機(jī)械類(lèi)專業(yè)《畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖》課程教學(xué)改革的探索★

王顏輝， 樊彩轉(zhuǎn)， 穆麗娟

（山西能源學(xué)院機(jī)電工程系， 山西 晉中 030006）

引言

在建筑工程、航空航天工程、機(jī)械工程等領(lǐng)域，工程制圖都有著非常重要的地位，而工程圖樣就是工程制圖的重要技術(shù)語(yǔ)言，也是生產(chǎn)制造的重要依據(jù)。對(duì)于工科類(lèi)學(xué)生來(lái)說(shuō)，《畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖》課程是他們必須要掌握的一門(mén)基礎(chǔ)課，但它又不同于數(shù)學(xué)、英語(yǔ)等基礎(chǔ)課，它是實(shí)踐性、專業(yè)性、邏輯思維性很強(qiáng)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生的要求很高。該課程的講授和學(xué)習(xí)在工科類(lèi)學(xué)生的本科學(xué)習(xí)階段也是相當(dāng)重要，不僅僅要求學(xué)生掌握該課程的理論知識(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)利用該課程的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。

針對(duì)機(jī)械類(lèi)專業(yè)本科學(xué)生開(kāi)設(shè)的畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程分為兩大部分，分別安排在大一年級(jí)第一學(xué)期和第二學(xué)期。第一學(xué)期主要講授畫(huà)法幾何部分，第二學(xué)期主要講授機(jī)械制圖部分。但是由于每學(xué)期總課時(shí)數(shù)的限制，畫(huà)法幾何部分的課時(shí)數(shù)往往少于機(jī)械制圖部分的課時(shí)數(shù)，而且因?yàn)閷W(xué)期與學(xué)期之間明顯的時(shí)間界限，導(dǎo)致在學(xué)生的思想里，畫(huà)法幾何和機(jī)械制圖是毫無(wú)關(guān)系的兩門(mén)課程，這其實(shí)是與本門(mén)課程設(shè)立的初衷相違背的。甚至有很多同學(xué)會(huì)疑惑畫(huà)法幾何部分的內(nèi)容與工程實(shí)際有什么關(guān)聯(lián)？如何實(shí)際應(yīng)用該部分的內(nèi)容？該部分內(nèi)容與第二學(xué)期所學(xué)的機(jī)械制圖部分有什么關(guān)系？

1 目前課程特點(diǎn)

《畫(huà)法幾何》與《機(jī)械制圖》是兩門(mén)側(cè)重點(diǎn)不同但關(guān)聯(lián)度又很高的課程，《畫(huà)法幾何》偏重于點(diǎn)、線、面的投影以及解決平面、空間幾何問(wèn)題，《機(jī)械制圖》偏重于體，更注重培養(yǎng)學(xué)生的繪圖、讀圖、表達(dá)能力。兩者在本質(zhì)上具有不可忽視的聯(lián)系[1-2]。本學(xué)院定位為應(yīng)用型本科院校，而目前根據(jù)課時(shí)安排，我院機(jī)械類(lèi)學(xué)生的《畫(huà)法幾何》課程總課時(shí)數(shù)與《機(jī)械制圖》課時(shí)數(shù)不相上下，而課內(nèi)實(shí)踐課時(shí)數(shù)前者要多于后者，同時(shí)根據(jù)本院學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)以及學(xué)習(xí)效果回饋，可以在原有制圖課思路的基礎(chǔ)上進(jìn)行改善，找到一個(gè)更適合本院學(xué)生的教學(xué)體系。

目前制圖課授課方式大多采用傳統(tǒng)理論教學(xué)為主，少量課內(nèi)實(shí)踐為輔的教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)到的知識(shí)很大程度上取決于老師課堂上所講內(nèi)容，阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，學(xué)生不能很好地接受課程知識(shí)，缺乏對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，很多學(xué)生以期末考試為目標(biāo)，不注重對(duì)課程的應(yīng)用實(shí)踐，致使很多學(xué)生在今后畢業(yè)設(shè)計(jì)中以及工作中不能很好地學(xué)以致用，畫(huà)出的機(jī)械圖漏洞百出。即使今后走上機(jī)械相關(guān)的工作崗位仍然對(duì)制圖課知識(shí)掌握不熟練，無(wú)法滿足工作崗位需求。

另外，機(jī)械制圖課程大綱要求的課內(nèi)實(shí)踐課時(shí)數(shù)有限且規(guī)定死板，教師往往只能根據(jù)大綱要求安排課內(nèi)實(shí)踐課學(xué)生需要完成的繪圖任務(wù)，而大綱要求的實(shí)踐課內(nèi)容主要依據(jù)是書(shū)本知識(shí)，并沒(méi)有結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)崗位需求，不能以實(shí)際工作為依據(jù)進(jìn)行授課[3]。因此傳統(tǒng)的教學(xué)模式不能很好地達(dá)到該門(mén)課程設(shè)立的初衷，預(yù)期效果也不理想。學(xué)生在課內(nèi)實(shí)踐中所畫(huà)圖紙沒(méi)有放到實(shí)際生產(chǎn)中，不能?chē)?yán)格按照技術(shù)要求，會(huì)讓學(xué)生誤以為機(jī)械制圖嚴(yán)謹(jǐn)性一般，能畫(huà)出來(lái)即可。但事實(shí)上機(jī)械制圖要求非常精確，不得有半點(diǎn)閃失，否則造成的損失不可估計(jì)。

隨著應(yīng)用型本科高校課程改革的逐步推進(jìn)，受到智能制造和人工智能的影響，傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的弊端漸漸凸顯出來(lái)，教學(xué)上面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越大，為了更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，更好地讓學(xué)生學(xué)以致用，工作后更好地實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值，機(jī)械制圖的教學(xué)改革是必然的[4]。

2 改革措施

2.1 增加實(shí)踐教學(xué)課時(shí)數(shù)

適當(dāng)減少機(jī)械制圖部分的理論課時(shí)數(shù)，增加實(shí)踐課時(shí)數(shù)，每一章內(nèi)容講完以后都應(yīng)該增加2 課時(shí)的課內(nèi)實(shí)踐課，鍛煉學(xué)生的讀圖、繪圖能力，使學(xué)生能更加深刻地理解理論課所講內(nèi)容，能更好地將制圖知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中。除此以外還應(yīng)該在大一第二學(xué)期末增加一周時(shí)間的集中實(shí)訓(xùn)，這對(duì)學(xué)生將來(lái)做專業(yè)課課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及畢業(yè)后解決工作中遇到的問(wèn)題都有很重要的意義[5-6]。另外，目前《機(jī)械制圖》課程中的實(shí)踐課更注重手工繪圖，而將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的課時(shí)量安排的很少甚至沒(méi)有，即使重新再開(kāi)一門(mén)AutoCAD 課程也會(huì)將課程安排至大二或大三來(lái)上，這樣會(huì)造成兩門(mén)課程的脫節(jié)，學(xué)生能夠掌握CAD 的使用卻不能很好地掌握CAD 在機(jī)械圖紙中的應(yīng)用，即僅僅會(huì)使用該軟件而已而沒(méi)有“輔助設(shè)計(jì)”這樣的能力。所以很有必要增加課程實(shí)踐課時(shí)數(shù)，這里的實(shí)踐課時(shí)數(shù)包括手工繪圖和計(jì)算機(jī)繪圖兩部分，且建議在學(xué)期末有一到兩周的集中實(shí)訓(xùn)時(shí)間。期末成績(jī)不能僅僅取決于期末考試的書(shū)面成績(jī)，而應(yīng)該將平時(shí)成績(jī)的比重適當(dāng)增加。平時(shí)成績(jī)除包含平時(shí)上課表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、平時(shí)出勤情況外，更應(yīng)該加入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)所得成績(jī)，實(shí)踐教學(xué)中提交的作業(yè)成績(jī)按比例換算成平時(shí)成績(jī)加入到總成績(jī)中，而且應(yīng)該逐步提高實(shí)踐教學(xué)成績(jī)所占的比例，讓學(xué)生意識(shí)到繪圖實(shí)踐的重要性。建議實(shí)踐課成績(jī)占平時(shí)成績(jī)的比例不低于70%，每次提交的作業(yè)根據(jù)學(xué)生的繪圖質(zhì)量進(jìn)行單獨(dú)打分，每次的分值按比例換算成百分制算入到平時(shí)成績(jī)中。

2.2 鼓勵(lì)學(xué)生參加制圖相關(guān)比賽

將大學(xué)生競(jìng)賽與機(jī)械制圖課程直接相聯(lián)系，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時(shí)提高學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)能力，將三維建模和3D 打印技術(shù)融入教學(xué)中，為大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新比賽搭建平臺(tái)。除了課上教師的講授與指導(dǎo)外，課下學(xué)生可自主進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，能有效影響該課程現(xiàn)有的教學(xué)模式，有力地推動(dòng)該課程的教學(xué)改革。目前相關(guān)比賽中學(xué)生參與范圍較廣的為全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽，參賽的高校涉及二百多個(gè)高校，以機(jī)械類(lèi)、建筑類(lèi)、水利類(lèi)、道橋類(lèi)專業(yè)為主，涉及的項(xiàng)目有尺規(guī)繪圖、三維建模、3D 打印等，與學(xué)生課上所學(xué)知識(shí)息息相關(guān)。通過(guò)參加此類(lèi)大賽，學(xué)生可以找到自己的不足之處進(jìn)行彌補(bǔ)。例如參加制圖類(lèi)大賽，就需要組成小團(tuán)隊(duì)，長(zhǎng)期進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練，這樣會(huì)形成一種長(zhǎng)期學(xué)習(xí)制圖的氛圍，也能達(dá)到部分帶動(dòng)整體的目的。另外通過(guò)參加各種比賽，教師還可以和其他院校的相關(guān)教師交流，對(duì)比各種教學(xué)方法對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的幫助作用，找到適用于本校學(xué)生的教學(xué)方法和教學(xué)大綱。

2.3 將三維建模引入到理論課程中

學(xué)習(xí)《機(jī)械制圖》課程初期，很多學(xué)生空間想象力不夠，尤其是在學(xué)習(xí)截交線、相貫線，根據(jù)已知視圖補(bǔ)畫(huà)其他視圖時(shí)，單憑口頭描述或者死板的解題并不能使同學(xué)們對(duì)題目有直觀的了解，即使單個(gè)題目弄明白了也不能保證遇到其他題目時(shí)能獨(dú)立解答[7]。由于目前企業(yè)需要的不僅僅是只具有繪圖、讀圖能力的畢業(yè)生，同時(shí)還需要能夠進(jìn)行自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析的人才，綜合這些方面考慮，三維繪圖軟件的使用顯得尤為重要。這就對(duì)機(jī)械類(lèi)本科畢業(yè)生提出了更高的要求，要求他們不僅具有熟練繪制二維圖的能力，還應(yīng)該具有建立三維模型并基于三維模型進(jìn)行計(jì)算、分析、仿真等的能力。另外三維模型對(duì)學(xué)生培養(yǎng)空間想象力幫助非常大，在講授理論課時(shí)，邊進(jìn)行三維建模邊進(jìn)行講授，學(xué)生紛紛表示能更好地接受所學(xué)知識(shí)，空間想象力也有了很大的提升，同時(shí)還能學(xué)會(huì)三維建模的方法。可以嘗試在《機(jī)械制圖》課程中適當(dāng)增加計(jì)算機(jī)造型部分的內(nèi)容，并著重講三維建模的原理，講授一種三維軟件的使用方法入門(mén)，建議將該部分的內(nèi)容安排在講組合體之前。在后續(xù)章節(jié)的講授過(guò)程中，可以體會(huì)三維建模在課程學(xué)習(xí)方面對(duì)學(xué)生的幫助效果，同時(shí)可以邊講授邊進(jìn)行課程總結(jié)，以便對(duì)接下來(lái)的課程改革進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)。

目前常用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析制造三維建模軟件有UG、CREO、Solidworks 等，在講授組合體內(nèi)容前，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)一種三維建模軟件。在接下來(lái)幾個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)中，例如，組合體、軸測(cè)圖、機(jī)件的圖樣畫(huà)法、裝配圖等，三維模型對(duì)課程的學(xué)習(xí)都將起到非常大的幫助作用。組合體學(xué)習(xí)過(guò)程中涉及到的形體分析法，單純靠理論講解以及學(xué)生的空間想象力去理解該部分內(nèi)容確有些困難，但如果在教學(xué)中引入三維建模軟件，將各基本體分別建立模型，并通過(guò)基本體與基本體之間“相加”或“相減”的運(yùn)算，就可以構(gòu)造出不同的組合體，然后轉(zhuǎn)換成工程圖即為課上所講的投影視圖。在這個(gè)過(guò)程中，很直觀地展現(xiàn)了三維實(shí)體模型和工程圖之間的轉(zhuǎn)換，將實(shí)體和視圖之間的關(guān)系連接起來(lái)，學(xué)生可以更好地掌握視圖中各部分的真實(shí)含義。機(jī)件的表達(dá)方法中涉及到的剖視圖、斷面圖都是假想的用一剖切面剖切機(jī)件，剖切后根據(jù)規(guī)定再進(jìn)行投影，這種假想的剖切就增大了同學(xué)們的學(xué)習(xí)復(fù)雜程度，同時(shí)對(duì)剖切具體位置難以準(zhǔn)確選擇。將三維實(shí)體模型引入進(jìn)來(lái)可以讓學(xué)生直觀地看到機(jī)件的具體結(jié)構(gòu)，尤其是復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而決定剖切的具體位置，對(duì)剖切后的機(jī)件進(jìn)行投影。這樣大大降低了該部分的復(fù)雜程度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得更好的學(xué)習(xí)效果。

2.4 鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手制作模型

在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程的過(guò)程中，對(duì)學(xué)生的空間想象力要求很高。但是學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐的過(guò)程中，由于個(gè)體差異，會(huì)有部分內(nèi)容單憑空間想象力無(wú)法理解。在本次教學(xué)改革中，我們建議鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)3D 打印的形式，自己制作部分模型。學(xué)生自己制作模型可以使學(xué)生人人都主動(dòng)參與到課程的學(xué)習(xí)中去，在學(xué)習(xí)中逐漸探索新知識(shí)，變抽象的想象力為空間實(shí)物，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)加深學(xué)習(xí)印象。模型的制作不僅僅可以應(yīng)用到機(jī)械制圖課程中，還可以在畫(huà)法幾何課程中體現(xiàn)出來(lái)?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)體模型與二維圖的對(duì)比清楚地體會(huì)到投影規(guī)律、點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對(duì)位置關(guān)系、線的投影、線與線的相對(duì)位置關(guān)系、面的投影、面與面的相對(duì)位置關(guān)系等。為節(jié)約課堂時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率，動(dòng)手制作模型的任務(wù)按小組進(jìn)行分配，任務(wù)需要在課上指出并進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，但任務(wù)需要在課下時(shí)間完成，課上可以以制作的模型為例進(jìn)行實(shí)際講解。這種教學(xué)模式不僅有助于學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程，對(duì)學(xué)生的專業(yè)課程學(xué)習(xí)也會(huì)有很大的影響，對(duì)學(xué)生綜合能力的提高有很大的幫助。今后在其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，該種教學(xué)模式也可以作為參考。

2.5 調(diào)整教學(xué)大綱

現(xiàn)有教學(xué)大綱著重強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)部分，課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)部分安排課時(shí)較少且實(shí)踐課內(nèi)容多與理論課內(nèi)容一致，能夠達(dá)到鞏固課上所學(xué)知識(shí)的目的，但是對(duì)于學(xué)生將來(lái)做畢業(yè)設(shè)計(jì)、走向工作崗位等來(lái)說(shuō)，還是有一定的欠缺。為了讓學(xué)生更好地學(xué)以致用，將來(lái)更好地服務(wù)于本專業(yè)，可以適當(dāng)進(jìn)行教學(xué)大綱的調(diào)整。畫(huà)法幾何部分內(nèi)容多且集中，考試中所占比重大，但是在今后工作中多為間接使用，直接涉及到的不多，我們可將畫(huà)法幾何部分內(nèi)容進(jìn)行集中講解，對(duì)于那些中學(xué)時(shí)期已經(jīng)學(xué)習(xí)到的知識(shí)點(diǎn)盡量壓縮課時(shí)，可以給出學(xué)生一些自主學(xué)習(xí)的建議和學(xué)習(xí)資料，不僅提高了課上學(xué)習(xí)效率還鍛煉了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。畫(huà)法幾何部分的課內(nèi)實(shí)踐課時(shí)可設(shè)置為2 課時(shí)，或者全部為理論課程。為了將機(jī)械制圖中的零件圖、標(biāo)準(zhǔn)件、表達(dá)方法、裝配圖重點(diǎn)講解，并多加實(shí)踐，可以將機(jī)械制圖課程（大一第二學(xué)期開(kāi)設(shè)課程）中的組合體、軸測(cè)圖內(nèi)容提前到畫(huà)法幾何課程中講解。機(jī)械制圖課程的課內(nèi)實(shí)踐課時(shí)可設(shè)置為12～14課時(shí)。另外，對(duì)于原教學(xué)大綱中各個(gè)章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，應(yīng)以今后學(xué)生學(xué)以致用為主要目的設(shè)定，而不能完全以考試為主要目標(biāo)。

2.6 教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際接軌

作為工科類(lèi)專業(yè)的學(xué)生，所學(xué)的知識(shí)一定要能應(yīng)用到實(shí)踐中去，不能只講究理論知識(shí)，最后只能紙上談兵而不能解決實(shí)際問(wèn)題。學(xué)生選擇了該專業(yè)，就應(yīng)該自始至終明白自己將來(lái)要從事的工作崗位對(duì)自己所學(xué)知識(shí)的要求，尤其是對(duì)專業(yè)課的要求。在機(jī)械制圖課程的講授過(guò)程中，教師應(yīng)該在原有教學(xué)模式的基礎(chǔ)上引進(jìn)目前相關(guān)企業(yè)的一些實(shí)例和要求，保證學(xué)生在課堂上所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際能接軌，學(xué)生所學(xué)知識(shí)對(duì)以后的工作具有一定的實(shí)用價(jià)值。講到零件圖、標(biāo)準(zhǔn)件、裝配圖時(shí)，應(yīng)以企業(yè)真實(shí)案例進(jìn)行講解，并嚴(yán)格要求學(xué)生按生產(chǎn)實(shí)際做課內(nèi)實(shí)踐。如有條件在講該部分內(nèi)容時(shí)，應(yīng)讓學(xué)生去相關(guān)企業(yè)認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)，將所學(xué)理論知識(shí)真正的掌握熟練。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于機(jī)械類(lèi)學(xué)生來(lái)說(shuō)《畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖》課程是一門(mén)實(shí)踐性要求很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，但根據(jù)目前的培養(yǎng)方案要求，該課程的課時(shí)量較之前有所減少，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)也相應(yīng)被縮減。根據(jù)目前的教學(xué)大綱，各個(gè)章節(jié)重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容是與期末考試內(nèi)容相一致的，上課內(nèi)容多以期末考試為主，不能很好地將理論課內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。教師只有在該課程上進(jìn)行合理的課程改革，提出有效的改革措施，才能提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，加深對(duì)理論課知識(shí)的理解，從而更好地利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的積極性，為后續(xù)專業(yè)課奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。