力以及技術(shù)交流能力的培養(yǎng)具有指導(dǎo)意義[4]。傳統(tǒng)的工程圖學(xué)課程注重教師的教授環(huán)節(jié)，以講課為主輔助大量習(xí)題作業(yè)，耗費(fèi)學(xué)時(shí)較多，學(xué)生負(fù)擔(dān)較重，教學(xué)效果并不理想。為適應(yīng)拔尖人才的培養(yǎng)模式，充分認(rèn)識(shí)工程制圖在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的重要作用，我校廣泛借鑒國(guó)內(nèi)外同類課程的成功經(jīng)驗(yàn)，建立新的工程制圖課程體系，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為本的自主型交互式工程圖學(xué)教學(xué)改革。其中，為滿足日益密切的國(guó)際學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，采用中英雙語(yǔ)教學(xué)模式，使學(xué)生能夠逐步實(shí)現(xiàn)工程圖學(xué)的國(guó)際互認(rèn)；設(shè)置基于構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課，使學(xué)生能夠更快、更扎實(shí)地掌握制圖的基礎(chǔ)知識(shí)，減少了授課學(xué)時(shí)，減輕了學(xué)生負(fù)擔(dān)；并且，開(kāi)展了以創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)為主的自主型交互式機(jī)械制圖實(shí)驗(yàn)課，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性與創(chuàng)造性，使制圖基礎(chǔ)課程與設(shè)計(jì)專業(yè)課程有機(jī)結(jié)合，取得了很好的效果。

1 工程圖學(xué)中英雙語(yǔ)教學(xué)模式的探討與實(shí)踐

工程圖學(xué)作為工程界的語(yǔ)言，在日益廣泛的國(guó)際學(xué)術(shù)交流活動(dòng)中起到很重要的作用[5]。開(kāi)展工程圖學(xué)中英雙語(yǔ)教學(xué)可以使得學(xué)生在掌握課程知識(shí)的同時(shí)，了解國(guó)外該學(xué)科的基本情況及發(fā)展方向，滿足高等教育國(guó)際化的需求，對(duì)創(chuàng)新型拔尖人才的培養(yǎng)具有很重要的意義。因此，我校挑選出一批能力強(qiáng)、基礎(chǔ)好的學(xué)生，成立了英才班，并配備具有很強(qiáng)專業(yè)知識(shí)與英語(yǔ)能力的教師，開(kāi)展工程圖學(xué)中英雙語(yǔ)教學(xué)。通過(guò)連續(xù)在三屆英才班學(xué)生中的試點(diǎn)，總結(jié)出一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與方法。

首先，編寫(xiě)適合拔尖人才的中英雙語(yǔ)工程圖學(xué)教材，使學(xué)生在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)能完全掌握各國(guó)制圖標(biāo)準(zhǔn)，比較性學(xué)習(xí)各國(guó)工程描述方法，能完整、有機(jī)地將不同的標(biāo)準(zhǔn)融合在一門(mén)課程之中。教材內(nèi)容信息表達(dá)方式生動(dòng)多樣化，除了常見(jiàn)的圖表外，還有正誤對(duì)比圖、產(chǎn)品真實(shí)照片圖、三維造型計(jì)算機(jī)截圖等，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教材包含的信息量盡量豐富。在保證基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容豐滿的前提下，強(qiáng)調(diào)工程圖學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等學(xué)科的交叉，注重學(xué)科的前沿性，使理論與實(shí)踐充分結(jié)合，不但對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力很有幫助，而且也便于教師的備課和開(kāi)展教學(xué)。

第二，雙語(yǔ)教學(xué)應(yīng)該以掌握課程知識(shí)為主要目的，以英語(yǔ)學(xué)習(xí)為輔，分清主次，不能將其變成一門(mén)語(yǔ)言課。因此，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)把精力更多地放在專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)上，輔助專業(yè)術(shù)語(yǔ)的英文表述，將中英文有機(jī)結(jié)合。為了提高教學(xué)效果，教師在上課前充分的進(jìn)行備課與教學(xué)設(shè)計(jì)，認(rèn)真制作雙語(yǔ)教學(xué)課件。在授課前，將上課所用到的專業(yè)術(shù)語(yǔ)翻譯成英文，要求學(xué)生記住這些專業(yè)詞匯。授課時(shí)，對(duì)于比較容易理解的基礎(chǔ)內(nèi)容采用全英文講解，重點(diǎn)介紹專業(yè)詞匯的英文表達(dá)方法。對(duì)于重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容采用中英文雙語(yǔ)講解，側(cè)重學(xué)生理解課程內(nèi)容，掌握知識(shí)。課后以英文形式布置作業(yè)，以便學(xué)生進(jìn)一步掌握專業(yè)術(shù)語(yǔ)的使用。

第三，在雙語(yǔ)教學(xué)的過(guò)程中，要充分利用實(shí)物模型和三維造型計(jì)算機(jī)軟件等輔助教學(xué)手段，制作新穎、有趣的CAI課件，采用適當(dāng)?shù)募?lì)措施，調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與興趣，使學(xué)生能夠更加主動(dòng)地接受知識(shí)。教師與學(xué)生建立平等的、合作的、互信的、和諧的師生關(guān)系，建立一個(gè)思維開(kāi)放、課堂活躍、積極向上的教學(xué)環(huán)境，開(kāi)展互動(dòng)式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)老師與學(xué)生互動(dòng)、學(xué)生與學(xué)生互動(dòng)的新型授課模式。落實(shí)以學(xué)生為本的教學(xué)理念，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，提高工程圖學(xué)的學(xué)習(xí)效率。

最后，由于歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的工程圖學(xué)采用“第三角投影”，而我國(guó)采用的是“第一角投影”，學(xué)生很難接受?chē)?guó)外圖紙的表述方式，這對(duì)學(xué)生進(jìn)行國(guó)際學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分不利。為了解決這一矛盾，我們對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)。采用以“第一角投影”為主，“第三角投影”為輔，二者對(duì)照性講解的方法，使學(xué)生不但能夠加深對(duì)投影理論的理解，也能夠使其適應(yīng)國(guó)外圖樣的畫(huà)法。此外，世界各國(guó)的工程圖學(xué)教學(xué)均以貫徹“國(guó)標(biāo)”為己任，各國(guó)制圖標(biāo)準(zhǔn)的不同直接導(dǎo)致了工程制圖教學(xué)內(nèi)容上的巨大差異，在新課程中將增加國(guó)標(biāo)、美標(biāo)、歐標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，通過(guò)工程圖學(xué)雙語(yǔ)教學(xué)可以實(shí)現(xiàn)工程圖學(xué)的國(guó)際互認(rèn)。

2 基于構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工程圖學(xué)實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展

畫(huà)法幾何是工程圖學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的一般規(guī)定、投影方法、立體投影、組合體畫(huà)圖與讀圖等內(nèi)容，是該課程的難點(diǎn)與重點(diǎn)，在傳統(tǒng)的課程體系中占有重要地位。教師在授課過(guò)程中往往要耗費(fèi)大量精力與學(xué)時(shí)來(lái)講解這部分內(nèi)容，課后還需要學(xué)生完成較多的習(xí)題作業(yè)來(lái)鞏固這些知識(shí)。這不但導(dǎo)致學(xué)生負(fù)擔(dān)過(guò)重、降低學(xué)習(xí)興趣，而且不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，教學(xué)效果不理想。因此，我校在英才班工程圖學(xué)課程改革過(guò)程中開(kāi)展基于構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工程圖學(xué)實(shí)驗(yàn)課，著重培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力、工程意識(shí)和創(chuàng)新思維能力。

在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展之前，學(xué)生要有一定的知識(shí)與技能儲(chǔ)備。首先，需用傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)時(shí)的一半時(shí)間講解制圖的基礎(chǔ)知識(shí)，著重概念與基本作圖方法的講解。要求學(xué)生能夠掌握各種立體投影的畫(huà)法、截交線和相貫線的基本作圖方法、組合體的畫(huà)圖與讀圖方法等知識(shí)。其次，由于構(gòu)型設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生的空間立體思維能力，實(shí)驗(yàn)要在solidworks軟件平臺(tái)上進(jìn)行，所以要使學(xué)生掌握這種三維建模軟件的使用方法。

構(gòu)型設(shè)計(jì)是創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的一種表達(dá)形式，是培養(yǎng)學(xué)生工程制圖能力的關(guān)鍵，更是培養(yǎng)學(xué)生的工程思維的關(guān)鍵[6]。因此不能簡(jiǎn)單的為了構(gòu)型而構(gòu)型，要設(shè)置一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與約束。首先，構(gòu)型設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)之一是提高學(xué)生學(xué)習(xí)工程圖學(xué)的興趣，加深對(duì)制圖基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的時(shí)候就要充分考慮構(gòu)型的約束條件，盡量通過(guò)構(gòu)型的設(shè)計(jì)使學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，加深理解。例如，在實(shí)驗(yàn)課中，要求學(xué)生的構(gòu)型滿足以下條件：所構(gòu)型必須由4個(gè)以上的基本形體按照疊加和切割的組合方式組合；所構(gòu)型必須含有平面立體與曲面立體相交、兩曲面立體相交的情況；所構(gòu)型必須含有孔和槽的結(jié)構(gòu)；繪出所構(gòu)型的三維立體圖與二維投影圖。通過(guò)這項(xiàng)構(gòu)型設(shè)計(jì)，既訓(xùn)練了組合體畫(huà)圖與讀圖又加深了對(duì)截交線與相貫線等難點(diǎn)的理解。第二，通過(guò)構(gòu)型設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)與創(chuàng)新思維。雖然構(gòu)形設(shè)計(jì)有別于其他的專業(yè)性功能設(shè)計(jì)，不能把實(shí)現(xiàn)某一特定功能作為其評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是應(yīng)該盡量鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性思維、師法自然、將設(shè)計(jì)與生活相結(jié)合，使之所構(gòu)型能夠滿足一些應(yīng)用，具有簡(jiǎn)單的實(shí)際用途，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。由于學(xué)生并不具備相關(guān)的工藝知識(shí)，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法加工或者加工成本高等問(wèn)題。這時(shí)要求教師進(jìn)行相關(guān)的輔導(dǎo)，使學(xué)生通過(guò)構(gòu)型設(shè)計(jì)對(duì)工程實(shí)際情況有初步的了解。最后，我們所進(jìn)行的構(gòu)型設(shè)計(jì)還要滿足一定的美學(xué)要求。在完成構(gòu)型設(shè)計(jì)之后，組織學(xué)生一起討論各自的設(shè)計(jì)結(jié)果，其中可以引入一些美學(xué)元素，例如所構(gòu)型的各基本形體的布局與比例、結(jié)合方式、穩(wěn)定些與協(xié)調(diào)性等，使學(xué)生將來(lái)能夠成為一名有一定審美能力的工程師。

我校對(duì)連續(xù)三屆英才班共75名學(xué)生開(kāi)展構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課試點(diǎn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)共完成設(shè)計(jì)方案81個(gè)，均符合設(shè)計(jì)要求。其中58種構(gòu)型能夠?qū)崿F(xiàn)一定的實(shí)際功能，具有獨(dú)特的創(chuàng)新之處，充分鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，使之萌芽了一定的工程意識(shí)。如圖1所示，為學(xué)生構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的典型三維立體圖示例。通過(guò)三維立體圖以及二維投影圖的繪制，不但使學(xué)生建立了空間思維，而且加深了對(duì)制圖基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。經(jīng)測(cè)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在進(jìn)行組合體“二補(bǔ)三”讀圖時(shí)，處理截交線、相貫線等細(xì)節(jié)問(wèn)題的能力明顯提高。

圖1 構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的典型三維立體圖

3 自主型交互式機(jī)械設(shè)計(jì)制圖實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展

零件圖與裝配圖的畫(huà)法一直是工程圖學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，也是學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)課程的必備基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的工程圖學(xué)教學(xué)過(guò)程中，這部分內(nèi)容主要依靠教師理論講解，配合簡(jiǎn)單機(jī)械零部件的測(cè)繪，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中往往只知其然，不知其所以然。在教師的反復(fù)指導(dǎo)下，參考例圖，也只是勉強(qiáng)地把機(jī)器或零件表達(dá)出來(lái)，而不明白某些細(xì)節(jié)處為什么這樣設(shè)計(jì)，為什么要如此表達(dá)，甚至無(wú)法獨(dú)立完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)器的裝配圖繪制。究其原因是因授課方式的理論與實(shí)踐聯(lián)系不緊密，不注重工程圖學(xué)與機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等學(xué)科的交叉結(jié)合造成的。這不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維與動(dòng)手能力，不利于提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作素質(zhì)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們嘗試對(duì)英才班工程圖學(xué)課程中“零件圖與裝配圖繪制”這部分內(nèi)容的授課方式進(jìn)行一定的改革，開(kāi)展自主型交互式機(jī)械設(shè)計(jì)制圖實(shí)驗(yàn)課。

首先，教師用一部分課時(shí)講解零件圖與裝配圖繪制的基本知識(shí)與方法，通過(guò)對(duì)一些簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的機(jī)器零部件進(jìn)行測(cè)繪，使學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)初步理解。與此同時(shí)，每周安排學(xué)生到金工廠參觀實(shí)踐，結(jié)合授課的理論知識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)相應(yīng)零部件的加工工藝與流程，從而使學(xué)生直觀地掌握各種零部件的結(jié)構(gòu)形式與加工、工作原理。此時(shí)再與所學(xué)的理論知識(shí)相聯(lián)系印證，進(jìn)一步明確零部件的畫(huà)法與表達(dá)方式。

其次，哈爾濱工業(yè)大學(xué)擁有國(guó)家級(jí)的機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地，具有多種機(jī)器實(shí)物供學(xué)生拆裝實(shí)驗(yàn)。在此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，可開(kāi)展自主型交互式機(jī)械設(shè)計(jì)制圖實(shí)驗(yàn)課，進(jìn)行復(fù)雜機(jī)器的拆裝及裝配圖繪制。所謂“自主型”是指將學(xué)生分成若干實(shí)驗(yàn)小組，每組5～7人，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師不主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)規(guī)劃與進(jìn)程安排，完全由學(xué)生自己獨(dú)立設(shè)計(jì)拆裝實(shí)驗(yàn)流程，選擇測(cè)繪的表達(dá)方式，從而提高學(xué)生獨(dú)自發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，加強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。而“交互式”是指在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，每名學(xué)生分別承擔(dān)一部分零部件的測(cè)繪，之后進(jìn)行匯總，再由學(xué)生小組集體討論各零部件的結(jié)構(gòu)、功能，分析機(jī)器的傳動(dòng)路線、裝配干線以及工作原理，最終完成裝配圖的繪制。通過(guò)這種方法充分訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)展，將機(jī)械設(shè)計(jì)與工程圖學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，不能單單為了表達(dá)而繪圖，應(yīng)注重工程意識(shí)的培養(yǎng)，使學(xué)生初步明白機(jī)械設(shè)計(jì)的思路與方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。并且，應(yīng)注意鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維，要求學(xué)生在測(cè)繪機(jī)器的過(guò)程中，嘗試對(duì)機(jī)器某些零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)。教師結(jié)合專業(yè)知識(shí)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新方案進(jìn)行分析、評(píng)定。需要注意的是，即使對(duì)于一些不符合實(shí)際的異想天開(kāi)式的創(chuàng)意，也應(yīng)予以鼓勵(lì)，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新積極性。如圖2所示，為學(xué)生完成的齒輪泵裝配圖示例。

圖2 齒輪泵裝配圖

4 過(guò)程化、分段式成績(jī)考核方法

隨著教育改革的深入，對(duì)工程圖學(xué)課程的考試方法也進(jìn)行一定的改進(jìn)，以適應(yīng)拔尖人才的培養(yǎng)。不再以一張期末考試試卷決定學(xué)生的課程成績(jī)，充分參考學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)，結(jié)合每一階段實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)施新的過(guò)程化、分段式成績(jī)考核方案。其中工程圖學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容采用筆試考核方法，占總成績(jī)的50%，平時(shí)的習(xí)題作業(yè)占總成績(jī)的10%，構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)工程圖學(xué)實(shí)驗(yàn)課的成績(jī)占總成績(jī)的10%，自主型交互式機(jī)械設(shè)計(jì)制圖實(shí)驗(yàn)課的成績(jī)占總成績(jī)的30%。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)課的成績(jī)?cè)u(píng)定，采用教師打分與學(xué)生互評(píng)相結(jié)合的方法，力求公平公正。教師從專業(yè)的角度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分，對(duì)于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的創(chuàng)新性工作適當(dāng)加分。學(xué)生互評(píng)應(yīng)依據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中個(gè)人分工的完成情況進(jìn)行，對(duì)于實(shí)驗(yàn)各階段起到主導(dǎo)作用的部分學(xué)生予以加分，鼓勵(lì)其學(xué)習(xí)積極性。

5 結(jié) 論

總結(jié)三屆英才班學(xué)生考試測(cè)評(píng)，學(xué)生成績(jī)優(yōu)秀率分別達(dá)到40.8%，42.3%，45.1%，合格率為100%?；卦L專業(yè)課教師，這些學(xué)生制圖基本功扎實(shí)。在專業(yè)課的理論學(xué)習(xí)過(guò)程中，接受能力強(qiáng)，思維敏捷；在專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)階段，創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力較強(qiáng)，具有一定的團(tuán)隊(duì)合作素質(zhì)。

通過(guò)開(kāi)展適合拔尖人才培養(yǎng)模式下的工程圖學(xué)教學(xué)改革實(shí)踐，改善了工程圖學(xué)的教學(xué)效果，提高了學(xué)生的制圖能力，培養(yǎng)了其創(chuàng)新思維與工程意識(shí)，鍛煉了學(xué)生實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)合作素質(zhì)，為專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

隨著課程改革的不斷深化，總結(jié)改革實(shí)踐的成果與不足，在接下來(lái)的工程制圖教學(xué)工作中，應(yīng)安排好授課內(nèi)容與學(xué)生自學(xué)內(nèi)容的比例關(guān)系，加重實(shí)驗(yàn)課的比例。不斷地發(fā)展和完善，以期望達(dá)到更好的教學(xué)目標(biāo)。

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