工程圖學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐

魯善文 王蘭美 殷昌貴

摘要：在分析工程圖學(xué)課程在學(xué)生培養(yǎng)體系中的功能基礎(chǔ)上，以保證課程對學(xué)生“兩種能力、一種素質(zhì)”的培養(yǎng)強(qiáng)化為目的，從構(gòu)建新的課程內(nèi)容體系入手，針對課程不同內(nèi)容設(shè)計(jì)不同的教學(xué)方法，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)升級教學(xué)手段，探索實(shí)踐了課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系，構(gòu)建了新的課程考核評價(jià)方案。教學(xué)實(shí)踐表明，教學(xué)質(zhì)量得到一定的提高。

關(guān)鍵詞：工程圖學(xué);課程群;教學(xué)研究;實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TB 23 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）07-0120-02

工程圖學(xué)是高等工科院校本科生必修的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，被稱為工程技術(shù)界的語言，其教學(xué)是以圖形為主，研究由空間抽象到平面，再由平面想象到空間的復(fù)雜轉(zhuǎn)化過程，最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生對三維空間幾何形體的想象和二維工程圖樣的繪制與閱讀能力，為空間構(gòu)思課程設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至畢業(yè)后的職業(yè)能力奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于教學(xué)計(jì)劃的修訂和調(diào)整，新開課程的不斷增加，本課程學(xué)時(shí)數(shù)減少很多，因此，建立新的教學(xué)內(nèi)容體系勢在必行[1]。

一、工程圖學(xué)課程在學(xué)生培養(yǎng)體系中的功能分析

工程圖學(xué)課程教學(xué)的核心功能是培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀工程圖樣的能力。工程圖樣的成圖方式有徒手成圖、儀器成圖、計(jì)算機(jī)成圖[2]，其核心課程是“畫法幾何及工程制圖”，它是學(xué)生接受工科高等教育以來接觸的第一門與工程有關(guān)的課程。其主要功能是培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)表達(dá)能力，即讓學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，掌握工程界表達(dá)、交流技術(shù)思想的語言。用圖形語言描述工程設(shè)計(jì)，該功能是顯而易見的，也是圖學(xué)教育和工程界普遍認(rèn)可和重視的，姑且稱其為顯性功能;它還具備培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力、設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力、工程綜合素質(zhì)等功能，這些常常被忽略的，被稱為隱性功能[3]。

其中空間思維能力培養(yǎng)是本課程特有的，它極大地影響著設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。我們把課程功能歸納為“兩種能力、一種素質(zhì)”的課程培養(yǎng)功能，即“工程設(shè)計(jì)表達(dá)能力（顯性功能）、工程思維創(chuàng)新實(shí)踐能力（隱性功能）和工程綜合素質(zhì)（隱性功能）”。

隱性功能不但影響著顯性功能的發(fā)揮，而且影響著學(xué)生的整體素質(zhì)和思維水平的提升，在學(xué)生培養(yǎng)中的作用和意義重大而深遠(yuǎn)。

二、工程圖學(xué)課程群改革與實(shí)踐

以保證課程對學(xué)生“兩種能力、一種素質(zhì)”培養(yǎng)強(qiáng)化為目的，對課程內(nèi)容體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目及課程考核評價(jià)進(jìn)行了研究、建設(shè)與實(shí)踐。

（一）內(nèi)容體系改革

以強(qiáng)化機(jī)械類人才能力培養(yǎng)為指導(dǎo)思想，重理論、強(qiáng)基礎(chǔ)，創(chuàng)建了“三基”（基本投影理論知識(shí)、基本圖示方法、基本繪圖技術(shù)）為主線、兼顧設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)及工程綜合素質(zhì)提高的畫法幾何及工程制圖課程內(nèi)容體系。

為了培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)表達(dá)能力，優(yōu)化課程傳統(tǒng)內(nèi)容，適當(dāng)降低畫法幾何部分的知識(shí)深度，加強(qiáng)圖樣表達(dá)方案的教學(xué)與訓(xùn)練;為了啟迪學(xué)生的設(shè)計(jì)思維，培養(yǎng)綜合素質(zhì)，課程中增設(shè)構(gòu)型設(shè)計(jì)的內(nèi)容。對于重視嚴(yán)謹(jǐn)訓(xùn)練的工科學(xué)生來講，注入思維結(jié)果為多解式的教學(xué)內(nèi)容是非常必要的;在“零件圖”前增加“機(jī)械工程圖概述”內(nèi)容，介紹零件、機(jī)器、機(jī)械工程圖樣以及機(jī)械工程圖樣在機(jī)械產(chǎn)品中的作用，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)零件圖、裝配圖時(shí)從整體上有一個(gè)了解，更容易學(xué)習(xí)和掌握工程圖樣;為強(qiáng)化徒手繪圖技術(shù)，分別在制圖的基本知識(shí)與技能、軸測投影、零件測繪、部件測繪多處設(shè)有徒手草圖內(nèi)容。

（二）教學(xué)方法研究

1.教學(xué)方法創(chuàng)新研究：以強(qiáng)化“兩種能力、一種素質(zhì)”培養(yǎng)為目的，教學(xué)中開展形式多樣化的創(chuàng)新活動(dòng)，重點(diǎn)在于引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生積極參與創(chuàng)新活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生對創(chuàng)新活動(dòng)的興趣。要為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)寬松的環(huán)境，依據(jù)個(gè)人興趣，發(fā)揮和挖掘他們的潛能。如開展模型設(shè)計(jì)制作、三維設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng)。

2.思維訓(xùn)練方法研究：例如畫法幾何綜合問題，都是綜合約束或多條件約束題目，分別可采取分解約束或逐個(gè)滿足約束的分析方法、軌跡法、逆推法，分析找出最多量解題思路，再比較分析優(yōu)選解題方法，培養(yǎng)梳理解決紛亂復(fù)雜問題的能力、優(yōu)選習(xí)慣與思維方法;利用組合體形體分析，培養(yǎng)學(xué)生把復(fù)雜問題分解為簡單問題的思維方法——“化整為零，積零為整”的分析解決問題方法;構(gòu)型設(shè)計(jì)給出“單面視圖”約束或多形體約束并重視答案的多量和特異，以激發(fā)想象，培養(yǎng)多向思維，啟發(fā)功能聯(lián)想，訓(xùn)練培養(yǎng)工程創(chuàng)新思維等。再引申反證工程圖表達(dá)形體必須唯一確定，使學(xué)生高度認(rèn)識(shí)工程圖樣100%絕對正確的重要性以培養(yǎng)工程素質(zhì)。

3.實(shí)驗(yàn)實(shí)踐方法研究：以強(qiáng)化“兩種能力、一種素質(zhì)”培養(yǎng)為目的，針對中學(xué)時(shí)為應(yīng)試而學(xué)習(xí)的學(xué)生，在大學(xué)第一門與技術(shù)相關(guān)的課程中設(shè)計(jì)并設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可起到循序漸進(jìn)地培養(yǎng)工程實(shí)踐能力的目的。在原來的測繪基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以“模？壙圖”多重循環(huán)為標(biāo)志的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括模型速畫、模型制作、創(chuàng)新構(gòu)型設(shè)計(jì)與模型制作、機(jī)械拆裝、零件測繪、實(shí)戰(zhàn)CAD等。

（三）教學(xué)手段建設(shè)

以強(qiáng)化“兩種能力、一種素質(zhì)”培養(yǎng)為目的，結(jié)合課程內(nèi)容體系改革，將現(xiàn)代多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用到教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段的提升。

1.CAI課件系統(tǒng)研發(fā)：以體現(xiàn)教育思想，使“空間？壙平面”思維過程可視化，實(shí)現(xiàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的廣義積累與疊加為設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了助教型、助學(xué)型、創(chuàng)新與工程能力培養(yǎng)型、測評型課件構(gòu)成的CAI輔助教學(xué)系統(tǒng)，并進(jìn)行了研發(fā)。

2.網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)：作為信息交換巨大寶庫的互聯(lián)網(wǎng)，正日益成為人們學(xué)習(xí)新知識(shí)、獲取新技術(shù)和了解新情況的途徑。網(wǎng)絡(luò)具有信息量大、知識(shí)面廣、操作敏捷、資源共享等特點(diǎn)。目前課程建設(shè)的研究成果全部上傳畫法幾何及工程制圖國家精品網(wǎng)站，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生網(wǎng)上訪問電子教案，重現(xiàn)教學(xué)過程，按個(gè)人需要靈活選學(xué)教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生可以跟著教師在網(wǎng)上邊學(xué)邊進(jìn)行同步操作，也可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上答疑和提供教學(xué)信息。網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)將極大地提高學(xué)習(xí)的效率和效果。

（四）實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)研究

1.實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)：通過實(shí)踐獲得的知識(shí)是學(xué)生真正通過自己的體驗(yàn)、思索獲得的，它具有更好的效果和持久性。但是，目前學(xué)生普遍缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。解決方法包括以下幾個(gè)方面：（1）根據(jù)由實(shí)踐到理論的認(rèn)知規(guī)律，新增加了如下實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)：“機(jī)械及產(chǎn)品認(rèn)知”實(shí)驗(yàn)、組合體徒手速畫訓(xùn)練、“立體模型制作”實(shí)驗(yàn)等。（2）把計(jì)算機(jī)繪圖的理論講授與上機(jī)實(shí)踐結(jié)合在一起進(jìn)行。教師講完一部分內(nèi)容，學(xué)生接著進(jìn)行練習(xí)，遇到問題及時(shí)解決，見效很快。最后進(jìn)行零件圖和裝配圖的綜合上機(jī)實(shí)驗(yàn)。（3）一周的集中測繪是學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)在實(shí)踐中的綜合運(yùn)用。此過程分小組進(jìn)行，每位教師指導(dǎo)10～15名學(xué)生，教師經(jīng)常檢查學(xué)生的測繪情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)討論解決。學(xué)生們可以互相討論，培養(yǎng)了協(xié)同工作能力和團(tuán)隊(duì)精神。這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生的綜合能力得到鍛煉和提高，是一個(gè)讓學(xué)生收獲很大的教學(xué)環(huán)節(jié)。

2.實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)實(shí)施手段建設(shè)：通過教學(xué)實(shí)踐總結(jié)形成一套針對各實(shí)踐性教學(xué)項(xiàng)目的具體實(shí)施方法。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐手段建設(shè)采用自建和共享。（1）自建有計(jì)算機(jī)房、手工模型制作室（陶泥、泡沫）、機(jī)制模型實(shí)驗(yàn)室（微型機(jī)床）。根據(jù)課程自身?xiàng)l件實(shí)施實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：自備小型工具、微型機(jī)床完成手工模型制作;自備模型完成測繪實(shí)踐;專用機(jī)房完成計(jì)算機(jī)二維繪圖、三維建模。（2）共享有機(jī)械原理零件實(shí)驗(yàn)室、學(xué)校實(shí)訓(xùn)中心（機(jī)械廠）。充分利用學(xué)校教育資源，通過參觀零件實(shí)驗(yàn)室、實(shí)習(xí)工廠完成機(jī)械認(rèn)知實(shí)驗(yàn);借助實(shí)訓(xùn)中心完成機(jī)制模型實(shí)驗(yàn)和三維數(shù)字建模輸出。

（五）考核評價(jià)方法改革

課程傳統(tǒng)考核方式沿用初高中的考核方式，沒有在真正意義上實(shí)現(xiàn)對學(xué)生知識(shí)掌握和運(yùn)用能力的評價(jià)。存在的弊端主要表現(xiàn)為考試方式的單一和不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)[4]。本著以正確的導(dǎo)向來指導(dǎo)教師教學(xué)以及學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展的思想，對考試方式、方法進(jìn)行了改革研究，設(shè)計(jì)實(shí)踐了課程考核評價(jià)方案。該方案改多年一貫的“一次性”考試評價(jià)為“過程性、結(jié)果性、能力性”三合一的評價(jià)。（1）過程性評價(jià)：針對專業(yè)圖部分的機(jī)械工程圖樣繪圖，采用開卷方式，隨學(xué)習(xí)過程進(jìn)行，側(cè)重于對零件、機(jī)器或部件工作圖的全面認(rèn)識(shí)、對國家標(biāo)準(zhǔn)的貫徹執(zhí)行及二維表達(dá)能力和繪圖技能的提高。（2）結(jié)果性學(xué)習(xí)評價(jià)：針對畫法幾何部分、專業(yè)圖部分的國家標(biāo)準(zhǔn)、繪圖和看圖基本方法，采用閉卷考試方式，盡量讓每題包含綜合、分析、比較、理解的過程，側(cè)重于對基本知識(shí)的掌握和運(yùn)用，讓學(xué)生明白知識(shí)只有在運(yùn)用中才能內(nèi)化為能力。（3）能力性評價(jià)：針對由裝配圖拆畫零件圖，采用開卷考試方式，側(cè)重于包含與工程實(shí)際相結(jié)合的意識(shí)與能力在內(nèi)的工程圖學(xué)知識(shí)、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)開放式的、靈活的實(shí)踐評價(jià)軟試題，如一面視圖構(gòu)型設(shè)計(jì)、變位設(shè)計(jì)、仿型構(gòu)型設(shè)計(jì)、形體設(shè)想歸謬、模型創(chuàng)新設(shè)計(jì)、三維建模與實(shí)體造型設(shè)計(jì)等，以競賽形式組織，側(cè)重于圖學(xué)創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)評價(jià)，成績優(yōu)秀者可給予加分。

三、教學(xué)應(yīng)用情況與效果

在開展上述研究的基礎(chǔ)上，我們在教學(xué)中運(yùn)用這些研究成果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊了學(xué)生的視野，豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，通過多方面、多渠道的訓(xùn)練，通過對每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，每一個(gè)教學(xué)細(xì)節(jié)的研究，最終達(dá)到了提高能力、培養(yǎng)綜合素質(zhì)的目的。據(jù)后繼課程的調(diào)查顯示，學(xué)生的讀圖能力、設(shè)計(jì)能力較往屆生大有提高;獲全國創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等獎(jiǎng)項(xiàng)較往屆生增多;求職面試中繪圖能力強(qiáng)，用人單位喜歡接收;四屆學(xué)生已獲得UG—CAD認(rèn)證工程師3000多人，直接授聘UG—CAD認(rèn)證培訓(xùn)師3人。在每年一次的教學(xué)評價(jià)中，學(xué)生評價(jià)教師的優(yōu)秀率達(dá)100%，尤其對青年教師來說，這個(gè)比例在以前是不可能達(dá)到的。

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