新工科背景下應(yīng)用型本科“機(jī)械制圖”課程改革探索＊

董慧芳 ， 路 玲 ， 龔智強(qiáng) ， 胡 健

（巢湖學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展等一系列國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式、中國(guó)經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)[1]。新工科建設(shè)要求把培養(yǎng)時(shí)代和未來(lái)的創(chuàng)新型卓越工程人才擺在更加突出的戰(zhàn)略位置，加強(qiáng)對(duì)新工科建設(shè)規(guī)律的研究，以新的理念、新的要求、新的途徑加快我國(guó)工程教育改革，為“中國(guó)夢(mèng)”的實(shí)現(xiàn)和未來(lái)復(fù)雜多變的世界提供智力支撐和人才保障[2]。

“機(jī)械制圖”是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)最重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一，該課程重在培養(yǎng)學(xué)生的讀圖和繪圖能力，要求學(xué)生具備一定空間想象力和思維力、掌握一定的分析問(wèn)題以及解決問(wèn)題的能力[3]，是一門(mén)與工程實(shí)際聯(lián)系非常緊密的課程。在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師通過(guò)圖樣的方式展現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想，工人根據(jù)圖樣獲悉產(chǎn)品的形狀大小和技術(shù)參數(shù)，進(jìn)而將產(chǎn)品制造出來(lái)。因此，圖樣是表達(dá)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖和制造要求的重要技術(shù)文件。機(jī)械制造類(lèi)企業(yè)普遍對(duì)于“機(jī)械制圖”等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程非常重視，認(rèn)為掌握機(jī)械制圖等基礎(chǔ)能力是機(jī)械類(lèi)技術(shù)崗位必須具備的職業(yè)技能，對(duì)學(xué)生的職業(yè)縱深發(fā)展起著關(guān)鍵性的作用。

該課程內(nèi)容抽象、知識(shí)點(diǎn)繁多，對(duì)學(xué)生空間想象能力及發(fā)散思維提出了很高的要求。本文立足于新工科背景下工程教育改革的特點(diǎn)和要求，針對(duì)“機(jī)械制圖”課程在傳統(tǒng)教學(xué)方法中存在的不足，進(jìn)行教學(xué)改革研究，旨在提高課程教學(xué)效果，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)及將來(lái)進(jìn)入企業(yè)工作打下扎實(shí)的制圖基本功。

1 教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1 教學(xué)內(nèi)容

機(jī)械制圖雖然是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)傳統(tǒng)學(xué)科，但是制圖能力仍然是機(jī)械工程師的必備技能。然而，“機(jī)械制圖”教學(xué)內(nèi)容仍以訓(xùn)練學(xué)生直接繪制二維圖紙的能力為主，與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的聯(lián)系不夠緊密，未能體現(xiàn)機(jī)械行業(yè)的最新發(fā)展趨勢(shì)。此外，在過(guò)去的教學(xué)過(guò)程中過(guò)于注重對(duì)學(xué)生的知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)而忽略了對(duì)學(xué)生價(jià)值觀的引領(lǐng)和培育，在新工科建設(shè)背景下，專(zhuān)業(yè)課不僅僅要傳授知識(shí)，還要承擔(dān)育人的功能。

1.2 實(shí)踐環(huán)節(jié)

學(xué)生的識(shí)圖和繪圖能力不是一蹴而就的，需要通過(guò)大量的練習(xí)和實(shí)踐鍛煉。僅僅靠章節(jié)習(xí)題、圖紙抄畫(huà)練習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要通過(guò)綜合性和開(kāi)放性的實(shí)踐鍛煉才能將片段式的章節(jié)知識(shí)點(diǎn)連接成一體化的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

1.3 教學(xué)方法

傳統(tǒng)的教學(xué)模式還是以教師講授為主，這種填鴨式講解模式仍顯得相對(duì)單一，學(xué)生主動(dòng)思考主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力仍然較差，同時(shí)教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)以及學(xué)習(xí)過(guò)程也難以準(zhǔn)確把握，總體教學(xué)效果較差。

2 教學(xué)改進(jìn)措施

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

在過(guò)去，老一輩的工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)通過(guò)手工繪圖的方式直接繪制二維圖紙，隨著計(jì)算機(jī)二維繪圖軟件的應(yīng)用，傳統(tǒng)的手工繪圖方式逐步被利用軟件繪圖替代。但是，無(wú)論是手工繪制二維圖紙還是運(yùn)用二維繪圖軟件繪制二維圖紙，對(duì)于工程師的空間想象能力都提出了很高的要求。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，訓(xùn)練學(xué)生的空間想象能力一直都是“機(jī)械制圖”課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，特別是那些空間想象能力不好的同學(xué)，在“機(jī)械制圖”課程的學(xué)習(xí)中感到非常的困難。

三維建模技術(shù)的出現(xiàn)，使得這種困境得到了明顯的改善。在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，利用三維建模軟件，建立空間模型實(shí)例庫(kù)，如圖1所示，通過(guò)三維模型的展示將抽象的點(diǎn)、線、面投影概念直觀化、清晰化，在利用三維建模軟件將三維模型轉(zhuǎn)化為二維圖形的過(guò)程中，幫助學(xué)生理解和掌握較為復(fù)雜形體的空間幾何結(jié)構(gòu)，有效促進(jìn)了學(xué)生空間構(gòu)型能力和思維能力的培養(yǎng)，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

圖1 部分模型實(shí)例(剖視圖)

2.2 實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

制圖能力是機(jī)械工程師的必備技能。在設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)，通過(guò)設(shè)立綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用能力。具體措施主要有：

2.2.1 引入三維建模技術(shù)，熟悉企業(yè)實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法（計(jì)算機(jī)繪圖）

在傳統(tǒng)手工繪圖訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，引入企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的三維建模技術(shù)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)三維建模軟件的一些基本建模方法，并以工程實(shí)踐案例進(jìn)行實(shí)物測(cè)繪、工藝分析、三維建模、二維零件圖和裝配圖繪制等。以某一醫(yī)療機(jī)械產(chǎn)品的裝夾部件為例，讓學(xué)生了解部件的結(jié)構(gòu)組成和裝配關(guān)系等，利用測(cè)量工具測(cè)繪出形狀尺寸和位置尺寸，應(yīng)用Proe軟件建立三維模型，進(jìn)而轉(zhuǎn)化導(dǎo)出二維工程圖紙，再進(jìn)行標(biāo)注，如圖2所示。通過(guò)此案例的實(shí)踐訓(xùn)練，使學(xué)生了解和掌握三維建模技術(shù)在企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中的應(yīng)用，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求和制造工藝要求相結(jié)合，提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和應(yīng)用能力。

圖2 工程實(shí)踐案例

2.2.2 引入3D打印技術(shù)，制作三維模型

通過(guò)引入3D打印技術(shù)，讓學(xué)生了解先進(jìn)的制造技術(shù)，拓展學(xué)生的視野，同時(shí)也讓學(xué)生通過(guò)實(shí)物制造的全過(guò)程檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)的合理性。整個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)包括自主設(shè)計(jì)模型或利用老師提供的模型、學(xué)習(xí)3D打印設(shè)備的使用方法、三維模型的制作等。將3D打印技術(shù)融入課程的實(shí)踐教學(xué)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)械制圖課程的局限性，學(xué)生在整個(gè)實(shí)踐過(guò)程中首先對(duì)二維圖紙會(huì)更加細(xì)致深入的分析，然后通過(guò)三維建模過(guò)程來(lái)驗(yàn)證二維圖紙識(shí)讀的正確性，學(xué)生在此過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)識(shí)圖過(guò)程中的薄弱點(diǎn)并及時(shí)糾正強(qiáng)化，最后應(yīng)用3D打印技術(shù)對(duì)模型進(jìn)行制作，如圖3所示，制作完成后可以對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量進(jìn)一步驗(yàn)證模型的正確性。整個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，同時(shí)克服了以前學(xué)習(xí)的枯燥乏味性，進(jìn)一步提升了該課程學(xué)習(xí)的趣味性和前沿性。

圖3 3D打印制作的模型

2.3 教學(xué)方法改進(jìn)

在該課程教學(xué)過(guò)程中，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段，利用超星學(xué)習(xí)通APP，建立在線網(wǎng)絡(luò)課程資源庫(kù)，開(kāi)展線上線下混合式教學(xué)[4]。

在課前導(dǎo)學(xué)和預(yù)習(xí)中， 每次課前，教師利用超星學(xué)習(xí)通APP的“通知”功能發(fā)布課前預(yù)習(xí)任務(wù)，將所要預(yù)習(xí)的課件、視頻資源等設(shè)置為任務(wù)點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)電腦或者手機(jī)終端接收教師發(fā)布的預(yù)習(xí)任務(wù)，按照預(yù)習(xí)任務(wù)的要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成預(yù)習(xí)任務(wù)。在預(yù)習(xí)任務(wù)中，通過(guò)設(shè)置自測(cè)題，讓學(xué)生了解自己的預(yù)習(xí)效果，同時(shí)也讓教師掌握學(xué)生對(duì)所預(yù)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度，便于教師在課堂教學(xué)中對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解。

課堂教學(xué)中，教師根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生在預(yù)習(xí)過(guò)程當(dāng)中反映出來(lái)的問(wèn)題進(jìn)行精講。在課堂上，利用超星學(xué)習(xí)通的分組、討論、課堂測(cè)驗(yàn)、投票等多種功能設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，開(kāi)展互動(dòng)討論，引發(fā)學(xué)生思考。例如在講授每一個(gè)重難點(diǎn)問(wèn)題時(shí)，可通過(guò)“討論”功能要求學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)回答，也可以通過(guò)發(fā)布“課堂測(cè)驗(yàn)”當(dāng)場(chǎng)檢驗(yàn)學(xué)生的掌握程度。教師根據(jù)學(xué)生課堂測(cè)驗(yàn)反映出來(lái)的問(wèn)題及時(shí)對(duì)易錯(cuò)處進(jìn)行重點(diǎn)講解，進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)消除知識(shí)盲點(diǎn)。教師還可以通過(guò)“分組”任務(wù)將學(xué)生分組對(duì)不同三維幾何體的視圖選擇方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了學(xué)生的分析能力和應(yīng)用能力，提高了學(xué)生的課堂參與度，培養(yǎng)學(xué)生被動(dòng)思考變?yōu)橹鲃?dòng)思考的能力。

課后鞏固和交流，教師通過(guò)超星學(xué)習(xí)通“作業(yè)”功能建立作業(yè)庫(kù)并發(fā)布，學(xué)生提交作業(yè)后可以看到作業(yè)的詳細(xì)解答，同時(shí)教師根據(jù)作業(yè)的完成情況針對(duì)性地對(duì)作業(yè)進(jìn)行講解。學(xué)生有問(wèn)題可以通過(guò)“討論”功能向教師發(fā)問(wèn)，及時(shí)與教師溝通。教師可利用軟件數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能對(duì)學(xué)生任務(wù)點(diǎn)完成、作業(yè)提交、課堂測(cè)驗(yàn)成績(jī)以及作業(yè)得分等綜合情況來(lái)評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，及時(shí)做出調(diào)整和反饋。

3 結(jié)語(yǔ)

“機(jī)械制圖”是機(jī)械類(lèi)等工科專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)，是“機(jī)械原理”“互換性與測(cè)量技術(shù)”“機(jī)械設(shè)計(jì)”等核心課程的重要前置課程，為學(xué)生從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等工作提供必要的知識(shí)儲(chǔ)備。因此，為了適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展要求，在新工科建設(shè)背景下，在“機(jī)械制圖”課程教學(xué)過(guò)程中，從教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法改進(jìn)等三個(gè)方面進(jìn)行探索，突出以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新性卓越工程人才為教學(xué)目標(biāo)，以培養(yǎng)學(xué)生大國(guó)工匠精神、家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)為育人目標(biāo)，旨在提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，培育和鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐和自主創(chuàng)新的能力。