基于新工科思想的機械制圖課程改革與實踐

周 蕊 金玉陽 侯曉云 孫艷坤 張 攀

（中國民航大學航空工程學院，天津 300300）

機械制圖是一門著重培養(yǎng)學習者空間思維能力和構(gòu)思創(chuàng)想能力的課程，同時也是一門實踐性非常強的重要專業(yè)基礎課程[1]，為學生學習后續(xù)相關課程、完成課程設計和畢業(yè)設計打下基礎。學習這門課程對學生的空間認知能力、想象力、繪圖能力都有較高的要求，但實際教學中發(fā)現(xiàn)，很多學生缺乏構(gòu)思創(chuàng)想與設計實踐能力。

本文按照工程教育改革[2]思路，以新工科理念的人才培養(yǎng)模式為改革方向，深入分析了機械制圖課程的現(xiàn)有教學體系以及目前存在的問題，并針對當代大學生的特點，提出教學改革設計方案及具體實施過程，以發(fā)展學生的自我探究意識與實踐創(chuàng)新能力。

一、課程現(xiàn)有教學體系及存在的問題

目前機械制圖課程由上下兩學期分開授課，全年共92學時，其中包含上機8學時。教學模式主要是采用多媒體教學講授完成，同時結(jié)合教具模型和虛擬模型進行輔助演示，加深學生對各知識點的理解；零件圖和裝配圖則主要采用實例講解結(jié)合繪圖訓練的方式來培養(yǎng)學生的工程實踐能力；上機主要講解演示SolidWorks及CAXA軟件的操作方法?？己朔绞街饕捎瞄]卷、筆試方式進行。

雖然現(xiàn)有的教學手段越來越豐富，除了傳統(tǒng)教具模型的使用，還引入了虛擬模型庫、以及三維造型軟件的應用，但學生的學習與吸收效果并沒有大幅提高?？偨Y(jié)起來，主要存在以下幾方面問題。首先，教學內(nèi)容有待進一步優(yōu)化升級。由于現(xiàn)代化的教學手段不斷升級，使課時較之前大幅縮減，加之大一學生缺乏實踐，想學好制圖這門專業(yè)基礎課程，做到靈活運用，確實不易。因此，如何利用有限的學時將基本理論與實踐能力相結(jié)合是需要思考的問題。其次，教學模式與方法有待更新。雖然目前的教學手段豐富多樣，但本質(zhì)都是以教師為中心的演示和講授，如何轉(zhuǎn)變這種教學模式，從學生的學習需求和學習可能性出發(fā)進行教學設計，也是需要思考的問題。再次，教學管理的組織方法有待改進。主要是實踐教學環(huán)節(jié)，由于班多學生多，效果并不理想，抄圖嚴重，很多同學白白浪費了繪制大圖的鍛煉機會，因此，如何在保證教學效果的同時，對學生進行有效的組織管理，也是急需解決的問題?？傊?，需要轉(zhuǎn)變教學思維模式，以學生為中心，深化工程教育改革，實現(xiàn)以教促學向自主學習方式的轉(zhuǎn)變。

二、學生需求分析

當代大學生的特點是思維活躍、喜歡接受新事物、思想積極且有創(chuàng)新意識和欲望，但同時他們也叛逆自我、熱衷于網(wǎng)絡且自制力較弱，學習有時常帶有功利性，并且缺乏實踐[3]。由于大一新生的認知水平有限，很多學生不能認識到前期基礎課與后續(xù)專業(yè)課程之間的聯(lián)系，故具有功利性的認知特點，學習的重視程度不夠。

因此，針對學生的這些心理特點，除了思想上的正確引導外，更重要的是最大限度地激發(fā)他們的學習興趣。對于這一代的孩子，興趣非常關鍵，可以激發(fā)他們的學習潛能，讓他們產(chǎn)生持久的學習動力。而計算機與互聯(lián)網(wǎng)成為他們的學習工具，則是按照他們的學習習慣去培養(yǎng)對課程的學習興趣，解決他們在課程中的困難。同時，基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的工程教育改革方向，探索實施工程教育人才培養(yǎng)的新模式。

三、教學改革設計與實踐

針對當代大學生的特點和目前制圖課程教學中存在的問題，按照工程教育改革思路，制定教學改革基本框架，以優(yōu)化升級教學內(nèi)容，更新教學方法、改進教學管理，如圖1所示。從學生的學習習慣出發(fā)，貫徹工程教育改革理念及新工科思想，進行教學改革設計，基于信息化交互式虛擬教學平臺實施體驗式、項目式教學改革建設方案，充分調(diào)動學生的學習興趣和主動性，引導學生課外自主學習；同時，借鑒雙效優(yōu)化思路進行教學組織與管理模式的改進，以保證教學效果與目標的實現(xiàn)。

圖1　教學改革思路基本框架

按照上述教學改革設計的基本思路，提出以下具體實施措施。

1.基于CAD虛擬學習環(huán)境的體驗式教學

從制圖學習開始，很多學生反映空間想象力差、構(gòu)思困難，單純使用講授不利于學生對知識的消化和吸收，即使采用現(xiàn)代教學演示方法，其效果并不顯著。故體驗式教學是一種不錯的嘗試，讓學生利用CAD虛擬學習環(huán)境直接參與其中，易于培養(yǎng)他們的觀察和認知能力[4]。

首先，充分利用計算機繪圖軟件功能。學生可以利用軟件的模型樹和尺寸編輯功能，自行觀察模型的截交線和相貫線的變化過程。同時，可利用多視圖展開顯示功能去觀察各視圖方向的投影，幫助學生形成由三維到二維思維的轉(zhuǎn)換。當學生自己有了一定空間想象力以后，再結(jié)合CAI課件聽老師的講解，才會更容易理解。

其次，將增強現(xiàn)實技術應用于制圖教學，如圖2所示，利用AR虛擬模型庫培養(yǎng)學生的空間想象力。以教材、習題冊等學習材料為基礎，將虛擬的立體模型逼真地展現(xiàn)在現(xiàn)實的學習材料上，學生可在智能手機或平板電腦上通過App進行體驗操作，實現(xiàn)模型的移動、翻轉(zhuǎn)或剖切等互動觀察，既增加了學習的趣味性，又極大地擴展了學習的時間和空間，對于輔助課后自主學習很有益處。

圖2　AR虛擬模型庫

2.基于項目式教學的改革與實踐

按照工程教育改革及新工科思想，將項目設計內(nèi)容進行重新的梳理優(yōu)化，注重各知識點之間的聯(lián)系，細化每一模塊的項目任務，明確每一階段的項目目標[5]。例如，將繪制減速器裝配圖作為項目最終任務，并以此展開制定零件圖繪制子任務，同時將計算機繪圖教學計劃融入項目任務之中，以小組為單位團隊協(xié)作完成。在零件圖繪制的子任務中，每個小組成員繪制的零件都圍繞減速器中的零件展開，有軸類、盤類以及箱體類零件，其視圖表達方法、尺寸標注要求以及技術要求的標注等知識都需要從老師課堂講授的知識點中獲取，這樣可使學生有目的地去聽每一堂課，實現(xiàn)以教促學到自主學習的轉(zhuǎn)變。同時融入計算機繪圖，每位學生在保證手繪兩張零件圖的基礎上，使團隊完成減速器所有非標件的建模，由于工作量較大，每組僅依靠個人很難完成任務，只有團隊協(xié)作才可完成，最終，以小組為單位，提交減速器的三維虛擬模型，以及裝配圖作為終極任務考核。

此外，教師應多鼓勵并指導學生參與學科競賽活動，通過課外啟發(fā)式、討論式教學，培養(yǎng)學生的實踐應用與創(chuàng)新設計能力。比如，組織學生參加投影制圖競賽以及CAD制圖競賽，學生可通過競賽對制圖知識和技能的掌握進一步鞏固；指導學生參加機械創(chuàng)新設計大賽、工程訓練大賽等工程實踐類活動，引導學生在完成項目的過程中，將多門課程的知識進行有效地融合，活躍學生的思維，激發(fā)其創(chuàng)新意識，持續(xù)提升學生的工程實踐能力。

3.雙效優(yōu)化教學管理方法

基于工程教育理念的項目式教學本身更適合于小班教學，若沒有行之有效的管理方法，再好的項目教學設計也沒有好的教學效果。本文借鑒雙效優(yōu)化管理模式[6]，即“效果—效率”雙優(yōu)化，解決授課班級規(guī)模大，學生組織困難的問題，同時保證項目教學的效果。

首先，實行組長管理責任制。每班約100人，5-6人一組，約20組，采用自愿分組，教師微調(diào)的方式，確保每組至少有一人可以起到模范帶頭作用。在項目教學的實施過程中，任課教師主要跟進組長，檢查每組進度，定期抽查組員，這種管理模式，利于每位同學在小組內(nèi)互相學習、討論，培養(yǎng)的團隊協(xié)作與溝通能力。

其次，充分利用網(wǎng)絡互動平臺資源。為了提高課堂效率，可將課件及相關項目材料提前放入Bb教學平臺，或移動學習系統(tǒng)，方便學生課后預習復習。此外，利用微信互動平臺，建立師生互動群，及時交流項目實施過程中發(fā)現(xiàn)的問題，并進行意見反饋。

最后，建立合理的評分體系，注重過程的考核。為了強調(diào)過程考核，將學生注意力從期末考試轉(zhuǎn)移到過程考核中來，可繼續(xù)加大平時成績的權(quán)重，尤其對于零件圖和裝配圖的學習。同時，細化考核內(nèi)容，配合項目教學的任務制定階段性的考核要求。采取組合打分，教師給小組打分，組長給組員打分的方式，促進互相監(jiān)督，共同合作。

四、結(jié)束語

本文基于新工科思想對機械制圖課程教學改革進行了一些思考與探索。以學生為中心的人才培養(yǎng)模式，深化工程教育改革，借助虛擬教學平臺實施體驗式、項目式教學改革建設方案，在保證教學效果的前提下，以效率提升為目標進行教學管理方法的改進。在提高教學效能的同時，實現(xiàn)學生從以教促學向自主學習方式的轉(zhuǎn)變，發(fā)展學生的自我探究意識與工程實踐能力。