基于“卓越計劃”的工程圖學(xué)教學(xué)改革研究

惠學(xué)芹 劉道標(biāo) 吳進 陳西府

摘 要： 文章以“卓越計劃”為引導(dǎo)，分析了工程圖學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，對工程圖學(xué)課程的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考試方式等進行了改革與研究。

關(guān)鍵詞： 卓越計劃 工程圖學(xué) 教學(xué)改革

教育部啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”），其主要目標(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、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量的工程技術(shù)人才。“卓越計劃”具有三個特點：一是企業(yè)的深度參與；二是按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)人才；三是強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，明確了我國工程教育改革發(fā)展的戰(zhàn)略重點[1]。

在工程教育背景下，以“卓越計劃”為引導(dǎo)，強化培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的要求，其核心是對學(xué)生進行科學(xué)的思維訓(xùn)練。工程圖學(xué)課程作為工科學(xué)生接觸的第一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是工科院校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要基礎(chǔ)課程之一，課程的主要目的是在正投影理論的基礎(chǔ)上，借助圖形表達培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和工程素養(yǎng)?？紤]企業(yè)對工程人才的要求和我國當(dāng)前高等教育實際，探索一套以創(chuàng)新思維與設(shè)計繪圖能力培養(yǎng)為核心、現(xiàn)代化教育技術(shù)為手段、有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生工程素養(yǎng)及工程設(shè)計能力的行之有效的教學(xué)方法，使學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)行之有效。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

工程圖學(xué)課程主要由制圖基礎(chǔ)、畫法幾何、機械圖樣、計算機繪圖和課程設(shè)計五個模塊組成，分兩個學(xué)期完成。工程圖學(xué)的教學(xué)處于傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代教育手段深度結(jié)合期，多媒體課件的應(yīng)用提高了課堂教學(xué)效率，但仍以傳授知識為主，忽略學(xué)生能力和素質(zhì)的提高，課程體系、教學(xué)內(nèi)容沒有與時俱進，與“卓越計劃”人才培養(yǎng)脫節(jié)。由于該課程實訓(xùn)性很強，掌握制圖的基本知識和基本能力需要課后大量的作業(yè)訓(xùn)練，學(xué)生在毫無工程背景、缺少工程實踐經(jīng)驗的前提下，僅靠課堂教學(xué)難以掌握，學(xué)生實踐課程課時嚴(yán)重不足，缺乏必要的實踐性訓(xùn)練，動手能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)缺乏有效的途徑；對學(xué)生學(xué)習(xí)效果缺乏科學(xué)、合理的評價方式，目前我校仍以傳統(tǒng)的考試方式為主。教學(xué)體系是以表達二維投影圖為主，顯然該模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、設(shè)計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，與卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)不相吻合。

二、教學(xué)改革

1.教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

（1）對畫法幾何部分、機械圖樣等內(nèi)容的調(diào)整。

重新修訂《教學(xué)大綱》，調(diào)整制圖基礎(chǔ)及畫法幾何、機械圖樣的內(nèi)容，削減畫法幾何中點、線、面的投影理論知識，所需內(nèi)容可融入基本體中介紹，去除畫法幾何中在制圖部分應(yīng)用極少或用計算機可方便求解的圖解法內(nèi)容；適度降低截交線和相貫線的教學(xué)難度；軸測圖內(nèi)容不必單獨成章，將其內(nèi)容穿插到基本體、組合體及機件表達方法等章節(jié)中介紹，這樣更有利于學(xué)生借助軸測圖進行讀圖和繪圖；去掉在制圖部分應(yīng)用較少的投影變章節(jié)，所需換面法的內(nèi)容可在斜視圖、斜剖視圖中補充介紹。點、線、面的投影規(guī)律，基本體投影及其表面上取點、線，立體表面交線線、組合體作圖等則是制圖的基礎(chǔ)，這些內(nèi)容是環(huán)環(huán)相扣、緊密聯(lián)系的，必須進行系統(tǒng)的講解，讓學(xué)生全面掌握。機件的表達方法及規(guī)定畫法、簡化畫法等必須讓學(xué)生熟練應(yīng)用，尺寸和技術(shù)要求的標(biāo)注必須從基礎(chǔ)知識部分就重點強調(diào)，直到零件圖和裝配圖都能規(guī)范地標(biāo)注為止。

（2）對計算機繪圖內(nèi)容的調(diào)整。

目前計算機繪圖的主要內(nèi)容包括平面圖形的繪制、三維實體的形成及尺寸和技術(shù)要求的標(biāo)注等。為了切實提高學(xué)生的計算機繪圖能力，安排大量的上機教學(xué)和練習(xí)時間。把制圖的理論知識部分穿插在上機教學(xué)中，如制圖的基本知識、國家標(biāo)準(zhǔn)介紹與AutoCAD繪圖界面放在一起介紹；點線面投影結(jié)合CAD的基本繪圖命令教學(xué)；截交線、相貫線、組合體等內(nèi)容和基本三維實體形成、疊加式組合體和切割式組合體原理展示給學(xué)生；標(biāo)準(zhǔn)件和常用件與CAD的塊和屬性的操作相結(jié)合。這樣既可以減少理論課的學(xué)時，又有利于學(xué)生邊學(xué)邊練，在理解和掌握制圖的基本理論與技能的同時，培養(yǎng)學(xué)生較強的空間想象能力和動手能力。傳統(tǒng)畫法幾何及制圖基礎(chǔ)內(nèi)容在減少的同時，增加三維設(shè)計內(nèi)容，有利于培養(yǎng)學(xué)生的空間思維及動手的能力。

計算機繪圖雖已普及，但尺規(guī)作圖仍是學(xué)生掌握制圖規(guī)范、培養(yǎng)學(xué)生繪圖技能及空間思維能力的重要途徑；計算機繪圖技術(shù)是一種繪圖環(huán)境和工具，是圖板和丁字尺的發(fā)展和延伸。實踐證明，只有掌握制圖知識的人，才能更好地掌握和使用計算機繪圖；徒手圖具有快速、靈活、高效的特點，在機器測繪、方案討論、技術(shù)交流、現(xiàn)場記錄均要用到徒手圖，通過徒手繪制草圖的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生表達產(chǎn)品設(shè)計構(gòu)思的能力；構(gòu)形設(shè)計是一種淡化設(shè)計和工藝的專業(yè)性要求，只是把形狀構(gòu)造出來，實現(xiàn)物體形狀的模擬或根據(jù)給定條件構(gòu)造實體，這種創(chuàng)意構(gòu)形、形體表達的過程，對于空間想象能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常有利[2]。因此，在教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)有尺規(guī)作圖、計算機繪圖、徒手繪圖及構(gòu)形設(shè)計四種繪圖能力的培養(yǎng)。

（3）對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的調(diào)整。

動手能力培養(yǎng)、工程素質(zhì)培養(yǎng)是工程圖學(xué)課程的職責(zé)。學(xué)生在課堂上、書本里學(xué)到的理論知識，只有經(jīng)過親身實踐、親力所為的動手操作，才能將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實踐行為和能力。加強訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、工程素質(zhì)的有力舉措[3]。工程圖學(xué)的教學(xué)的終極目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀工程圖樣的能力，為學(xué)生以后的研究設(shè)計和生產(chǎn)工作打好基礎(chǔ)。我們安排學(xué)生集中在兩周進行一級齒輪傳動減速器的測繪，在測繪過程中讓學(xué)生進行分組，通過對相關(guān)零件的觀察、分析，測繪并徒手畫出各零件草圖；用尺規(guī)畫出指定的零件圖；利用計算機繪圖軟件建立三維模型、虛擬裝配并分解成爆炸圖；利用CAD軟件繪制指定的零件圖；最后用尺規(guī)完成一張0號的減速器裝配圖并進行答辯。通過這樣的綜合實踐，改變過去以二維圖形為核心的實踐教學(xué)模式，不僅改進學(xué)生的設(shè)計思維方式，掌握先進的設(shè)計表達方法，而且增強學(xué)生的工程設(shè)計意識。

三、教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革

隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展、3D打印機技術(shù)的出現(xiàn)和快速應(yīng)用，通過學(xué)科知識交叉滲透發(fā)展工程圖學(xué)課程及如何圍繞以投影基礎(chǔ)為核心，針對培養(yǎng)學(xué)生思維能力和圖形表達能力的內(nèi)容展開課程改革，是圖學(xué)教育者必須思考的問題[4]。

1.構(gòu)建新的課程體系

畫法幾何、機械圖樣、計算機繪圖三個模塊在內(nèi)容上循序漸進，既互相滲透又自成體系，應(yīng)使它們有機結(jié)合起來。在理論教學(xué)中將形體分析法、線面分析法、構(gòu)型分析法均作為學(xué)生畫圖、讀圖、進行工程設(shè)計訓(xùn)練的基本方法，強化創(chuàng)造性構(gòu)型能力的培養(yǎng)。在實踐教學(xué)中，注重尺規(guī)作圖、徒手作圖、計算機繪圖三種繪圖技能并重的培養(yǎng)模式，使學(xué)生具備準(zhǔn)確、快速表達設(shè)計創(chuàng)意和理念的能力，從而完成教學(xué)目標(biāo)由單純圖解、圖示向培養(yǎng)創(chuàng)造性構(gòu)型能力方面的轉(zhuǎn)移。根據(jù)企業(yè)目前對人才的要求及“卓越計劃”的目標(biāo)，工程圖學(xué)的改革應(yīng)將以二維投影圖為核心的傳統(tǒng)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詮呢?zé)任意識、標(biāo)準(zhǔn)意識、制造過程知識、教學(xué)實踐環(huán)節(jié)等方面著手，對學(xué)生進行工程意識的啟蒙教育，在工程圖學(xué)教學(xué)過程中滲透工程意識的教學(xué)模式，建立以培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力、實踐能力及創(chuàng)新能力為主線的教學(xué)體系。

2.教學(xué)方法的改革

在課堂教學(xué)中，采用“啟發(fā)式”、“互動研討式”“案例式”等多種形式的教學(xué)，課前先梳理出每個章節(jié)的難點和重點，然后反復(fù)進行講授和引導(dǎo)。將單一的課堂教學(xué)擴展到課堂教學(xué)、學(xué)生自學(xué)、查閱資料、討論實踐等多種形式中，發(fā)散學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的求知欲。同時，引導(dǎo)學(xué)生利用AutoCAD中的三維功能，自己動手構(gòu)造在截交線、相貫線、組合體練習(xí)中遇到的實體模型，再現(xiàn)畫法幾何和制圖作業(yè)中的空間情況。使學(xué)生在課內(nèi)、課外實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，能融合課堂所學(xué)知識、學(xué)會查閱工程資料、鍛煉圖示表達能力和繪圖技能[5]。教師注重恰當(dāng)增加工程實踐元素，將生產(chǎn)環(huán)境與工程圖學(xué)教學(xué)環(huán)境有機結(jié)合、有效銜接，將制圖知識與工程實際設(shè)計與制造有機結(jié)合，加深學(xué)生對課程知識的理解，使學(xué)生更快捷地學(xué)習(xí)和理解制圖課程的內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。

3.教學(xué)手段的改革

（1）以多媒體教學(xué)為主，兼顧傳統(tǒng)的教學(xué)方式。

以多媒體技術(shù)為基礎(chǔ)的CAI課件教學(xué)具有圖、文、聲并茂的優(yōu)點，可明顯地提高教學(xué)效率。但由于其速度快，信息量大，留給學(xué)生思考的時間少，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)次序相對固定，常常會使教師的主導(dǎo)地位被掩蓋，顯得程序化，還要借助傳統(tǒng)教學(xué)方式中的黑板板書、實體模型及三維設(shè)計為主線的教學(xué)方法等。板書能把教學(xué)內(nèi)容與教師的教學(xué)方法和思維方式全面地展示出來，實體模型則讓學(xué)生感覺到所學(xué)的知識是看得見、摸得著的，非常直觀地體現(xiàn)原理和方法，三維形體具有較強的可視性，能準(zhǔn)確地反映工程師的設(shè)計思想；直接利用零件模型數(shù)據(jù)進行虛擬裝配、生成相應(yīng)的二維投影圖，從而增強學(xué)生的感性認識和加快對知識的理解。

（2）采用多元化的教學(xué)手段。

采用“啟發(fā)式”教學(xué)方法，教師應(yīng)及時、靈活地使用黑板板書和教鞭，使教師的經(jīng)驗得以展示，且?guī)熒乃季S同步互動，通過提問、啟發(fā)將教學(xué)內(nèi)容引人課堂教學(xué)。教師在講解一定教學(xué)內(nèi)容期間可以進行師生互動，還可以結(jié)合學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容，師生交流創(chuàng)新感想和研討創(chuàng)新問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)課程內(nèi)容和進行課外創(chuàng)新。通過“學(xué)生示范講解”教學(xué)方法，一方面可以使學(xué)生起到示范輻射的作用，提高廣大學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進學(xué)生自學(xué)，激發(fā)學(xué)生興趣，使學(xué)生注意力更集中、穩(wěn)定和持久，思維更積極活躍，即有利于知識的獲取和知識的保持。另一方面教師能夠及時掌握學(xué)生課程學(xué)習(xí)水平，以便及時對學(xué)生補充指導(dǎo)[3]。通過“案例式”教學(xué)方法，將計算機繪圖的內(nèi)容穿插到制圖基礎(chǔ)、畫法幾何、機械圖樣相應(yīng)的章節(jié)，使學(xué)生更好地掌握工程圖學(xué)、計算機繪圖的知識。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適時應(yīng)用機械CAD/CAM軟件可以將產(chǎn)品的功能、設(shè)計、裝配仿真等內(nèi)容生動地展現(xiàn)出來；可以對部分產(chǎn)品進行有限元分析、運動分析、數(shù)控模擬加工等后置處理。這種融合教學(xué)能使學(xué)生初步了解現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計、制造的基本流程及所涉及的前沿技術(shù)，強化學(xué)生的工程意識，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。采用多元化教學(xué)手段表達傳授制圖知識和軟件應(yīng)用，強調(diào)繼承傳統(tǒng)教學(xué)與二者有機結(jié)合、優(yōu)勢互補[5]。

4.加強師資隊伍建設(shè)

高等教育質(zhì)量的提高關(guān)鍵在于教師素質(zhì)的提高，大學(xué)教師在高等教育體系中起著主導(dǎo)作用，“卓越計劃”要求教師具有良好的工程實踐能力，不斷更新工程知識，教師要站在本學(xué)科的前沿，追蹤本學(xué)科的發(fā)展動向，保持教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段的“科學(xué)性”及“時效性”。為此，我校為“卓越計劃”的學(xué)生配備學(xué)校和企業(yè)“雙導(dǎo)師”，學(xué)校導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師分工協(xié)作，有機配合，共同為學(xué)生課內(nèi)實踐、企業(yè)實習(xí)實踐和工程項目開發(fā)及科技創(chuàng)新等提供指導(dǎo)。充分發(fā)揮校內(nèi)導(dǎo)師與企業(yè)導(dǎo)師的優(yōu)勢，促進學(xué)生學(xué)業(yè)規(guī)劃、工程項目研究、企業(yè)實踐的順利開展。組建復(fù)合型教學(xué)團隊，吸收專業(yè)課教師加入。實施圖學(xué)教師交叉授課，至少還要講授一門其他相關(guān)課程，或者參與相關(guān)的課程設(shè)計、機械創(chuàng)新大賽、專業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)等實踐教學(xué)工作，使學(xué)生在大一學(xué)習(xí)到的圖學(xué)知識，與大二、大三的課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)和大四的畢業(yè)設(shè)計等形成臺階，不間斷地逐層深入地學(xué)習(xí)圖學(xué)知識，互相滲透、有機結(jié)合、有效拓展和縱向延伸，形成臺階式教學(xué)模式，強化圖學(xué)與專業(yè)課之間的融合和縱向貫通。課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等設(shè)計圖紙和答辯等教學(xué)環(huán)節(jié)必須有圖學(xué)教師參與指導(dǎo)、監(jiān)督、評定和答辯，從而使圖學(xué)分散在各個不同階段得以強化。

四、結(jié)語

以“卓越計劃”為目標(biāo)的工程圖學(xué)的教學(xué)改革體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段等一系列方面，強調(diào)工程實踐能力和工程設(shè)計能力的培養(yǎng)，把實踐教學(xué)、工程案例融入理論教學(xué)的各知識點，不僅增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，而且對培養(yǎng)學(xué)生的讀圖能力、繪圖能力、構(gòu)形能力、創(chuàng)新能力、工程意識和工程素質(zhì)都有深遠的意義。通過改革工程圖學(xué)教學(xué)手段，提高了工程圖學(xué)課程的教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和將來從事信息化制造業(yè)工作打下了基礎(chǔ)，進而有利于培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才。

參考文獻：

[1]葛長虹，馬筱聰，李大龍，等.構(gòu)建基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和CDIO的工程圖學(xué)教學(xué)體系.工程圖學(xué)學(xué)報，2014（2）：121-126.

[2]梁培生，朱波，吳巨龍，顧金鳳，等.工程制圖教學(xué)改革的研究和實踐.科技信息，2010（3）：188-189.

[3]伊鵬，劉衍聰，牛文杰，等.以工程意識教育為導(dǎo)向的工程圖學(xué)能力培養(yǎng)方法探析.工程圖學(xué)學(xué)報，2014（6）：935-940.

[4]穆浩志，王曉菲，柳丹，等.卓越計劃背景下的工程圖學(xué)教學(xué)改革探討.模具工業(yè)，2014，40（11）：60-70.

[5]季陽萍.現(xiàn)代圖學(xué)教育亟待解決的兩個傾向問題.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014（4）：83-85.

[6]高征兵，秦永法，等.基于“卓越計劃”的工程圖學(xué)課程改革.裝備制造技術(shù)，2014（9）：283-285.

教改項目編號：2015JSJG264

2015年江蘇省高等教育教改項目“面向先進制造業(yè)應(yīng)用型高級工程人才培養(yǎng)的校企協(xié)同育人機制研究”