以“三創(chuàng)”型培養(yǎng)目標(biāo)的機(jī)械制圖數(shù)字化改革與實(shí)踐

蒙建國，任學(xué)平，解文霞，王 斌*

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010;2.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

1 引言

隨著科技發(fā)展，企業(yè)技術(shù)的需求、制造技術(shù)的發(fā)展與機(jī)械制圖的數(shù)字化表達(dá)的不斷融合發(fā)展為高校機(jī)械制圖的教育提供新思路。從未來的科技格局角度，深刻認(rèn)識到要實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”的宏偉目標(biāo)，就要堅(jiān)持面向市場、服務(wù)發(fā)展、促進(jìn)就業(yè)的教學(xué)方向，培養(yǎng)創(chuàng)新型技術(shù)技能人才。

2 教學(xué)改革現(xiàn)狀分析

隨著課程教學(xué)改革程度的重視，一系列相關(guān)教學(xué)資料庫等的建立，如以卓越工程師培養(yǎng)為目標(biāo)的教育方式[1]，以采用慕課與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的機(jī)械制圖教學(xué)方法[2]和以工程教育為導(dǎo)向的教學(xué)方式改革[3]，為學(xué)生提供了海量的資源，其教學(xué)優(yōu)勢顯著。不少高校已經(jīng)開始基于特征造型與參數(shù)化的三維設(shè)計(jì)繪圖教學(xué)。童秉樞等[4]將三維CAD引入工程圖學(xué)教學(xué)改革，張京英等[5]針對引入三維CAD不同的教學(xué)模式進(jìn)行對比和論述。在工程制圖課程學(xué)習(xí)階段，因?yàn)槿SCAD幾何造型的原理與方法同工程制圖中組合體的構(gòu)型原理是一致的，所以三維CAD的介入可以幫助學(xué)生很好地實(shí)現(xiàn)工程制圖學(xué)習(xí)中“平面-空間-平面”這一思維過程 的轉(zhuǎn)換，有效地培養(yǎng)學(xué)生的“圖學(xué)意識”[6]。由于工程制圖屬于工科類本科院校的基礎(chǔ)課程，不少本科院校還采用著傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)理念，以傳統(tǒng)的教材教學(xué)為主，缺乏充分利用現(xiàn)代數(shù)字化教學(xué)模式和教學(xué)手段改善工程圖學(xué)的教學(xué)效果；從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式角度，也沒有充分考慮企業(yè)、行業(yè)的技術(shù)需求，致使學(xué)生所學(xué)的知識和技能落后于企業(yè)不斷提高的技術(shù)需求，與目前應(yīng)用型本科教育培養(yǎng)的人才培養(yǎng)目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)[7]。

3 教學(xué)過程中存在的問題

《工程制圖與CAD基礎(chǔ)》學(xué)習(xí)主要是工程制圖和二維數(shù)字化構(gòu)型，主要為畫法幾何部分，第一學(xué)期學(xué)習(xí)點(diǎn)線面體以及截交線、相貫線的表達(dá)方法、以及軸測圖，在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)組合體，而組合體是對前面學(xué)習(xí)的總結(jié)，對后續(xù)課程圖樣畫法的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)，圖樣畫法主要包含視圖(表達(dá)物體的外形：包括基本視圖、局部視圖、向視圖、斜視圖，主要掌握畫法和標(biāo)注)、剖視圖(表達(dá)物體內(nèi)形：全剖、半剖、局部剖視圖)、斷面圖(僅表達(dá)物體斷面情況：移除斷面圖和重合斷面圖)、局部放大圖和簡化畫法，然后學(xué)習(xí)零件圖(標(biāo)準(zhǔn)件、常用件和一般零件)和裝配圖(圖樣畫法表達(dá)及零件的讀圖、畫圖和特殊表達(dá))。第二學(xué)期學(xué)習(xí)CAD基礎(chǔ)，主要是掌握AutoCAD功能的使用和基本操作命令。教學(xué)不斷在改革，教學(xué)資源和學(xué)生學(xué)習(xí)資源都不斷在增加，但卻發(fā)現(xiàn)學(xué)生水平并沒有想象中的提高明顯，對不同年級以及取得各等級成績的同學(xué)進(jìn)行多次了解后，主要發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)問題：

(1)教學(xué)過程中，學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣偏低，部分學(xué)生還存在空間想象能力弱，很難進(jìn)入學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程的角色。

(2)學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)目的不明確，在重負(fù)擔(dān)課程的情況之下學(xué)生以成績通過為主，忽略課程的后續(xù)應(yīng)用和技能的培養(yǎng)，存在應(yīng)付了之思想，并不具備在之后學(xué)習(xí)和工作中靈活運(yùn)用的本領(lǐng)。

(3)教與學(xué)環(huán)節(jié)中，實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)較少，學(xué)生對所學(xué)知識的消化吸收效果不好, 在未來的就業(yè)、工作中錯誤百出，進(jìn)入工作崗位時“亡羊補(bǔ)牢”，很難快速在專業(yè)領(lǐng)域中獨(dú)當(dāng)一面。

4 存在問題的具體分析

從教學(xué)角度分析，主要存在以下幾個現(xiàn)實(shí)教學(xué)問題：

(1)教學(xué)與企業(yè)需求存在脫節(jié)現(xiàn)象。教學(xué)過程中教材的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容與目前企業(yè)的技術(shù)需求和應(yīng)用存在脫離，教學(xué)內(nèi)容建立在以基礎(chǔ)知識的培養(yǎng)上，而學(xué)習(xí)過程中的實(shí)例內(nèi)容以及所涉及到繪制零件圖和裝配圖部分的實(shí)例也無實(shí)體或者視圖模型，主要面向二維工程圖樣的讀圖和制圖，學(xué)生對圖的識別能力減弱，繪圖能力降低。但是目前很多機(jī)械類領(lǐng)域企業(yè)逐步采用全三維無紙化生產(chǎn)[1]。因此，在本科教學(xué)階段，僅從二維工程圖樣角度培養(yǎng)學(xué)生的讀圖能力和繪圖能力，已經(jīng)無法滿足企業(yè)的技術(shù)需求。

(2)教學(xué)手段上缺乏采用形象的案例。目前教學(xué)過程中，授課教師主要是以課件中案例的圖片形式展現(xiàn)教學(xué)案例，并通過投影規(guī)則進(jìn)行授課，無法實(shí)現(xiàn)空間的全面表達(dá)，學(xué)生對案例的學(xué)習(xí)一知半解，部分立體感弱的學(xué)生很難按照空間想象力完成投影三視圖的繪制，教學(xué)內(nèi)容的缺乏豐富，導(dǎo)致學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣下降。

(3)教學(xué)過程缺乏實(shí)踐訓(xùn)練。機(jī)械制圖課程的教學(xué)任務(wù)是通過課堂教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生在課后練習(xí)的同時鞏固所學(xué)知識，從而提高基本作圖能力、增強(qiáng)作圖技能。機(jī)械制圖屬于公共基礎(chǔ)課，課后作業(yè)量繁重，導(dǎo)致學(xué)生和老師的壓力增加，但是單純從期末考試來看，學(xué)習(xí)效果的體現(xiàn)并不明顯；從畢業(yè)設(shè)計(jì)角度看，繪圖能力及規(guī)范性并不理想；在就業(yè)過程中，不少企業(yè)要求專業(yè)性強(qiáng)，學(xué)生的綜合素質(zhì)弱的特點(diǎn)就凸顯出來。另外，所學(xué)《CAD基礎(chǔ)》課程則是以給定二維圖形照圖樣繪制為主，而由于課時原因?qū)τ趯?shí)物測繪的訓(xùn)練較為缺乏，課堂教學(xué)內(nèi)容無法及時結(jié)合學(xué)生的實(shí)踐和動手能力，也體驗(yàn)不到課程學(xué)習(xí)的目的性和實(shí)用性，導(dǎo)致學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣降低。

(4)教學(xué)效果考核體系單一化。目前機(jī)械制圖的期末考試主要是由兩部分組成：一部分為機(jī)械制圖試卷，主要涉及到的知識點(diǎn)為與投影相關(guān)的平面與立體的投影等理論基礎(chǔ)知識，而目前多數(shù)高校依在采用這種模式考核學(xué)生對課程基礎(chǔ)知識的掌握程度，該傳統(tǒng)方式主要考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度；另一部分為二維草繪圖樣，要求學(xué)生在CAD軟件里照圖樣畫出給定題目，主要考核學(xué)生對CAD軟件的基礎(chǔ)應(yīng)用程度?？荚嚭涂己说哪Ｊ絾握{(diào)，尤其是CAD基礎(chǔ)課程的考核，缺乏相關(guān)應(yīng)用能力的檢驗(yàn)。綜合分析，機(jī)械制圖的綜合考核模式建立在傳統(tǒng)考查基礎(chǔ)上，并沒有充分考慮學(xué)生學(xué)到的知識在行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用程度，不能很好地反映學(xué)生對該領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的掌握熟練程度。

5 實(shí)施方案

以“三創(chuàng)”(即創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)造)型培養(yǎng)方式為目標(biāo)[8]，進(jìn)一步展開對應(yīng)用型本科院校學(xué)生的培養(yǎng)。創(chuàng)新就是利用現(xiàn)有的教材和教具，在完成基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)后，本著對教材知識的鞏固與應(yīng)用，為滿足企業(yè)設(shè)計(jì)需求，而改進(jìn)或創(chuàng)造新的學(xué)習(xí)和教學(xué)方法，使學(xué)生具有強(qiáng)的制圖功底和良好的創(chuàng)新和服務(wù)意識；創(chuàng)業(yè)是針對目前企業(yè)及社會需求，致力于培養(yǎng)以創(chuàng)業(yè)形式為過程的教學(xué)改革，運(yùn)用知識的融合學(xué)習(xí)方法，解決實(shí)際企業(yè)相關(guān)需求問題，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)業(yè)意識、就業(yè)意識；創(chuàng)造指的是學(xué)生要將所學(xué)的知識與技能，結(jié)合日常實(shí)踐案例訓(xùn)練，產(chǎn)生新的發(fā)現(xiàn)問題、解決工程實(shí)際問題的能力。通過學(xué)習(xí)和閱讀工程圖樣，讀圖和畫圖，將空間三維用二維工程圖樣表達(dá)清楚，將二維工程圖樣正確讀懂；二維與三維不斷轉(zhuǎn)換，鞏固繪制工程圖樣的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力，使得學(xué)生懂得如何用圖樣確切地表達(dá)結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理和技術(shù)要求，培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀工程圖樣的能力，以及用計(jì)算機(jī)二維及三維繪圖軟件完成機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)型和表達(dá)的能力，學(xué)會讀圖和畫圖，學(xué)習(xí)過程可以建立工程概念、培養(yǎng)工程意識和工程素質(zhì)，同時提高學(xué)生學(xué)習(xí)制圖課程的興趣和愛好，更加有信心探索工程領(lǐng)域里奇妙的世界。

“三創(chuàng)”型教學(xué)過程是由教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容與實(shí)施、教學(xué)效果評價、教學(xué)實(shí)踐體會等多個環(huán)節(jié)組成。

5.1 教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容選擇與實(shí)施

“三創(chuàng)”型教學(xué)法實(shí)施過程前，選擇以體現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)案例來確定教學(xué)內(nèi)容，然后就要具體地實(shí)施和完成。結(jié)合企業(yè)調(diào)研和實(shí)際案例，將課程內(nèi)容里面涉及到的實(shí)際工程圖識讀和繪制等知識點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行整合。本文將以“機(jī)用虎鉗”為例(簡圖如圖1所示)，對教學(xué)任務(wù)的實(shí)施過程進(jìn)行分析。

圖1 機(jī)用虎鉗裝配示意圖

(1)零部件的工程圖樣繪制:根據(jù)測繪要求和制圖規(guī)則，測量繪制各零部件(標(biāo)準(zhǔn)件除外，標(biāo)準(zhǔn)件采用查表、手冊)，使學(xué)生明確零件圖中所包含的基本內(nèi)容、技術(shù)要求、圖樣的基本表示法、并進(jìn)一步理解如何識讀零件圖，了解零件的名稱、材料，對零件的形狀、尺寸和在機(jī)器中的作用有一定的初步認(rèn)識，根據(jù)各零部件投影規(guī)律，選擇合理視圖及表達(dá)方式，繪制零件圖，并標(biāo)注零件的尺寸，注寫技術(shù)要求等信息，完成各零部件的測量和繪圖任務(wù)，得到各零部件二維圖樣如圖2所示。

圖2 機(jī)用虎鉗零部件二維工程圖

圖樣繪制完畢后，進(jìn)行圖樣的檢查評價，從機(jī)械制圖角度的規(guī)范性、尺寸標(biāo)注的正確性和過程中的態(tài)度等方面進(jìn)行前期過程評價，評價制圖是否合理、準(zhǔn)確，并進(jìn)行比較，總結(jié)知識點(diǎn)的應(yīng)用。

(2)零部件三維建模數(shù)字化表達(dá):①本教學(xué)任務(wù)根據(jù)掌握三維建模的基本方法、基本命令(包括：基本特征的定義和繪制、拉伸、旋轉(zhuǎn)、切除、陣列、掃描、放樣等操作；添加各種輔助平面和軸線，對特征進(jìn)行再編輯)，繪制機(jī)用虎鉗各零部件三維模型，如圖3所示。

圖3 機(jī)用虎鉗零部件建模圖

②根據(jù)建立的零件三維模型并按要求依據(jù)裝配關(guān)系完成各零部件的裝配工作，查找裝配過程中存在的干涉等問題，完成機(jī)用虎鉗的裝配，如圖4所示。做好信息收集記錄，并將所涉及到的知識點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行信息匯總，更明確地了解所掌握理論知識和操作技能的程度。

③裝配體模型的二維裝配關(guān)系數(shù)字化表達(dá):根據(jù)機(jī)用虎鉗的裝配體模型，將組裝的機(jī)用虎鉗繪制成二維裝配圖，并采用合理的表達(dá)方法進(jìn)行表達(dá)，得到如圖5所示工程圖。從裝配圖中了解部件中各零部件的裝配關(guān)系，分析部件的工作原理以及各部件的結(jié)構(gòu)形狀等信息。

圖4 機(jī)用虎鉗裝配體圖

圖5 機(jī)用虎鉗二維裝配圖

在實(shí)施本項(xiàng)目過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生明確零件圖的基本內(nèi)容、技術(shù)要求、識讀方法、繪制方法，指導(dǎo)學(xué)生如何操作進(jìn)行圖案填充和圖塊使用，如何利用倒斜角、倒圓角等CAD的二維編輯功能編輯對象，指導(dǎo)學(xué)生正確標(biāo)注粗糙度、尺寸公差、形位公差等技能。

(3)在教學(xué)任務(wù)實(shí)施過程中，組內(nèi)成員相互交流合作，教師進(jìn)行一定的指導(dǎo)，進(jìn)行教學(xué)咨詢，保證項(xiàng)目質(zhì)量。

(4)教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)的計(jì)劃與決策階段，創(chuàng)設(shè)課題討論情景，進(jìn)行小組長負(fù)責(zé)制的全組成員共同交流，探討教學(xué)任務(wù)進(jìn)行過程中的實(shí)施計(jì)劃、制圖步驟方法及過程中的相關(guān)決策。組織進(jìn)行自我評價和組內(nèi)綜合評價，從中選出最佳的教學(xué)成果進(jìn)行展示和組間評價，首先找出問題所在，給出評價結(jié)果；然后查找造成評價結(jié)果差異的原因，并提出解決問題的方法。在此過程中，教師起到指導(dǎo)作用，對項(xiàng)目進(jìn)行拓展和延伸，使學(xué)生能舉一反三，掌握更多的實(shí)際操作技能。

5.2 教學(xué)效果分析

考核是對學(xué)生對知識技能掌握情況的最直觀有效的檢驗(yàn)方式。為全面考察學(xué)生的制圖基礎(chǔ)以及對先進(jìn)制圖技術(shù)的掌握程度，將機(jī)械制圖的考核方式由傳統(tǒng)的試卷考試改為模塊化、過程考核方式的考試?？己藰?biāo)準(zhǔn)：平時表現(xiàn)：重點(diǎn)考察學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)動機(jī)、學(xué)習(xí)目的，學(xué)習(xí)過程、自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等，嚴(yán)格制定考核標(biāo)準(zhǔn)，每個模塊教學(xué)結(jié)束后及時公布。項(xiàng)目實(shí)施教學(xué)過程的考核方式改革主要體現(xiàn)在靈活性和實(shí)效性，能綜合反映學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力，進(jìn)一步挖掘和提升學(xué)生創(chuàng)新工作能力。

機(jī)械制圖教學(xué)的改革，使學(xué)生全面掌握課堂所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，并且得到很好地應(yīng)用，能夠?qū)C(jī)械制圖所涉及的知識點(diǎn)融會貫通，從基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)到二維實(shí)踐練習(xí)過渡到三維模型建立，最后反饋相關(guān)問題到二維工程，并進(jìn)行理論知識點(diǎn)的回顧，圍繞整個學(xué)習(xí)過程，組織學(xué)生開展討論，從學(xué)習(xí)目的以及實(shí)施過程中遇到的問題、采取的解決方案等角度進(jìn)行總結(jié)，在全面增強(qiáng)學(xué)生繪圖技能同時，注重學(xué)生能力培養(yǎng)，凸顯學(xué)生工程創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力等綜合素質(zhì)。

6 結(jié)論

基于“三創(chuàng)”型的機(jī)械制圖教學(xué)模式的改革，是建立在傳統(tǒng)理論教學(xué)基礎(chǔ)上，將制圖內(nèi)容全面融合，實(shí)現(xiàn)理論、實(shí)踐相融合的教學(xué)方式，做到學(xué)生參與項(xiàng)目、體驗(yàn)項(xiàng)目全過程的一種教學(xué)模式，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識融會貫通，學(xué)會對每一個知識點(diǎn)的靈活應(yīng)用，進(jìn)一步帶動學(xué)生積極性，以創(chuàng)新思維提升學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)意識，從而增強(qiáng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)與職業(yè)技能、提高學(xué)生創(chuàng)造能力和綜合職業(yè)素質(zhì)。