立足提高學(xué)生職業(yè)能力的機(jī)械制圖課程改革

丁曉影

[摘 要]機(jī)械制圖不僅是一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)，也是一門重要的技能培訓(xùn)課程。隨著全世界制造業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)正在向高、精、尖縱向深入，不再是傳統(tǒng)的單一模式。這對機(jī)械制圖教育提出了更高、更新的要求。機(jī)械制圖教育要以社會崗位需求為導(dǎo)向，以職業(yè)能力培養(yǎng)為目的，使學(xué)生掌握高素質(zhì)職業(yè)技術(shù)專門人才所必需的機(jī)械制圖的基本知識和基本技能，具備運(yùn)用制圖知識解決工程實際問題的能力。因此，機(jī)械制圖課程的教學(xué)應(yīng)注重制圖基本知識與產(chǎn)品設(shè)計思維的結(jié)合，合理確定理論教學(xué)與實踐教學(xué)的比例、課程內(nèi)容，形成結(jié)構(gòu)合理、特色鮮明的機(jī)械制圖教育體系，以適應(yīng)企業(yè)對人才綜合素質(zhì)的要求。

[關(guān)鍵詞]工程圖學(xué)；機(jī)械制圖；教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）05-0096-03

機(jī)械制圖課程一直是我國高校工科學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，對培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力和創(chuàng)造性空間構(gòu)思能力起著重要作用。隨著機(jī)械制造業(yè)的智能化和信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，社會對傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教育提出了更高更新的要求。為適應(yīng)時代的發(fā)展及社會的需求，機(jī)械制圖教育更應(yīng)注重圖學(xué)思維模式與設(shè)計思維的統(tǒng)一，強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)方式的可視化圖紙與計算機(jī)特征建模表達(dá)方式的綜合應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)學(xué)生構(gòu)造、描述形體形狀和表達(dá)、識別形體形狀的能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)實踐性教學(xué)和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)相結(jié)合的教育模式。因此，筆者結(jié)合我校情況，就進(jìn)一步深化機(jī)械制圖課程的教學(xué)改革提出幾點建議，以使其適應(yīng)企業(yè)對人才綜合素質(zhì)的要求。

一、教育思想——從三維出發(fā)，為產(chǎn)品設(shè)計、制造服務(wù)

機(jī)械圖樣是高濃度的工程信息的載體，承載著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，組織產(chǎn)品加工過程的信息交流。機(jī)械圖樣的作用也不僅是對工程對象的形狀、大小和技術(shù)要求的表述，而且還應(yīng)在推進(jìn)工程設(shè)計的方法、啟發(fā)設(shè)計思維、交流設(shè)計思想和傳遞機(jī)械工程信息中起到積極的推進(jìn)作用。機(jī)械制圖課程的教學(xué)目的應(yīng)該由單純的教會學(xué)生畫圖、繪制形體，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品設(shè)計圖樣直接驅(qū)動數(shù)控機(jī)床為制造服務(wù)，實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)。

（一）從三維出發(fā)，多種表達(dá)方式并重

早期的機(jī)械制圖課程無論是教育思想、教學(xué)組織還是教學(xué)內(nèi)容，都沿襲了舊的制圖課程體系，注重學(xué)科的傳統(tǒng)性，尤其注重用二維視圖來表達(dá)形狀和大小。在日常教學(xué)和相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)計調(diào)研中，我們發(fā)現(xiàn)，目前的工業(yè)生產(chǎn)的方式是以計算機(jī)三維實體造型為基礎(chǔ)的特征建模表達(dá)在數(shù)據(jù)文件中，作為數(shù)控加工的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助工藝設(shè)計和計算機(jī)輔助制造的一體化無紙生產(chǎn)模式。因而，將傳統(tǒng)機(jī)械制圖教育與科技含量高的計算機(jī)輔助設(shè)計和人工智能制造技術(shù)有機(jī)結(jié)合不僅是急社會之需，也是提高教學(xué)質(zhì)量和高素質(zhì)職業(yè)技術(shù)專門人才培養(yǎng)的重要途徑和手段。因此，機(jī)械制圖教學(xué)也應(yīng)由目前著重二維視圖的表達(dá)，逐漸改為從計算機(jī)三維設(shè)計開始，緊緊圍繞為產(chǎn)品設(shè)計、制造服務(wù)這一主題，將形體的三維實體造型與二維視圖的表達(dá)結(jié)合起來，在設(shè)計和加工過程中綜合應(yīng)用多種表達(dá)方式，將科技含量高的三維建模技術(shù)融入、滲透到機(jī)械制圖課程中，形成新的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。我校在機(jī)械制圖教學(xué)中融合西門子公司的UG軟件，介紹制圖基本知識的同時用UG軟件介紹三維建模的表達(dá)方法，教師通過UG軟件講解建模的多種方法，借助軟件的投影視圖功能來進(jìn)一步講解投影形成的原理和繪制二維圖的方法。學(xué)生通過這種教學(xué)方式既可以掌握三維建模的表達(dá)方法，對產(chǎn)品設(shè)計和制造也有一定的了解，還可以更好地理解投影的原理，從而掌握投影制圖的方法。要在UG三維建模理論的基礎(chǔ)上展開二維投影制圖方法的教學(xué)，在整體產(chǎn)品設(shè)計的過程中引入基本視圖、剖視圖、斷面圖等。在機(jī)械制圖課程中，三維表達(dá)和二維表達(dá)的教學(xué)不再是分離的兩個部分，而是相互交融、相輔相成的。從三維建模表達(dá)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練對學(xué)生理解投影基本原理、提高空間思維能力、掌握和運(yùn)用二維視圖均有很大幫助。

（二）強(qiáng)調(diào)徒手繪圖能力的培養(yǎng)

隨著高校將UG、SolidWorks、AutoCAD等計算機(jī)繪圖軟件融合到機(jī)械制圖課程體系內(nèi)，使用計算機(jī)代替尺規(guī)繪制二維工程圖樣及三維造型已經(jīng)成為機(jī)械制圖課程的發(fā)展趨勢。但是，在與企業(yè)合作的過程中我們發(fā)現(xiàn)，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的初級階段和零件產(chǎn)品創(chuàng)新改造的過程中，最直接方便的表達(dá)設(shè)計意圖的方法仍然是徒手繪制草圖，更為重要的是徒手繪制三維和二維草圖在設(shè)計過程中可以起到快速捕捉設(shè)計思路、啟發(fā)設(shè)計思維的作用，徒手繪制草圖甚至成為工程設(shè)計人員的現(xiàn)場交流重要方式。由此可見，徒手繪圖能力的培養(yǎng)是機(jī)械制圖課程不可缺少的一部分，是學(xué)生必須具備的工程技能之一。針對本校機(jī)械制圖課程課時減少，課內(nèi)安排徒手繪圖的時間較少的情況，為了促進(jìn)學(xué)生徒手繪圖能力的進(jìn)一步提升，我們采用的方式是“以賽促學(xué)”。在機(jī)械制圖課程的第一學(xué)期，我們組織學(xué)生開展校內(nèi)制圖大賽，大賽的首項內(nèi)容就是徒手繪制二維圖和三維圖；在機(jī)械制圖課程的第二學(xué)期，我們組織學(xué)生參加上海市先進(jìn)成圖大賽，大賽中二維組競賽項目也包含徒手繪圖。競賽提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也使其更加重視自己的徒手繪圖能力。徒手繪圖更能鍛煉學(xué)生的形象思維能力和邏輯思維能力的有機(jī)結(jié)合，更好地促進(jìn)制圖能力和產(chǎn)品設(shè)計能力的提高。因此，在機(jī)械制圖改革中，徒手繪圖的教學(xué)要求進(jìn)一步明確并提高，學(xué)生在整個課程中要經(jīng)過多次現(xiàn)場徒手繪圖訓(xùn)練，包括目測零件尺寸，徒手繪制二維圖和三維圖。這樣的教學(xué)模式既提高了學(xué)生徒手繪圖的技能水平，使學(xué)生具備運(yùn)用制圖知識解決工程實際問題的能力，也體現(xiàn)了為產(chǎn)品設(shè)計和制造服務(wù)的初衷。

（三）課程內(nèi)容強(qiáng)調(diào)實用性

機(jī)械制圖是一門理論教學(xué)與實踐教學(xué)并重的課程，且實踐環(huán)節(jié)對課程的學(xué)習(xí)掌握及運(yùn)用能力形成尤為重要，為了使教學(xué)更好地與企業(yè)接軌并為企業(yè)服務(wù)，機(jī)械制圖的教學(xué)應(yīng)更注重實用性。因此，課程中包含零部件測繪、零部件創(chuàng)新改造及項目設(shè)計等訓(xùn)練內(nèi)容。零部件測繪旨在提高學(xué)生的動手能力，正確使用工具拆裝機(jī)器部件，使用量具測量零件，訓(xùn)練其手繪圖的能力，使其掌握制圖知識并能綜合運(yùn)用。零部件創(chuàng)新改造則旨在提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維，使其能將自己所學(xué)的知識綜合運(yùn)用，為機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計提供新的設(shè)計理念。與前兩者不同的是，項目設(shè)計充分體現(xiàn)了研究性訓(xùn)練要求。教師對項目設(shè)計提出了非常明確的要求，學(xué)生通常以分組形式進(jìn)行的項目設(shè)計貫穿了整個學(xué)期。項目設(shè)計模塊更多地融入了學(xué)生使用工業(yè)軟件設(shè)計產(chǎn)品的創(chuàng)新能力，主動引導(dǎo)學(xué)生如何應(yīng)用信息化三維模型和基于三維視角下的二維工程圖樣的表達(dá)，讓學(xué)生在產(chǎn)品設(shè)計過程中，自覺地將概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計和企業(yè)需求等結(jié)合起來完成設(shè)計目標(biāo)。例如上學(xué)期的項目設(shè)計是以登月為主題的月球探測車的設(shè)計，學(xué)生要結(jié)合應(yīng)用背景和需求，對月球探測車的結(jié)構(gòu)合理、可靠、實用、美觀以及對機(jī)械設(shè)計操作的便利性等方面進(jìn)行分析，繼而設(shè)計出如圖1和圖2的月球探測車。

在整個項目設(shè)計的過程中，學(xué)生沒有現(xiàn)成產(chǎn)品作為參考，而是根據(jù)自己產(chǎn)品設(shè)計的主題，先徒手繪制草圖確定產(chǎn)品設(shè)計方案，再用計算機(jī)三維造型表達(dá)產(chǎn)品整體設(shè)計思想，最后用工程圖樣模擬指導(dǎo)產(chǎn)品加工制造來完成自己的設(shè)計。此模式旨在鼓勵學(xué)生帶著問題去看書、分析、實踐，注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、自覺性及綜合應(yīng)用能力；便于在教學(xué)中展開研究式的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，將學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)、探索過程相結(jié)合；使學(xué)生在學(xué)習(xí)中成為發(fā)現(xiàn)、理解、評價和應(yīng)用知識的主動參與者；促進(jìn)教學(xué)以主動的、基于實踐的、內(nèi)容之間有聯(lián)系的系統(tǒng)認(rèn)知方式來進(jìn)行。

隨著計算機(jī)輔助繪圖軟件在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛而深入，機(jī)械制圖教育越來越無法獨立于計算機(jī)軟件，尤其是在三維設(shè)計中，結(jié)合計算機(jī)繪圖軟件的三維教學(xué)更具實效性。計算機(jī)二維繪圖及三維造型軟件的使用，也是當(dāng)今學(xué)生應(yīng)該掌握的基本技能。因此，現(xiàn)在的機(jī)械制圖教育必須將工程制圖的理論與計算機(jī)軟件兩者結(jié)合起來。

二、教學(xué)組織——搭建教育助力平臺，實行互動式教學(xué)

機(jī)械制圖課程一般由授課和上機(jī)實驗組成，同時本校教師還安排有坐班輔導(dǎo)答疑和自習(xí)輔導(dǎo)。因此除了在課堂上強(qiáng)調(diào)師生的交流和互動，課后教師利用輔導(dǎo)答疑時間可以就重點問題與學(xué)生展開討論，回答學(xué)生問題，進(jìn)一步輔導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺，提升教學(xué)效果。除了面對面交流外，教師還可利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，微信、QQ等信息平臺，建立機(jī)械制圖網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，內(nèi)容包括課程教學(xué)大綱、課程電子教案、課程參考習(xí)題及答案、課程現(xiàn)場教學(xué)視頻、課程CAI多媒體課件、課程零部件三維模型庫、課程實驗指導(dǎo)書、機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)及計算機(jī)繪圖標(biāo)準(zhǔn)等。教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺為教師的教學(xué)及輔導(dǎo)，為學(xué)生學(xué)習(xí)及課后做作業(yè)輔導(dǎo)搭建了一座橋梁，創(chuàng)造了一個無形的課堂。通過不斷更新網(wǎng)絡(luò)資源，建立教與學(xué)的互動論壇，它不受時間和空間的限制，學(xué)生只要想學(xué)想問，每臺聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)都可以滿足其要求。教師以課堂為主、課后輔導(dǎo)答疑和網(wǎng)絡(luò)互動為輔的互動式教學(xué)模式，能及時解決學(xué)生學(xué)習(xí)中的疑問，共同探討解決問題的方法，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大幅度提高了。

三、教材改革——內(nèi)容詳盡，與設(shè)計緊密結(jié)合

機(jī)械制圖是一門實踐性很強(qiáng)的課程，因此與教學(xué)改革相適應(yīng)的機(jī)械制圖教材也應(yīng)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。國內(nèi)眾多機(jī)械制圖教材的宗旨是培養(yǎng)學(xué)生的畫圖能力和讀圖能力，因此教材各章節(jié)內(nèi)容詳細(xì)，知識點梳理清晰，理論性、概念性的內(nèi)容偏多，實際應(yīng)用性的內(nèi)容不足，缺乏將機(jī)械制圖知識與機(jī)械設(shè)計融合的內(nèi)容。最近筆者閱讀了美國Bertoline編寫的《Fundamentals of Graphics Communication》教材，該教材與國內(nèi)教材的不同之處在于，整本教材的知識點緊緊圍繞產(chǎn)品設(shè)計來進(jìn)行工程圖表達(dá)方法的講解，內(nèi)容包括工程幾何，三維實體造型，徒手繪圖，正投影的三視圖、斜視圖和剖視圖表達(dá)，軸測圖和透視圖，零件圖和裝配圖，尺寸與公差，工程設(shè)計過程等。教材在內(nèi)容上更加豐富，結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)謹(jǐn)。這本教材不是將重點放在學(xué)會繪圖和讀圖上，而是放在工程應(yīng)用上，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。因此，為將教學(xué)改革順利推進(jìn)和更好培養(yǎng)學(xué)生工程綜合應(yīng)用能力，機(jī)械制圖的新教材編寫可以借鑒Bertoline編寫的《Fundamentals of Graphics Communication》教材，并結(jié)合本校具體情況進(jìn)行編排，將教材的著眼點從教會學(xué)生畫圖、看圖，調(diào)整為訓(xùn)練學(xué)生的工程圖學(xué)思維方式。我們將在教材中加強(qiáng)三維形狀內(nèi)容，使教材內(nèi)容圍繞“形體形狀的描述與構(gòu)建”和“形體的投影與表達(dá)”兩條主線并行展開，把計算機(jī)繪圖實體造型與二維圖樣表示法完美融合，讓學(xué)生通過計算機(jī)造型對零件的形狀和投影圖形成有更多領(lǐng)悟，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情?？紤]到當(dāng)今時代電子產(chǎn)品的沖擊，現(xiàn)在學(xué)生的學(xué)習(xí)生活離不開手機(jī)、Ipad等電子產(chǎn)品，新機(jī)械教材的另一特色是在教材中插入例題講解或課程內(nèi)容講解的二維碼，學(xué)生閱讀教材時可以用手機(jī)等工具掃二維碼來觀看或聆聽例題或課程的內(nèi)容講解，讓學(xué)生可反復(fù)學(xué)習(xí)相關(guān)知識，使學(xué)生學(xué)習(xí)更便利、更有效。新教材的內(nèi)容要引導(dǎo)學(xué)生如何應(yīng)用信息化三維模型和基于三維視角下的二維工程圖樣的表達(dá)，讓學(xué)生在產(chǎn)品設(shè)計過程中，自覺地將概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計和企業(yè)需求等結(jié)合起來，內(nèi)容上具有實用性和可視性，讓學(xué)生更專注于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計表達(dá)的范疇。這些都有助于學(xué)生開闊工程視野，進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)和研究。

四、結(jié)束語

世界范圍來看，工業(yè)4.0概念引領(lǐng)了全世界制造業(yè)的發(fā)展方向，要實現(xiàn)“中國制造2025”，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國的目標(biāo)，企業(yè)的必由之路是打造數(shù)字化企業(yè)，將數(shù)字化產(chǎn)品的使用情況反饋給產(chǎn)品創(chuàng)新部門，驅(qū)動新的創(chuàng)意產(chǎn)生?；谀Ｐ偷臄?shù)字化企業(yè)是每一個裝備制造業(yè)工作者迎接時代的必修課，未來制造業(yè)工程師必須具備數(shù)字化產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計能力。機(jī)械制圖教育應(yīng)以社會崗位需求為導(dǎo)向、以職業(yè)能力培養(yǎng)為目的，使學(xué)生掌握高素質(zhì)職業(yè)技術(shù)專門人才所必需的機(jī)械制圖的基本知識和基本技能，具備運(yùn)用制圖知識解決工程實際問題的能力。因此，機(jī)械制圖課程的教學(xué)應(yīng)注重制圖基本知識與產(chǎn)品設(shè)計思維的結(jié)合，合理確定理論教學(xué)與實踐教學(xué)的比例和課程內(nèi)容，運(yùn)用多媒體課件輔助教學(xué)，融合計算機(jī)輔助技術(shù)，形成結(jié)構(gòu)合理、特色鮮明的機(jī)械制圖教育體系，更好地為產(chǎn)品設(shè)計和制造服務(wù)，以適應(yīng)企業(yè)對人才綜合素質(zhì)的要求。總之，希望機(jī)械制圖的教學(xué)改革可以更好地提高教學(xué)效益，培養(yǎng)出未來制造業(yè)需要的技術(shù)工程師。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：劉鳳華]