基于網絡互動的工程圖學教育研究與實踐

何永玲

（欽州學院，廣西 欽州 535000）

工程圖樣作為工程信息的載體，是工程技術人員交流思想、表達設計結果的重要工具。工程制圖是工科學生必修的技術基礎課，不僅是一門單純傳授知識的課程，還承擔了對學生工程意識、空間思維方式和初步創新能力的啟蒙和培養作用。但是，由于工程制圖課程一般安排在大學一年級，剛從圍繞高考內容進行應試教育中走出來的學生，因欠缺工程實踐經驗和空間思維能力，普遍對工程制圖課程的一些立體空間概念難以理解[1]。且在當今制造業信息化時代背景下，傳統的教師傳授知識給學生的教學模式，已不能適應飛速發展的社會經濟、文化的需要。在教學改革的實踐中，如何采用現代教學手段，構建合理的工程制圖教學新模式，把教師的傳授、教師與學生的交流、學生的自學和學生之間的交流，放置到一個立體化的教學系統中去，以求達到教學效果的最優化，具有非常重要的現實意義。

1 工程制圖網絡互動的教學模式

工程制圖教學新模式，是以計算機繪圖為主線，以多媒體及網絡技術為工具和手段的一種立體的、互動的和高效的創新教學方式，重點培養學生的空間構思和設計能力，以及運用計算機繪圖的實踐能力[2]。其創新性體現在：

一是課程體系和教學手段立體化。構建立體化教學體系，融傳統教學手段和現代教學手段于一體，研究開發多媒體課件、網絡課程等，以廣博的知識和理論為基礎，強調實踐能力的訓練，在課堂教學中采用傳統的面授教學，輔以多媒體視頻及音頻內容，采用網絡技術完成課堂以外的輔導。

二是教與學的互動。在課堂教學中采用啟發式教學，引導學生思維，使學生有較多的時間進行思考，并得出結論。在課外時間，學生可以通過網絡的在線答疑與討論，實現對課程內容的繼續學習，彌補了課堂教學的不足，加強了學生與教師的交流互動，激發學生興趣。

另外，以計算機為工具的大量的、立體化的信息資源的綜合利用，減少了傳統模式下繁復且索然無味的學習和訓練，使工程制圖課程無論是課堂上還是課外，都激發了學生濃厚的學習興趣，使教學效果得到了大幅度的改善。

1.1 課程教學體系與內容

為使工程制圖能在較短的學時內，既強化學生的動手能力，又培養他們構型設計能力，對工程制圖教學體系進行了科學設置，將“畫法幾何”、“制圖基礎”、“計算機繪圖”三課合一，有機地整合在一起，劃分為理論教學和實踐訓練兩大部分，如圖1所示。

圖1 工程制圖“三課合一”教學體系

其中，計算機繪圖貫穿整門課程，理論教學以投影基礎為基本理論，采用計算機三維實體造型設計，以立體表達方式為主線，從“體”出發闡述正投影基本規律，將傳統的點、線、面融入立體的投影中，先圖示—圖解—再圖示[3]。實踐訓練要求在有計算機支撐的網絡環境下，應用典型軟件培養學生的繪圖能力、設計能力，以草圖及少量儀器繪圖培養學生的動手能力。

理論教學內容為與計算機繪圖融為一體的四大部分：

第一部分為投影制圖。重點介紹投影法表達空間幾何元素和形體的原理和方法。要采用多媒體軟件，用大量二維動畫與三維動畫，幫助學生理解空間立體的多面投影表達，及讀組合體的視圖等難點問題；

第二部分為制圖基礎知識。強調國家有關標準以及繪圖的一般步驟和方法；

第三部分為專業制圖。著重介紹機件的表達方法，專業圖及國家標準，用虛擬現實的網上互動輔助教學系統，幫助理解與掌握有關知識，加強繪圖訓練；

第四部分為計算機繪圖。側重介紹3D造型設計，從三維自動生成二維圖形。

實踐訓練的課程目標，是培養學生對空間形體形象思維的能力、閱讀工程圖樣的能力、利用尺規和計算機進行二維和三維建模能力，以及用圖學理論及現代圖學手段與方法，結合工程需要，構建復雜形體的創新能力。因此，實踐訓練設計了作業習題模塊、構型設計模塊、零部件測繪模塊、計算機繪圖模塊、創新設計與虛擬設計模塊等5個模塊10個訓練項目。

1.2 網絡互動的教學手段

教學內容和體系的改革，要求更新教學手段。工程制圖的現代教學手段，是在傳統的面授教學中輔以計算機，采用以多媒體為主的立體化互動式教學。

（1）立體化的教學手段。多媒體教學，是工程制圖課程的主要教學手段。利用多媒體技術進行教學，可以增大課程容量，利用計算機播放清晰的圖片、視頻錄像等資料，可幫助學生理解課堂內容；使用現代化多媒體技術、動畫演示、實體模型展示、板書、板圖、有意設置錯誤信息、改錯等多種教學手段，有利于激發學生的學習興趣，提高思維感官處理和再生信息的能力。

（2）互動式的教學手段。以學生為主體，以教師為主導，采用交互式的教與學，即課堂互動、網絡互動、課外輔導互動，學生與教師通過網絡，隨時交換與交流學習心得與情況，以便全面、動態地了解教學中各環節情況，根據反饋效果，及時加以調整。如對于作業中出現的問題，除了教師直接輔導外，還可以通過網絡或學生版多媒體光盤輔助答疑。

（3）應用網絡教學。應用于遠程教育的網絡教學，主要是基于Web的軟件實現方式，連接Internet后，學生或教師在計算機輔助下，就可以通過軟件進行遠距離教學，不需要特殊的硬件。在這樣的立體化系統中，學生可以進行學習、考試、討論等。學生和教師之間，可以傳輸文字、圖形甚至聲音、圖像等各種信息。

網絡教學縮短了學生與教師的距離，使教與學的過程，可以隨時隨地進行，學生在網絡課程的幫助下，可以利用課余時間進行學習，彌補了因學時不足造成的課堂教學不充分、學生掌握情況不好的問題。網絡學習環境所帶來的新變化，即信息資源傳遞與共享機制的集成性和跨時空性、信息表征與加工方式的超媒體化和靈活性、人際溝通互動方式的虛擬化和無限延伸，使得網絡在探究協作學習上，具備了更多的潛在優勢，為探究協作學習活動提供了更有力的支持[4]。

1.3 網絡互動的教學結構設計

工程制圖作為理工科一門重要的技術基礎課，其實踐性強的特點，決定了課程必須依托并挖掘現代信息技術的優勢和潛能，對教學目標、課程內容、教學組織架構等進行全面改革，促進研究性學習的理論與實踐，利用網絡平臺提供的形象，直觀地交互式學習環境，激發學生的自主探究學習興趣，和進行個性化協作學習，從而提高教學質量和學生的全面素質。以組合體一章為例，網絡互動教學結構設計如圖2所示。

圖2 組合體的教學結構設計流程

2 工程制圖網絡互動教學模式的實踐

2.1 加強教材建設以適應教學體系和內容的改革

教材是開展教學的主要媒體，是教學內容和教學要求的重要反映依據，要很好地開展工程制圖網絡互動教學模式的實踐，必須有計劃地建設配套教材與教學改革同步。為了更好地結合學校教學特點，及要求開展教學工作，欽州學院工程制圖課題組研究編寫了工程制圖立體化教材，這套教材含紙質教材及習題集、電子版電子教案和網絡課程（學習輔導系統、習題解答系統、模具庫等內容），將教學體系的研究融合在教材中。

2.2 完善現代化教學手段

（1）在教學中強調多媒體技術與傳統教方法的有機結合。據調查，目前應用多媒體CAI進行工程制圖教學的高校，已達81.4%[5]。關于多媒體技術和傳統教學的有效結合，一直是工程圖學教師與專家討論的焦點。在欽州學院工程圖學的教學改革過程中，也不斷進行此方面的討論和實踐。如何在有多媒體技術輔助教學的過程中，揚長避短，避免出現片面依靠大屏幕和課件完成教學過程的現象，使工程制圖課程在多媒體技術輔助下，教學過程得到優化和升華，是今后欽州學院工程制圖課程教學改革實踐的重點和關鍵。

（2）開發網絡互動學習平臺,充分利用網絡進行輔助教學。利用網絡教學完成課堂以外的輔導和交流，對學生和教師都有十分重要的意義。暢通有效的網上練習、測試與在線答疑等系統，不僅可以減少學生做作業的時間，也有利于教師從繁重的重復性勞動中解放出來。在現代教學模式的實施過程中，應加大力量進行網絡教學系統的研究和開發。目前欽州學院工程制圖課程組已完成的CAI課件及網絡學習系統共6部，已經有6個教學資源上網，基本可以滿足學生個性化的自主性和探究性的學習，對教學起到了有益的輔助和補充作用。

如圖3所示為課程組開發的基于VRML的開放性交互式自主學習網站，該網絡互動學習網站參加2009年廣西第七屆高校教育教學軟件大賽獲一等獎。

圖3 工程制圖網絡互動學習平臺

2.3 建設豐富的教學資源素材庫

素材類教學資源的建設，主要分成四大類：題庫、素材庫、課件庫和案例庫。

教學資源的建設，是現代教學手段實施的基礎和前提，無論是課堂以內的多媒體教學，還是課外的網絡教學，都需要大量的教學素材資源支持。課程組通過搜集、拆分、制作等方法，開發了大量微教學單元和素材庫，豐富教學策略；自制試卷庫，建立圖形資料庫和圖學試題庫，構建了積件（Integral Ware）的雛形；建立《工程制圖》教學網站，連接大量的國內網站，使得信息資源無限擴大。

在教學中初步應用了前述的內容，促使教學手段更新，把原來的封閉式教學系統變成開放式教學系統。隨著計算機輔助教學和網絡遠程教學所需硬件設施的基本具備，將傳統的教學優勢與新的技術環境有效地結合，產生更好的教學效果是現代CAI研究中迫切需要解決的問題。長期的多媒體教學實踐證明，沒有反映現代教育技術指導下的素材資源的支撐，多媒體教學和網絡教學效果難以得到實質性提高。

2.4 實踐性教學環境的建設

在欽州學院創建北部灣大學的建設過程中，制圖課程的理論與實踐教學環境實現了跨越式發展。目前，制圖課程擁有多媒體教室3間，專用繪圖教室1個，模型室1個，測繪實驗室1個和2個班規模的CAD實驗室1個，國家工業化與信息產業部授權的CAD認證考試站1個。

通過上述實踐教學環境的建設，制圖課程的教學內涵得到了充實，實現了學生學習從課堂教學+手工作業，到多媒體教學+交互式學習+計算機作業的轉變，多媒體教學從二維動畫演示到三維動畫演示的轉變，增設了適應不同專業的8到32學時的實驗項目，學生實踐從手工測繪到計算機繪圖+三維建模+創新設計制作/虛擬裝配，并開出了復雜實體建模等研究性實驗項目，為學生掌握先進制造技術的基礎知識，打下了良好的基礎。

3 結束語

高水平的系統化、全方位的教學型和助學型網絡教學資源，能幫助學生理解其他手段難以描述的內容，將抽象轉為形象，間接轉為直接，不可見轉為可見，符合教育規律與人的認知規律，加速了學生的學習進程。教學實踐表明，這種以計算機繪圖為主線，以多媒體及網絡技術為手段的現代教育模式，為培養高素質技術人才的和工程圖學的教學改革，提供了一條有效的途徑。

[1]韓越梅，劉明科，崔大慶，等.《工程圖學》課程現代教學模式的研究與實踐[J].大連大學學報，2006，(10):107-109.

[2]陸國棟，譚建榮.工程圖學研究生教育與學科發展[J].工程圖學學報，2004，(4):32-36.

[3]趙大興，李天寶.現代工程圖學教程[M].武漢：湖北科學技術出版社，2002.

[4]陳 麗.遠程學習的教學交互模型和教學交互層次塔[J].中國遠程教育，2004，(3):24-28.

[5]焦永和.我國高校圖學教育現狀的調查與研究[J].工程圖學學報，2002，(5):160-165.