基于“卓越工程師”的機(jī)械制圖教學(xué)方法改革探討

原恩桃　邵兵

摘要：為了提高“卓越工程師教育”背景下學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，探討了機(jī)械制圖現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問題，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容及考核方法三方面進(jìn)行了改革。在教學(xué)方法改革過(guò)程中，采用“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作”的方法，減少課堂上枯燥的授課，增加學(xué)生的動(dòng)手能力及設(shè)計(jì)能力，使得學(xué)生能更好地理解一個(gè)零件的立體圖和平面圖的繪制。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖 教學(xué)方法 教學(xué)內(nèi)容 考核方法

一、引言

面對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變與全面提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的緊迫要求，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的各類工程技術(shù)人才，是增強(qiáng)我國(guó)核心競(jìng)爭(zhēng)力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、走新型工業(yè)化道路的必然選擇。為此，教育部啟動(dòng)實(shí)施了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量的各類型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)，對(duì)促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。

機(jī)械工程專業(yè)是一個(gè)學(xué)科交叉特性鮮明的專業(yè)，從國(guó)際一流大學(xué)機(jī)械工程類本科生培養(yǎng)的模式來(lái)看，有幾個(gè)比較顯著的發(fā)展方向：一是更加注重學(xué)科的綜合，無(wú)論從培養(yǎng)方面還是課程設(shè)置及內(nèi)容上，都能夠得到充分的體現(xiàn)，比如在MIT的機(jī)械工程專業(yè)的課程設(shè)置中，開設(shè)了17門專業(yè)核心課程，這些課程的內(nèi)容都體現(xiàn)了學(xué)科的交叉特點(diǎn)；二是更加注重創(chuàng)新思維和能力的訓(xùn)練，特別是完整的創(chuàng)新思維的訓(xùn)練；三是注重學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)，特別是在教學(xué)的過(guò)程中發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將很多的自主設(shè)計(jì)節(jié)貫穿在課程的講授過(guò)程之中。

機(jī)械制圖課程是工科院校中機(jī)械類、近機(jī)類專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要研究對(duì)象是常用機(jī)械零部件之圖樣的表達(dá)、閱讀與繪制，其主要的任務(wù)和目的是培養(yǎng)學(xué)生能夠閱讀和繪制機(jī)械圖樣的基本技能，同時(shí)還要培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和個(gè)人綜合素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和專業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多高校曾圍繞機(jī)械制圖課程在改革傳統(tǒng)教學(xué)模式、優(yōu)化教學(xué)方法、改進(jìn)教學(xué)手段以及創(chuàng)建精品課程等方面都做了大量的研究工作，在實(shí)際的教學(xué)中也取得了一定的成效。然而，由于各種原因的影響，在一些高校的課程教學(xué)中仍然是以教師為中心，教師重理論輕實(shí)踐、重分?jǐn)?shù)輕能力的現(xiàn)象還相當(dāng)嚴(yán)重，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)、缺乏實(shí)際動(dòng)手和工程訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致高分低能，久而久之，勢(shì)必造成工程人才短缺和工程教育質(zhì)量的問題會(huì)更加突出。

為了解決未來(lái)創(chuàng)新工程人才的培養(yǎng)問題，2004年，由4所國(guó)際大學(xué)組成的跨國(guó)研究組合創(chuàng)立了CDIO工程教育理念并成立了國(guó)際合作組織。所謂CDIO教學(xué)，就是以構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的一種基于構(gòu)建主義理論的教學(xué)方式，它是“作中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教學(xué)”的概括和表達(dá)。

機(jī)械制圖是大一新生學(xué)習(xí)的一門課程，學(xué)生基本無(wú)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程背景。結(jié)合學(xué)校應(yīng)用技術(shù)型人才教學(xué)改革的需要，研究機(jī)械制圖項(xiàng)目教學(xué)的構(gòu)建和改革實(shí)踐，探索培養(yǎng)大學(xué)生機(jī)械工程素質(zhì)和機(jī)械創(chuàng)新能力的思路和途徑，對(duì)于提高大學(xué)生機(jī)械制圖能力和創(chuàng)新能力具有重要的意義。機(jī)械制圖的項(xiàng)目教學(xué)和CDIO教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、認(rèn)知能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的二維和三維軟件繪圖能力，提高教學(xué)質(zhì)量，因此，機(jī)械制圖教學(xué)方法的改革研究具有重要意義。

二、教學(xué)方法的改革

根據(jù)本校《中長(zhǎng)期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要》中提出的培養(yǎng)和造就卓越的高等工程技術(shù)應(yīng)用型人才的核心理念和“技術(shù)立校、應(yīng)用為本”的辦學(xué)方略，以“具有卓越工程師素質(zhì)”定位人才培養(yǎng)目標(biāo)，面向CAD/CAM行業(yè)發(fā)展需求，以培養(yǎng)學(xué)生理解和動(dòng)手能力為主線，制定機(jī)械制圖項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施方案，優(yōu)化授課方法，增強(qiáng)學(xué)生的理解力、畫圖和讀圖的能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

1.教學(xué)方法的改革探討

現(xiàn)在我校的機(jī)械制圖教學(xué)多采用課件和教師板書相結(jié)合的方法，圖文并茂，以教師教授為主，學(xué)生回答老師的問題為輔，這樣的教學(xué)方式導(dǎo)致對(duì)該門課程無(wú)興趣的學(xué)生處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，其學(xué)習(xí)效果較差。

如在教師上課時(shí)，能采用“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作”的方法，無(wú)論講授哪一個(gè)章節(jié)，均可提前給學(xué)生分組且布置好下次課時(shí)需要學(xué)生準(zhǔn)備的模型，這樣學(xué)生就會(huì)先構(gòu)想該模型的立體圖樣，并在腦海中設(shè)計(jì)出實(shí)體，然后采用硬紙板或橡皮泥折疊并挖切出模型，最后可以對(duì)做出的零件模型進(jìn)行裝配或者測(cè)繪后繪制機(jī)械圖樣，這樣學(xué)生在前面一系列過(guò)程中遇到的問題在課堂上就會(huì)引起足夠的重視，認(rèn)真聽講并充分發(fā)揮了學(xué)生做主設(shè)計(jì)零件圖樣的目的，從而學(xué)生在踏出校門后很快就能稱為一名真正的工程師。

（1）“構(gòu)思”即學(xué)生在看到零件的一部分給定的視圖后先構(gòu)思該零件的可能的實(shí)體形狀，如根據(jù)零件的主視圖可構(gòu)思出一系列的零件結(jié)構(gòu)，然后再結(jié)合別的視圖去掉一部分不吻合的零件結(jié)構(gòu)；

（2）“設(shè)計(jì)”即根據(jù)“構(gòu)思”出的零件結(jié)構(gòu)勾勒出其基本的立體形狀，即零件的最終結(jié)構(gòu)，并和以給定的視圖相結(jié)合看是否符合；

（3）“實(shí)施”是鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的一個(gè)部分，同時(shí)也有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖的興趣，因?yàn)楫?dāng)學(xué)生看到自己完成的作品和自己腦海中想象的作品一致時(shí)會(huì)有成就感，此時(shí)就增加了學(xué)生探索的好奇心，因此會(huì)對(duì)該門課程的興趣增加?！皩?shí)施”主要是根據(jù)構(gòu)思和設(shè)計(jì)出的零件結(jié)構(gòu)，采用橡皮泥或紙板折疊或挖切出該零件的具體模樣，并和以后視圖對(duì)照是否符合原圖想要表達(dá)的要求；

（4）“操作”即完成題目的要求。在有實(shí)體圖例的基礎(chǔ)下，完成零件的繪制要簡(jiǎn)單容易的多，因此在多練習(xí)、多“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作”的基礎(chǔ)下，學(xué)生勢(shì)必會(huì)掌握該門課程。這樣學(xué)生在畫圖時(shí)不會(huì)覺得太過(guò)于枯燥，也不會(huì)覺得該部分內(nèi)容太難想象。該教學(xué)方法尤其在學(xué)生難以理解的立體的截交線和相貫線部分有不可忽略的優(yōu)勢(shì)。

該教學(xué)方法在2014年新生中已得以應(yīng)用并取得良好的效果。

2.教學(xué)內(nèi)容及考核方法的多元化

現(xiàn)在的機(jī)械制圖實(shí)際上包含了畫法幾何和機(jī)械制圖兩個(gè)部分。畫法幾何部分主要講授點(diǎn)、線、面和投影等，其內(nèi)容繁瑣且應(yīng)用面較窄，實(shí)際上在講授組合體部分內(nèi)容點(diǎn)線面部分的知識(shí)全部包含，且學(xué)生學(xué)習(xí)組合體的興致要遠(yuǎn)大于學(xué)習(xí)單純的點(diǎn)線面（組合體可以作出實(shí)體），因此可以刪減該部分內(nèi)容。學(xué)生在自己動(dòng)手作出實(shí)體后希望可以采用二維或三維軟件畫出該零件的圖樣，因此可以適當(dāng)?shù)脑黾覣utoCAD及Solidworks課時(shí)（由于課時(shí)的限制，該部分內(nèi)容可采用集中講授錄制視頻學(xué)生課后學(xué)習(xí)的方法），如剖視圖和斷面圖部分學(xué)生都可以采用三維軟件畫出實(shí)際的斷面，從而增加學(xué)生的理解力。

任何一門課程學(xué)習(xí)完成后教師都希望有一個(gè)合適的考核方法，能反應(yīng)出學(xué)生的綜合能力，但現(xiàn)在唯一考核的方法就是學(xué)期末的考試。在學(xué)生學(xué)習(xí)了二維和三維軟件后，可以采用軟件繪圖的方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合能力評(píng)價(jià)，如教師發(fā)給每一位學(xué)生一個(gè)三視圖中的任意兩個(gè)視圖，讓學(xué)生補(bǔ)畫第三面投影，要求學(xué)生先完成尺規(guī)繪圖，然后實(shí)現(xiàn)AutoCAD繪圖并進(jìn)行三維造型，這樣學(xué)生不僅要掌握尺規(guī)繪圖的方法，還要掌握二維和三維繪圖軟件，為走上工作崗位做足準(zhǔn)備，真正稱為一名以能力為主，知識(shí)、能力與素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的應(yīng)用型人才。

本次教學(xué)方法改革主要以完成零件實(shí)體圖為目的，在完成該實(shí)體圖的過(guò)程中學(xué)生可以充分利用已經(jīng)掌握的機(jī)械制圖相關(guān)知識(shí)，對(duì)于未掌握的部分在授課時(shí)可以針對(duì)性地提出并在老師講解后進(jìn)行分組討論，從而達(dá)到學(xué)生自主學(xué)習(xí)的目的。

三、總結(jié)

基于“卓越工程師”的機(jī)械制圖教學(xué)方法改革培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中養(yǎng)成“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作”的良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而掌握機(jī)械制圖課程的核心內(nèi)容；培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和個(gè)人綜合素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、認(rèn)知能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的二維和三維軟件繪圖能力。完善“知識(shí)+能力+素質(zhì)”三位一體的工程人才培養(yǎng)體系，形成教師現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、工程訓(xùn)練、學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)加工零件的人才培養(yǎng)方式。課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)交替進(jìn)行，提升工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

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基金項(xiàng)目：上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃（G2-12AZ20）。