創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下機(jī)械制圖課程的教學(xué)改革

施高萍，項(xiàng) 春，王 鶯，王益土

(浙江水利水電學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下機(jī)械制圖課程的教學(xué)改革

施高萍，項(xiàng) 春，王 鶯，王益土

(浙江水利水電學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”發(fā)展戰(zhàn)略的提出和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械制圖課程的教學(xué)內(nèi)容提出了新要求.以培養(yǎng)高技能創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，結(jié)合機(jī)械制圖課程特點(diǎn)，分析了當(dāng)前機(jī)械制圖課程教學(xué)中存在的問(wèn)題.通過(guò)優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)，將計(jì)算機(jī)三維造型融入課程教學(xué)，課程教學(xué)符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念.教學(xué)中圍繞工程應(yīng)用實(shí)踐，采用“體”為中心教學(xué)、開(kāi)放性題型訓(xùn)練及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革等多種教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力.

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)；機(jī)械制圖；教學(xué)改革

創(chuàng)新是引領(lǐng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一動(dòng)力，我國(guó)未來(lái)的發(fā)展要靠科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，而不是傳統(tǒng)的勞動(dòng)力以及資源能源驅(qū)動(dòng).因此，必須把創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展作為面向未來(lái)的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略來(lái)實(shí)施.創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是人才驅(qū)動(dòng)，而加快培養(yǎng)創(chuàng)新型科技人才是人才驅(qū)動(dòng)的重要內(nèi)容.在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》中，明確了這十年我國(guó)高等教育的主要任務(wù)之一就是培養(yǎng)大量創(chuàng)新型科技人才[1].

隨著我國(guó)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的思路逐步落地，數(shù)字化、智能化技術(shù)在制造業(yè)各領(lǐng)域的融合滲透，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品概念、零部件設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配、外觀造型及動(dòng)畫(huà)演示直到工程制造全部過(guò)程的計(jì)算機(jī)化，計(jì)算機(jī)輔助繪圖已向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，工程語(yǔ)言已從二維向三維轉(zhuǎn)變.機(jī)械制圖作為工程語(yǔ)言，其教學(xué)應(yīng)密切注意計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，其培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和分析、解決問(wèn)題的能力[2]，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)意意識(shí)，以滿足社會(huì)發(fā)展需要.

1 機(jī)械制圖課程的教學(xué)及教改方向

1.1 課程教學(xué)結(jié)構(gòu)

機(jī)械制圖是機(jī)械類專業(yè)大一學(xué)生必修的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程主要內(nèi)容是以正投影法和“機(jī)械制圖”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為基礎(chǔ)，研究機(jī)械圖樣的繪制和閱讀.課程教學(xué)首先通過(guò)點(diǎn)、線、面、體、組合體這樣的流程順序講述形體，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和空間思維能力；然后再通過(guò)剖視圖、斷面圖等機(jī)件常用表達(dá)方法，對(duì)零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述；以零件圖、裝配圖和零件測(cè)繪等環(huán)節(jié)作為應(yīng)用部分，融入計(jì)算機(jī)繪圖，進(jìn)行綜合繪圖能力的訓(xùn)練.

該種教學(xué)結(jié)構(gòu)，以點(diǎn)、線、面的二維形象作為教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)，既不符合認(rèn)知規(guī)律又與現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念不相符.依據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，工程設(shè)計(jì)人員都是先利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維構(gòu)型，后轉(zhuǎn)換成二維視圖進(jìn)行表達(dá).而抽象的點(diǎn)、線、面二維形象，學(xué)生會(huì)因空間想象力不足而難以充分表達(dá)三維物體，會(huì)產(chǎn)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程困難的陰影.

1.2 課程教學(xué)方法

(1)課程教學(xué)以教師課堂講授為主，課后學(xué)生完成局部知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)單作業(yè)為輔的教學(xué)模式.作業(yè)的解題思路大多為固定模式，答案確定，如組合體練習(xí)，其對(duì)應(yīng)的作業(yè)題型往往是已知組合體的兩視圖，補(bǔ)畫(huà)第三視圖，且第三視圖的答案唯一.該種作業(yè)方式雖可起到鞏固概念、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的作用，但由于答案唯一，導(dǎo)致學(xué)生的思考方式單一，思維封閉.因而無(wú)法更好的激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的潛能，無(wú)法拓展學(xué)生的創(chuàng)新性思維空間.

(2)機(jī)械制圖課程在課程最后開(kāi)設(shè)了為期2 周的零件測(cè)繪及CAD實(shí)訓(xùn).2 周的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及要求(見(jiàn)表1).

表1 零件測(cè)繪及CAD實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

這種實(shí)訓(xùn)方式能使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)得以融會(huì)貫通，有利于學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練，但這種方式實(shí)訓(xùn)結(jié)束后學(xué)生將所繪制圖紙上交即可，學(xué)生無(wú)法進(jìn)一步了解自己所測(cè)繪的零件尺寸是否正確、零件所標(biāo)注的尺寸是否合理、各零件間裝配是否會(huì)存在干涉等系列問(wèn)題.此外，該種實(shí)訓(xùn)方式僅讓學(xué)生采用尺規(guī)和計(jì)算機(jī)繪制二維圖紙，這會(huì)讓學(xué)生誤以為機(jī)械制圖課程僅是一門(mén)畫(huà)圖課程，與三維設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，這與機(jī)械制圖課程的培養(yǎng)目標(biāo)不一致.

1.3 課程教學(xué)改革方向

從2008—2015年已舉行了八屆的“全國(guó)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”(以下簡(jiǎn)稱成圖大賽)，參與院校眾多，影響力較大，它是反映我國(guó)高校機(jī)械制圖課程教學(xué)最高水平的賽事.第八屆成圖大賽的競(jìng)賽內(nèi)容(見(jiàn)表2).

表2 第八屆成圖大賽競(jìng)賽內(nèi)容

由表2可知，其競(jìng)賽內(nèi)容主要分為“尺規(guī)繪圖”和“計(jì)算機(jī)三維建?！眱纱蟛糠郑渲杏?jì)算機(jī)二維繪圖在2011年后就取消了.這說(shuō)明尺規(guī)繪制零件圖和計(jì)算機(jī)三維繪圖已成為制圖的基本能力.“尺規(guī)繪圖”中，智力投影與自由構(gòu)形分值為50分，占總分值25%.“計(jì)算機(jī)三維建?！敝?，創(chuàng)建一個(gè)275 mL的塑料容器亦為自由構(gòu)形，要求構(gòu)形出的容器滿足給定的材料要求和工藝要求，這說(shuō)明在制圖教學(xué)中除培養(yǎng)學(xué)生的讀圖和制圖能力外，還應(yīng)注重學(xué)生形體構(gòu)思能力的培養(yǎng)，還應(yīng)注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和可加工性.

因此，今后機(jī)械制圖課程的教學(xué)應(yīng)建立在三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，教學(xué)應(yīng)圍繞工程應(yīng)用實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，強(qiáng)化設(shè)計(jì)、制圖、表達(dá)三者之間的關(guān)系，切實(shí)提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力和現(xiàn)代設(shè)計(jì)能力[3-5].

2 機(jī)械制圖課程的教學(xué)改革

2.1 課程體系結(jié)構(gòu)

從CAD三維建模的設(shè)計(jì)思想出發(fā)，打破傳統(tǒng)機(jī)械制圖以二維視圖表達(dá)三維形體的思維方式，用三維設(shè)計(jì)理念講授機(jī)械制圖，將學(xué)生被動(dòng)地學(xué)習(xí)二維生產(chǎn)圖樣的繪制變?yōu)樽灾鞯剡M(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使機(jī)械制圖課程成為以計(jì)算機(jī)三維造型為主、二維繪圖為輔，結(jié)合各類專業(yè)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與繪圖高度統(tǒng)一的綜合類課程，其課程體系結(jié)構(gòu)(見(jiàn)表3).

表3 機(jī)械制圖課程體系結(jié)構(gòu)

2.2 課程教學(xué)方法

(1)以“體”為中心教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)

課程講授時(shí)，直接從學(xué)生熟悉的三維空間物體(如三棱錐等)入手，把投影原理中按點(diǎn)、線、面、體的投影教學(xué)，改為由三維形體出發(fā)分析體中的點(diǎn)、線、面的二維圖形.以“體”為中心的教學(xué)，符合人類認(rèn)知規(guī)律，便于學(xué)生理解和記憶，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.在教學(xué)中以“體”為中心，不斷強(qiáng)化體的三維形象，增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)和形體的儲(chǔ)備，為學(xué)生空間想象力的發(fā)展奠定扎實(shí)基礎(chǔ)[6].

(2)開(kāi)放性題型訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

為培養(yǎng)學(xué)生的構(gòu)形及圖形表達(dá)能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，并使學(xué)生學(xué)會(huì)用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題的能力，可通過(guò)一題多變型、一題多解型、多重答案型等開(kāi)放性題型訓(xùn)練，以培養(yǎng)學(xué)生的求異思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力.

①一題多變型題目.如講授立體的投影，可利用計(jì)算機(jī)三維建模軟件，進(jìn)行圓柱體演變后視圖的補(bǔ)線訓(xùn)練.通過(guò)條件變化、投影變換，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)投影規(guī)律，使學(xué)生的思維能力隨條件的變換而得到不斷提高，使學(xué)生的創(chuàng)造性思維得到培養(yǎng)和鍛煉.

②一題多解型題目.如進(jìn)行組合體視圖表達(dá)，可要求學(xué)生根據(jù)給定的視圖，構(gòu)思出多種不同的形體.圖1為第八屆全國(guó)成圖大賽中一題多解型題目.通過(guò)該類題型的訓(xùn)練，可拓寬學(xué)生解題思路，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，增強(qiáng)思維的創(chuàng)新性.

圖1 一題多解型題目的左視圖

③多重答案型題目.如講授零件圖的表達(dá)方案選擇，可要求學(xué)生從不同角度觀察零件，提出不同的表達(dá)方案并進(jìn)行分析比較.通過(guò)多重答案題型訓(xùn)練，可開(kāi)闊學(xué)生思路，拓寬學(xué)生思維領(lǐng)域.

2.3 改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)

在機(jī)械制圖課程教學(xué)中，計(jì)算機(jī)繪圖教學(xué)貫穿于課程教學(xué)始終，讓學(xué)生盡早掌握計(jì)算機(jī)三維建模的方法，學(xué)習(xí)符合設(shè)計(jì)和工藝要求的造型方法，引導(dǎo)學(xué)生從身邊的實(shí)物出發(fā)，從概念設(shè)計(jì)、改進(jìn)設(shè)計(jì)、發(fā)明創(chuàng)造的角度發(fā)掘設(shè)計(jì)靈感，利用計(jì)算機(jī)三維建模軟件完成產(chǎn)品設(shè)計(jì).這不僅可提高學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，還可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí).

在為期2周的零件測(cè)繪與CAD實(shí)訓(xùn)中，通過(guò)一套中等復(fù)雜程度部件的測(cè)繪，三維建模和創(chuàng)建二維工程圖，可提升學(xué)生的機(jī)械制圖能力和計(jì)算機(jī)三維建模應(yīng)用能力，其實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及要求(見(jiàn)表3).

表3 零件測(cè)繪與CAD實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及要求

在實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生除進(jìn)行尺規(guī)繪制部件的裝配圖和零件圖外，還需進(jìn)行三維實(shí)體造型和產(chǎn)品裝配.通過(guò)計(jì)算機(jī)三維建模，學(xué)生可進(jìn)一步了解自己所測(cè)繪的零件尺寸是否正確，可解決建模(裝配)過(guò)程中出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，如草圖過(guò)定義，裝配干涉等問(wèn)題.通過(guò)三維模型創(chuàng)建二維工程圖，學(xué)生可自行檢驗(yàn)自己所選擇的表達(dá)方案是否合適，視圖表達(dá)是否清晰、表達(dá)內(nèi)容是否完全.此外，學(xué)生還可通過(guò)對(duì)規(guī)格、性能等的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改從而設(shè)計(jì)出一款新產(chǎn)品，最后由三維軟件生成零件圖和裝配圖.該種實(shí)訓(xùn)方式，既符合實(shí)際的設(shè)計(jì)流程，提升了學(xué)生的工程意識(shí)和工程素養(yǎng)，又培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力.

3 教學(xué)效果

自2013年開(kāi)始在浙江水利水電學(xué)院本科班嘗試機(jī)械制圖課程教學(xué)改革以來(lái)，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得到了大幅度的提高.2014年，浙江水利水電學(xué)院學(xué)生參加第二屆浙江省大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽(本科組)，榮獲二等獎(jiǎng)；2016年5月，該校學(xué)生參加浙江省首屆大學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽“小型足球機(jī)器人競(jìng)賽”項(xiàng)目，榮獲一等獎(jiǎng)；同年，該校學(xué)生參加浙江省第十三屆大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽，榮獲一等獎(jiǎng).

4 結(jié) 論

國(guó)家“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”發(fā)展戰(zhàn)略的提出和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械制圖課程教學(xué)提出了新的更高要求.實(shí)踐表明，機(jī)械制圖教學(xué)中融入計(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)，同時(shí)緊密圍繞工程應(yīng)用實(shí)際，可加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識(shí)的培養(yǎng)，可切實(shí)提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力和現(xiàn)代設(shè)計(jì)能力，適應(yīng)了我國(guó)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的發(fā)展需要.

[1] 楊曉慧.我國(guó)高校創(chuàng)業(yè)教育與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)研究[J].中國(guó)高教研究，2015(1):39-44.

[2] 楊 薇，張京英，張 輝，等.機(jī)械制圖三結(jié)合實(shí)踐教學(xué)模式的探索[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(1)：127-130.

[3] 宋洪俠.深化機(jī)械制圖教學(xué)改革培養(yǎng)高技能創(chuàng)新型人才[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34(3)：142-147.

[4] 李冬梅，張持重，張耀娟，等.以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的設(shè)計(jì)圖學(xué)課程改革的研究與實(shí)踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(3)：161-164.

[5] 胡 琳.“工程制圖”工程項(xiàng)目引入法實(shí)踐教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(2)：167-173.

[6] 王 鶯，施高萍.三維CAD技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2009，21(3)：88-90.

Innovation-drivenTeachingReformofMechanicalDrawing

SHI Gao-ping,XIANG Chun,WANG Ying,WANG Yi-tu

(College of Mechanical and Automotive Engineering,Zhejiang University of Water Resources and Electric Power,Hangzhou 310018,China)

The proposal of innovation-driven development strategy and the development of computer-aided design technique have raised new requirement for teaching content of Mechanical Drawing. To cultivate high-skilled innovative talents,the problems in the course teaching are analyzed in combination with its characteristics. By optimizing curriculum system structure,the method of description for solid modeling is merged into mechanical drawing course,which is accord with modern design idea. In order to train students' innovative consciousness,initiative spirit and innovative ability,various teaching methods have been adopted,such as teaching of taking solid as central,opening-up exercises and reforming the practice teaching content.

innovation-driven; mechanical drawing; teaching reform

2016-06-10

2015年度浙江省高等教育課堂教學(xué)改革項(xiàng)目(KG2015506)

施高萍(1978-)，女，浙江縉云人，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)镃AD/CAM及工程力學(xué).

G642.0

A

1008-536X(2016)10-0084-04