基于系統(tǒng)工程視角的工程制圖教學(xué)改革與實(shí)踐

陳 亮，武玲玲，張瑞秋，熊 巍，秦志南

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基于系統(tǒng)工程視角的工程制圖教學(xué)改革與實(shí)踐

陳 亮，武玲玲，張瑞秋，熊 巍，秦志南

(華南理工大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院，廣東 廣州 510006)

將系統(tǒng)工程中的霍爾三維理論與工程制圖課程教學(xué)體系相結(jié)合，系統(tǒng)性、綜合性地從時(shí)間維、知識(shí)維和邏輯維分析了課程學(xué)時(shí)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段之間的聯(lián)系和相互影響。進(jìn)一步以新工科建設(shè)理念為最新要求，從移動(dòng)學(xué)習(xí)、討論課教學(xué)、創(chuàng)新案例教學(xué)、沉浸式學(xué)習(xí)等方面提出了工程制圖課程改革的幾個(gè)方案和措施，并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，取得了較好的效果。

工程制圖；系統(tǒng)工程；創(chuàng)新教育

工程制圖課程是我國(guó)工科大學(xué)生必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要教學(xué)目標(biāo)包括：培養(yǎng)學(xué)生的空間形象思維能力、工程基本素質(zhì)和創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計(jì)能力。工程制圖課程體系經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。然而隨著信息時(shí)代的快速到來(lái)，智能制造、虛擬制造、交互設(shè)計(jì)等新興工程技術(shù)手段大量涌現(xiàn)，尤其是以“中國(guó)制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略為依托的2017年“新工科”建設(shè)理念的提出，確定了以培養(yǎng)科學(xué)基礎(chǔ)厚、工程能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的工程科技人才作為未來(lái)人才培養(yǎng)的重要方向，對(duì)傳統(tǒng)的工程制圖課程教學(xué)體系提出了新的要求[1]。結(jié)合當(dāng)前工程制圖課程教學(xué)現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，一方面，創(chuàng)新能力、三維構(gòu)型設(shè)計(jì)能力、多學(xué)科知識(shí)交叉綜合應(yīng)用能力等必將與工程制圖教學(xué)更多地融合；另一方面，由于各專業(yè)教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，工程制圖授課學(xué)時(shí)逐年縮減，造成了教師不得不在更少的學(xué)時(shí)下卻要完成比以往更多教學(xué)內(nèi)容的情況。與此同時(shí)，諸如MOOC、SPOC、移動(dòng)學(xué)習(xí)(M-learning)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新型教學(xué)手段的不斷出現(xiàn)，也使教學(xué)體系和教學(xué)方法必須做出相應(yīng)的改變。如何從課程學(xué)時(shí)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等進(jìn)行改革，已經(jīng)成為當(dāng)前工程制圖課程教學(xué)中亟待解決的問(wèn)題。

本文借鑒系統(tǒng)工程霍爾三維結(jié)構(gòu)的理論，從系統(tǒng)工程的角度解讀了工程制圖課程教學(xué)體系，分析了未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步根據(jù)時(shí)間維、知識(shí)維和邏輯維的相互關(guān)系，提出課程改革的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題和應(yīng)對(duì)方案，并進(jìn)行了實(shí)踐探索，為未來(lái)基于新工科建設(shè)理念的深層次課程改革提供了經(jīng)驗(yàn)。

1 基于系統(tǒng)工程理論的工程制圖課程結(jié)構(gòu)

1.1 霍爾三維結(jié)構(gòu)概述

霍爾三維結(jié)構(gòu)是美國(guó)工程師霍爾在1969年提出的系統(tǒng)工程方法論，其給出了大型復(fù)雜系統(tǒng)組織、計(jì)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)施的基本原則，具有普遍的指導(dǎo)意義[2]，霍爾三維結(jié)構(gòu)原型如圖1所示。該結(jié)構(gòu)是由時(shí)間維、知識(shí)維和邏輯維組成的立體空間結(jié)構(gòu)。時(shí)間維表示系統(tǒng)工程活動(dòng)從開(kāi)始到結(jié)束按時(shí)間順序排列的全過(guò)程，知識(shí)維表示需要運(yùn)用到的各種知識(shí)和技能；邏輯維表示每一個(gè)階段內(nèi)所要進(jìn)行的工作內(nèi)容和應(yīng)該遵循的思維程序?；魻柸S結(jié)構(gòu)體系形象地描述了系統(tǒng)工程研究的框架，對(duì)其中任一階段和每一個(gè)步驟，又可進(jìn)一步展開(kāi)形成分層次的樹狀體系。以霍爾三維結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)的系統(tǒng)研究已經(jīng)普遍應(yīng)用到了項(xiàng)目管理、質(zhì)量監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域。

工程制圖課程的教學(xué)活動(dòng)本身就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅具有隨時(shí)間推進(jìn)的各類知識(shí)、技能的要求，也有教學(xué)手段和教學(xué)方法的實(shí)施，是多種內(nèi)容的綜合，這些與系統(tǒng)工程的要求是一致的。霍爾三維結(jié)構(gòu)集中體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法的系統(tǒng)化、綜合化、最優(yōu)化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)，因此從系統(tǒng)工程的視角將工程制圖課程教學(xué)體系與霍爾三維結(jié)構(gòu)體系相結(jié)合是必要的，也是可行的。

圖1 霍爾三維結(jié)構(gòu)原型圖

1.2 工程制圖課程霍爾三維結(jié)構(gòu)的建立

雖然工程制圖課程的教學(xué)活動(dòng)具有系統(tǒng)工程的一般特點(diǎn)，但也有自身鮮明的教學(xué)特征，例如在不同階段需要傳授不同知識(shí)，各階段的知識(shí)逐漸深入，在后續(xù)階段需要運(yùn)用多種知識(shí)綜合解決問(wèn)題。另外，隨著新的教學(xué)內(nèi)容和新興技術(shù)手段的引入，教學(xué)活動(dòng)各部分的內(nèi)容也在不斷變化。本文借鑒霍爾三維結(jié)構(gòu)的思想和原型，結(jié)合工程制圖教學(xué)要求和課程具體特點(diǎn)，提出了工程制圖課程霍爾三維結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 工程制圖課程霍爾三維結(jié)構(gòu)圖

在圖2中，時(shí)間維按學(xué)時(shí)漸進(jìn)。本文以華南理工大學(xué)機(jī)械類制圖課程“畫法幾何及機(jī)械制圖”為例，共112學(xué)時(shí)，分成48學(xué)時(shí)和64學(xué)時(shí)兩個(gè)學(xué)期完成，此處將每10個(gè)學(xué)時(shí)劃為一個(gè)區(qū)間。

知識(shí)維主要按照工程制圖課程需要掌握的各類知識(shí)漸進(jìn)排列，其中計(jì)算機(jī)繪圖、創(chuàng)新設(shè)計(jì)與產(chǎn)品表達(dá)是近年來(lái)新工科建設(shè)理念中數(shù)字制造和智能制造要求下的必備技能。

邏輯維指的是為了使學(xué)生掌握課程要求的各項(xiàng)知識(shí)所采用的教學(xué)方法和教學(xué)手段。對(duì)于教師的教學(xué)活動(dòng)來(lái)說(shuō)，每一個(gè)方法和手段中都包含了確定目標(biāo)、提出問(wèn)題、綜合分析、決策實(shí)施、反饋優(yōu)化、評(píng)價(jià)評(píng)議等環(huán)節(jié)。

從圖2可以看出，隨著時(shí)間維的延伸，知識(shí)維方面的要求越來(lái)越高，尤其在學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)和以產(chǎn)品表達(dá)為代表的知識(shí)綜合運(yùn)用能力培養(yǎng)方面，已經(jīng)在教學(xué)中占據(jù)了相當(dāng)可觀的學(xué)時(shí)，對(duì)于提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力起到至關(guān)重要的作用。

另一方面，邏輯維所給出的教學(xué)方法和教學(xué)手段大都也隨著學(xué)時(shí)的漸進(jìn)而逐漸豐富，板書式和多媒體式的課堂講授等被動(dòng)學(xué)習(xí)模式已經(jīng)不能滿足新工科教學(xué)理念中有關(guān)多元化、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，因此翻轉(zhuǎn)課堂、討論學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、沉浸式學(xué)習(xí)等新型主動(dòng)學(xué)習(xí)模式便成為有益的補(bǔ)充，甚至有可能成為未來(lái)學(xué)習(xí)的主要模式。主動(dòng)學(xué)習(xí)模式大都要在學(xué)生掌握了一定的空間思維能力和圖形表達(dá)能力之后開(kāi)展，與教學(xué)活動(dòng)后期知識(shí)維所要求的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和知識(shí)綜合應(yīng)用能力訓(xùn)練相對(duì)應(yīng)。同時(shí)，邏輯維也有一些教學(xué)手段得益于智能化教學(xué)資源和教學(xué)設(shè)備的發(fā)展，能夠貫穿教學(xué)活動(dòng)始終(如慕課、移動(dòng)學(xué)習(xí)等)，往往不受時(shí)間、地點(diǎn)、教師等條件的限制，學(xué)生可以隨時(shí)聽(tīng)講、答疑、提交作業(yè)等。這種學(xué)習(xí)模式既是主動(dòng)學(xué)習(xí)，也是智能學(xué)習(xí)，主動(dòng)學(xué)習(xí)需要智能化的軟硬件支持，而智能學(xué)習(xí)又需要主動(dòng)學(xué)習(xí)的理論加以指導(dǎo)。

綜上所示，時(shí)間維、知識(shí)維、邏輯維3個(gè)維度相輔相成，相互制約，共同構(gòu)成了工程制圖課程的三維結(jié)構(gòu)。高層次知識(shí)維的教學(xué)活動(dòng)需要高層次邏輯維的教學(xué)方法的支持，后期不斷延伸的時(shí)間維的課程學(xué)時(shí)需要高層次知識(shí)維教學(xué)活動(dòng)和高層次邏輯維教學(xué)方法的共同輔助。因此有關(guān)工程制圖教學(xué)改革的關(guān)鍵點(diǎn)都位于3個(gè)維度的較高層次位置。該三維結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)工程霍爾理論在工程制圖課程中的具體運(yùn)用和進(jìn)一步發(fā)展，從系統(tǒng)工程的視角揭示了工程制圖課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求和教學(xué)規(guī)律。從該三維結(jié)構(gòu)中可以清楚地看出，如何在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)，采用合適的教學(xué)方法和教學(xué)手段，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和知識(shí)綜合運(yùn)用能力進(jìn)行培養(yǎng)，以適應(yīng)未來(lái)新工科多元化、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，已經(jīng)成為當(dāng)前工程制圖課程改革的主要方向。

2 工程制圖課程改革與實(shí)踐

2.1 移動(dòng)學(xué)習(xí)

移動(dòng)學(xué)習(xí)是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外興起的新型學(xué)習(xí)模式，是一種在先進(jìn)智能移動(dòng)終端的幫助下，能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、以多種形式進(jìn)行知識(shí)獲取的學(xué)習(xí)模式。工程制圖課程具有圖形表達(dá)豐富的特點(diǎn)，非常適合采用觸摸屏操作的移動(dòng)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。本文對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)進(jìn)行了一定擴(kuò)展，提出將知識(shí)內(nèi)容與游戲相結(jié)合的工程制圖移動(dòng)學(xué)習(xí)游戲，不僅發(fā)揮了移動(dòng)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，還增加了學(xué)習(xí)過(guò)程的趣味性[3]。

在教學(xué)實(shí)踐中，移動(dòng)學(xué)習(xí)游戲按照以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

(1) 隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，充分利用碎片時(shí)間；

(2) 寓教于樂(lè)，具有愉快的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；

(3) 任務(wù)短小，操作簡(jiǎn)單，減少學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)擔(dān)；

(4) 實(shí)時(shí)反饋，雙向交流。

根據(jù)以上原則開(kāi)發(fā)完成的游戲界面如圖3所示，其是一款基于工程制圖課程投影知識(shí)的移動(dòng)學(xué)習(xí)游戲，訓(xùn)練內(nèi)容為基本體和組合體的三視圖，學(xué)習(xí)過(guò)程以一個(gè)主題游戲的形式分多個(gè)關(guān)卡展開(kāi)。學(xué)生通過(guò)觸摸屏幕中的三維立體來(lái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放等操作，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將前方的三維立體的顯示角度調(diào)整到與給定的二維投影相匹配即可完成任務(wù)，進(jìn)入下一關(guān)卡。移動(dòng)游戲?qū)W習(xí)任務(wù)以課后作業(yè)的形式布置給學(xué)生，充分利用課余碎片時(shí)間，成績(jī)管理程序化、自動(dòng)化，學(xué)生在愉快的學(xué)習(xí)體驗(yàn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)三維立體及其投影的認(rèn)知。

2.2 討論課教學(xué)

討論課教學(xué)是一種基于問(wèn)題導(dǎo)向和同伴互學(xué)理念的教學(xué)模式，是近年來(lái)華南理工大學(xué)本科課程改革的重點(diǎn)方向之一。與一般討論課教學(xué)不同，本文針對(duì)機(jī)械制圖作業(yè)量大、學(xué)生易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)過(guò)于重復(fù)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)踐了機(jī)械圖樣互評(píng)互改討論課的形式。以齒輪減速箱大作業(yè)為例，討論課具體實(shí)施過(guò)程如下：

圖3 工程制圖移動(dòng)學(xué)習(xí)游戲

(1) 每名學(xué)生首先完成各自的齒輪減速箱圖樣；

(2) 將全體同學(xué)完成后的圖樣進(jìn)行張貼，每名學(xué)生以評(píng)閱人的身份對(duì)所有圖樣進(jìn)行巡視評(píng)閱，用標(biāo)簽紙標(biāo)出圖中錯(cuò)誤并寫上自己的姓名；

(3) 學(xué)生將自己繪制的圖紙找回，根據(jù)標(biāo)簽紙上標(biāo)記的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，若對(duì)錯(cuò)誤有疑問(wèn)，找對(duì)應(yīng)姓名的同學(xué)討論；

(4) 教師與學(xué)生共同總結(jié)各類錯(cuò)誤，并進(jìn)行解答；

(5) 學(xué)生完成錯(cuò)誤修改，上交作業(yè)，教師作最終批改。

圖4為討論課實(shí)踐中學(xué)生的審閱過(guò)程和作業(yè)情況。

圖4 齒輪減速箱作業(yè)互評(píng)互改討論課

通過(guò)作業(yè)互評(píng)互改形式的討論課，學(xué)生扮演了繪圖人和評(píng)閱人的雙重角色，尤其在擔(dān)任評(píng)閱人的環(huán)節(jié)中，在評(píng)閱其他同學(xué)圖樣的同時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正自身的錯(cuò)誤，從而能夠深刻理解和記住錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因。與傳統(tǒng)的完全由教師批改減速箱大作業(yè)的方式相比，既減輕了教師的工作強(qiáng)度，又提高了效率。討論課是一種“動(dòng)筆”、“動(dòng)口”、“動(dòng)腦”、“動(dòng)心”相結(jié)合的綜合學(xué)習(xí)模式，在訓(xùn)練學(xué)生的領(lǐng)導(dǎo)能力、團(tuán)隊(duì)精神、工作責(zé)任方面有明顯的效果。

2.3 創(chuàng)新案例教學(xué)

創(chuàng)新案例教學(xué)是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)或探究式學(xué)習(xí)的一種，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、知識(shí)綜合應(yīng)用能力和產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力[4]，是新工科建設(shè)理念下重要的教學(xué)手段。但創(chuàng)新案例教學(xué)往往需要較多的教學(xué)學(xué)時(shí)和一定的場(chǎng)地、設(shè)備支持，這成為制約工程制圖課程引入創(chuàng)新案例教學(xué)的一個(gè)瓶頸。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐和硬件調(diào)研，將AutoCAD平面繪圖教學(xué)和激光切割機(jī)板材加工技術(shù)相結(jié)合，實(shí)踐了一種板材類拼裝產(chǎn)品的創(chuàng)新案例教學(xué)[5]。具體實(shí)施過(guò)程如下：

(1) 進(jìn)行傳統(tǒng)的AutoCAD平面繪圖教學(xué)；

(2) 將學(xué)生按3~4人分組，自主提出拼裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，可以是玩具、家具模型、建筑模型等；

(3) 小組成員完成方案論證后，分工合作進(jìn)行AutoCAD平面繪圖；

(4) 利用激光切割實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間，完成產(chǎn)品零件板材的切割，并進(jìn)行產(chǎn)品組裝；

(5) 作品展示，評(píng)議，答辯，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

部分學(xué)生作品如圖5所示。

圖5 板材類拼裝產(chǎn)品的創(chuàng)新案例教學(xué)

板材類拼裝產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例教學(xué)能夠與AutoCAD教學(xué)內(nèi)容完美結(jié)合，不僅增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了動(dòng)手能力，更激發(fā)了其創(chuàng)造欲。實(shí)施過(guò)程中并未增加額外學(xué)時(shí)和過(guò)多軟硬件花費(fèi)，激光切割過(guò)程利用習(xí)題課時(shí)間并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)放時(shí)間，所采用的激光切割機(jī)目前大多數(shù)高校都有配置，價(jià)格在幾千至幾萬(wàn)元不等。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例教學(xué)過(guò)程中所體現(xiàn)的創(chuàng)新意識(shí)、師生互動(dòng)、實(shí)踐技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等都是新工科建設(shè)理念下著重強(qiáng)調(diào)的教學(xué)內(nèi)容。

2.4 沉浸式學(xué)習(xí)

沉浸式學(xué)習(xí)是隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種具有高度真實(shí)體驗(yàn)感的學(xué)習(xí)方法[6]，從其所采用的技術(shù)角度可以分為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)立體頭盔和立體眼鏡等設(shè)備將使用者帶入一個(gè)完全三維的虛擬空間，并能夠通過(guò)聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等方式對(duì)這個(gè)虛擬環(huán)境進(jìn)行感知，與其進(jìn)行交互。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無(wú)縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間、空間范圍內(nèi)難以體驗(yàn)到的實(shí)體信息，通過(guò)模擬仿真技術(shù)將其與真實(shí)環(huán)境相疊加在同一個(gè)畫面中，能夠被使用者同時(shí)感知。

2.4.1 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工程制圖學(xué)習(xí)

工程制圖教學(xué)過(guò)程中通常需要購(gòu)置大量的裝配體模型進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn)和測(cè)繪實(shí)驗(yàn)，而受制于存放場(chǎng)地和購(gòu)置費(fèi)用的限制，裝配體模型往往無(wú)法大量采購(gòu)，也難以及時(shí)更新。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的產(chǎn)品拆裝過(guò)程缺乏真實(shí)工況支持，并且存在一定的安全隱患。采用基于立體頭盔和手部姿態(tài)傳感器構(gòu)建的虛擬拆裝系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)具有高度仿真效果的虛擬拆裝實(shí)驗(yàn)。學(xué)生佩戴好實(shí)驗(yàn)設(shè)備后，可以對(duì)虛擬場(chǎng)景中的零部件進(jìn)行移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)、裝配、拆解等操作，如圖6所示。

具有高度真實(shí)感體驗(yàn)的裝配體拆裝系統(tǒng)可以進(jìn)行任意種類和數(shù)量上的擴(kuò)充，能夠快速提高學(xué)生對(duì)零部件原理和結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，具有真實(shí)性、互動(dòng)性、安全性和趣味性。

2.4.2 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠利用智能設(shè)備的攝像頭實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景和虛擬場(chǎng)景的疊加，并進(jìn)行互動(dòng)。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐和近年來(lái)新形態(tài)教材的編寫經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工程制圖習(xí)題解答系統(tǒng)，如圖7所示。該系統(tǒng)基于Unity 3D和Vuforia等增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)技術(shù)，在手機(jī)端實(shí)現(xiàn)了攝像頭影像與立體模型的疊加。學(xué)生只需通過(guò)手機(jī)攝像頭對(duì)題目進(jìn)行拍照，就可以自動(dòng)呈現(xiàn)該題目的立體模型，并能夠通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、縮放、移動(dòng)等操作?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工程制圖習(xí)題解答系統(tǒng)，以學(xué)生自學(xué)為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了二維投影視圖和三維立體模型的實(shí)時(shí)對(duì)照，是未來(lái)紙質(zhì)圖書和電子化資源結(jié)合的有效手段。

圖6 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的裝配體拆裝實(shí)驗(yàn)

圖7 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的習(xí)題解答系統(tǒng)

以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為代表的沉浸式學(xué)習(xí)處于工程制圖霍爾三維結(jié)構(gòu)邏輯維的較高層，在實(shí)現(xiàn)難度上也最大，但其所帶來(lái)的真實(shí)體驗(yàn)感最強(qiáng)，對(duì)知識(shí)維的支持也最好。其本身所具有的主動(dòng)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和智能學(xué)習(xí)都是未來(lái)工程人才培養(yǎng)的重要手段。

3 結(jié) 論

隨著新工科建設(shè)理念的提出，工程制圖課程作為工科大學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課必然面臨著教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面的改革。本文基于新工科人才培養(yǎng)的要求，從時(shí)間維、知識(shí)維和邏輯維3個(gè)維度建立了工程制圖課程的霍爾三維結(jié)構(gòu)圖，論述了3個(gè)維度之間的關(guān)系，并進(jìn)一步提出了針對(duì)邏輯維的教學(xué)改革思路和方法。近年來(lái)通過(guò)移動(dòng)學(xué)習(xí)、討論課教學(xué)、創(chuàng)新案例教學(xué)和沉浸式學(xué)習(xí)等方面的改革實(shí)踐，教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果有了顯著提升，取得了較好的成績(jī)，如參與改革實(shí)踐的學(xué)生連續(xù)九次奪得“高教杯”全國(guó)大學(xué)生成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽團(tuán)體一等獎(jiǎng)、奪得2017全國(guó)大學(xué)生機(jī)器人大賽總冠軍、多名學(xué)生進(jìn)入世界技能大賽集訓(xùn)隊(duì)、多項(xiàng)設(shè)計(jì)獲得專利授權(quán)等。實(shí)踐證明，處于邏輯維較高層次的教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革能夠較大幅度增進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和綜合知識(shí)運(yùn)用能力，是未來(lái)新工科人才培養(yǎng)的重要方式之一。

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The Teaching Reform and Practice of Engineering Drawing Based on the System Engineering

CHEN Liang, WU Lingling, ZHANG Ruiqiu, XIONG Wei, QIN Zhinan

(School of Design, South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510006, China)

By combining the Hall three-dimensional structure with the teaching system of engineering drawing, this paper analyzes the interrelationships among course hours, teaching contents and teaching methods through the perspectives of time dimension, knowledge dimension and logical dimension in a systematic and comprehensive way. Moreover, under the guiding of new engineering disciplines, we present some new teaching methods and teaching skills in engineering drawing course, including mobile learning, seminar teaching, innovative case teaching, immersive learning and so on. Our teaching practice has demonstrated that these reform measures can significantly improve teaching quality and effectiveness.

engineering drawing; system engineering; innovative education

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2018061214

A

2095-302X(2018)06-1214-06

2017-07-09；

2017-11-19

廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2016A030310420)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2017BQ081)；華南理工大學(xué)本科教研教改項(xiàng)目

陳 亮(1975-)，男，山東魚臺(tái)人，副教授，博士。主要研究方向?yàn)楣こ虉D學(xué)、信息與交互設(shè)計(jì)。E-mail：earchen@scut.edu.cn

張瑞秋(1972-)，男，河南魯山人，副教授，博士。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、工業(yè)設(shè)計(jì)。E-mail：rqzhang@scut.edu.cn