工程圖學課程教學改革研究與實踐

摘要：工程圖學是工科專業一門重要的技術基礎課程，主要研究繪制和閱讀工程圖樣的基本原理和基本方法，培養學生的制圖能力、空間思維能力、構形設計能力和計算機設計繪圖能力，長期以來在機械工程及自動化等專業的人才培養中發揮著重要的作用。隨著現代科學技術的發展及計算機科學與工程科學的結合與滲透，對工程圖學課程內容和體系的建設帶來了很大的影響。針對課程的現狀和面臨的形勢，從教學思路、教學體系、教學內容和教學評價方面進行了改革，并在改革過程中進行了教學現代化資源建設。通過近幾年的改革與實踐表明，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：工程圖學；教學改革；教學手段

中圖分類號：TB23-4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）18-0030-02

一、引言

工程圖學是工科專業的一門重要技術基礎課，主要研究繪制和閱讀工程圖樣的基本原理和基本方法，擔負著培養學生空間思維與想象能力、構形設計能力、繪制和閱讀機械工程圖樣的能力等重要任務。隨著現代科學技術的發展及計算機科學與工程科學的結合與滲透，傳統的工程圖學、設計和制造都發生了深刻的變化，工程圖學已不再是僅限于投影和工程知識的工科學科，而已經成為一門多學科交叉的應用科學技術基礎學科[1]。而發展至今的CAD（計算機輔助設計）與CAM（計算機輔助制造）集成化，使工程技術人員可以從三維建模開始，進行產品構思設計和制圖。這給傳統的工程圖學帶來了沖擊，也對工程圖學教學提出了新的要求。如何培養現代企業歡迎的工程技術人才，如何將工程圖學與現代科技進行有機的、合理的融合；如何將計算機繪圖的內容融入到工程制圖教學與訓練中，已經成為非常值得研究的問題[2]。隨著我國高等教育的迅速發展，工程圖學課程也與其他的基礎課一樣面臨著知識增加、大課堂教學和學時縮短的現狀，為適應社會需求和保證教學質量，多年來我們一直對本門課程進行探索和研究。通過教學思想、教學內容、教學方法、教學手段等諸方面的綜合改革實踐，不斷探索工程圖學課程的現代教學模式。

二、工程圖學的現代化改革思路

教學現代化首先是教育思想的現代化。實現教育思想現代化是個系統工程，而實現教師思想現代化是實現教育思想現代化的前提條件。針對工程圖學這門課的特點，結合現代化教學思想，以教育部“高等學校教學質量和教學改革工程”精神為指導，進一步明確質量是高等教育的生命線，狠抓課程教學質量。我們制定了以下的改革思路和措施：

1.從應用型人才必需的知識結構出發，重新規劃圖學課程新體系。

2.計算機繪圖融入課堂，拓寬計算機圖學領域的以CAD、CAM為代表的先進科學技術思想和方法的課程內容，加強徒手繪圖、儀器繪圖、計算機繪圖三種繪圖能力的綜合培養。

3.課程以繪圖、讀圖為中心，培養學生解決問題的能力和創新能力為主要目的。

4.應用CAI等輔助教學手段加強教學效果，提高教學效率。

5.進行精品課程創建和教學網站制作，增加教學的輔助手段。

三、教學體系和內容的改革

根據現代化人才培養要求，我們對工程圖學課程教學體系進行了大膽的改革和探索，在南通大學“工程圖學教學內容的改革”等教學研究項目的資助下，完成了“畫法幾何及機械制圖”、“計算機繪圖”兩門課程的合并，新的課程體系將工程圖學課程劃分為四個模塊：投影理論基礎、制圖基礎、專業制圖、計算機繪圖，課程的全部內容，都是圍繞三維物體的二維表達這個中心來進行的，并對教學內容進行改革，精簡、優化了教學內容，確定了教學重點和難點。

畫法幾何作為機械制圖的基礎部分，在培養空間的形象思維和邏輯思維能力方面有獨特的作用。教學內容重點放在正投影法的基本理論和組合體的畫圖、讀圖上，以組合體為中心組織教學，突出在二維平面上表現三維關系的主題。在改革中強調畫法幾何的基礎作用，突出圖示法，淡化難度較大的圖解內容，突出培養學生的空間想象能力。

制圖部分，教學中正確把握尺規作圖、徒手草圖和計算機繪圖三種能力培養之間的關系，減少尺規作圖，加強徒手繪制草圖和計算機繪圖能力的訓練，訓練學生瞬間捕捉設計靈感、表達設計思想的能力。在進行計算機繪制正規零件圖之前，要求必須先徒手繪制草圖，并標注尺寸；為了把計算機繪圖與傳統制圖內容有機地結合起來，選擇國內廣泛使用的AutoCAD繪圖軟件，將計算機繪圖貫穿于教學的全過程。在CAD教學中應加強三維建模方面的教學，增加三維造型方法的內容。增加三維實體的創建，包括了從基本體、簡單體到復雜工程實體創建的繪制方法及編輯方法，還特別考慮到要與當前二維的工程圖的延續、銜接和過渡，專門增加將三維工程實體轉換成二維的工程圖的知識。通過三維實體造型方法的教學過程，一方面使學生能夠更好地理解、掌握和運用形體分析法，另一方面可以使學生掌握現代設計方法，更有效地幫助學生建立形體的空間概念，培養、提高空間想象能力及創新能力。利用電腦三維集合造型和各種投影顯示方法，使得枯燥、困難的畫圖和讀圖過程變得直觀、生動，同時可以充分發揮學生學習的主動性和自學能力。

四、教學方法和手段改革

我們將教學方法改革與教學手段改革有機結合，注重創新的教學方法改革，樹立以學生為主體的教學觀念，建立以學生為中心的新模式，注重學生參與，注重啟發教學，注重能力培養；將日常的教學過程與考核方法改革有機地結合，通過考核方法改革引導學生主動學習；強化教師間相互學習，突出教師的個人教學特色，整體推進教學方法改革實施。主要從以下幾個方面著手：

（1）遵循認知規律。遵循從三維立體到二維圖形的認知規律和心理學規律，教學上，體現三維立體分析到二維平面的投影圖，再從二維投影圖到三維立體的認知。多重循環、螺旋上升的教學方式，提高學生圖示能力。

（2）逐步改變“一言堂”或“填鴨式”的單向教學法為“演示-討論-評講”的雙向互動教學法。工程圖學作為圖學素質訓練培養的載體，應充分發揮課程特色與優勢，在教學方法方面進行創新，運用靈活多樣、啟發式、引導式、交互式、個性化的教學手段，引導學生獨立思考，發現問題，調動學生的創造性思維。雙向互動教學法是步步深入的，使得整個教學過程中學生都處于積極的思維中。

（3）推廣采用現代教學技術手段，采用電子教案、電子模型演示等，利用多媒體進行教學，在不同教學階段采用不同的教學手段，課件教學與傳統教學相結合，優勢互補，已形成多媒體教學、黑板、教學模型相結合的授課方式。

制圖課程的特點是圖形圖例多、二維到實體間的轉換多、直觀性強，采用多媒體課件教學優勢明顯，尤其是二維、三維動畫仿真可以大大降低學習的難度。例如，在講解立體截交線、相貫線的概念和畫法時，通過形象的三維動畫展示，可使學生學習興趣加大，迅速減少理解新概念的時間。但在教學中，我們并沒有完全依賴教學課件，必要的板書是對課程重、難點講解的補充，會引起學生的高度重視，以提高教學質量。我們根據學生的認知和思維能力合理地安排教學內容，合理選擇和調節媒體，控制好教學的進度。對點、線、面綜合解題、立體截交線、相貫線的作圖等相關內容仍以傳統黑板板書詳細的作圖過程，對組合體“二補三”等重、難點內容，也是采用黑板板書和啟發式教學，邊分析、邊作圖，而不是急于向學生展示其立體形狀，留有學生獨立思考的時間，待作圖結束后再展示立體形狀，使學生有“原來是這樣”的感覺，充分調動了學生的思維能力。總之，我們針對不同的教學內容，將課件教學與傳統教學相結合，優勢互補，形成多媒體教學、黑板、教學模型相結合的多種授課方式。

五、實踐訓練的改革

重視課內外的作業環節，學好圖學課程的關鍵一環是做好作業。通過對作業的批改，既能了解學生中存在的問題，又可了解自己的教學效果。留的作業堅持少而精，對作業進行詳細的批注，把一點一滴的錯誤都找出來，把改的任務留給學生，讓他們自己領悟錯在哪里并改正。有問題的作業重新批改，作業中普遍存在的問題及時提出來引起學生重視。

采用徒手繪圖、儀器繪圖和計算機繪圖相互結合的實踐訓練方式。軸測圖繪制、零件草圖繪制、由裝配圖拆畫零件圖、裝配體測繪等環節要求學生在方格紙上徒手作圖完成，儀器繪圖和計算機繪圖則貫穿課程的始終，這種訓練模式有效地培養了學生的徒手繪圖、儀器繪圖和計算機繪圖三種基本繪圖能力。課程結束后有一周的“部件測繪”課程設計，其指導思想與教學目的：（1）學習繪制裝配圖；（2）學習部件測繪的方法和步驟；（3）進一步培養繪制零件工作圖及查閱設計手冊的能力。通過這樣集中的訓練，使課程知識得到很好的綜合運用，同時掌握了測繪工具的使用方法，綜合訓練了學生的徒手繪圖、儀器繪圖、計算機繪圖三種基本繪圖能力。作為工程設計的啟蒙課，該課程設計是學生學習后續專業課程、完成畢業設計的重要基礎，在機械類專業人才培養中效果顯著。

六、開展網絡教學

充分利用校園網開展網絡教學，自行研制網絡教學系統二套，并建有工程圖學學習輔導網站。在教師的指導下，利用該網站學生可自主安排學習，有利于培養學生的自學能力，提高學生的學習熱情和學習效果。

為了配合工程圖學課程的改革，積極建設配套的教學資源。

（一）多媒體教學資源建設

近年來，我們加大了工程圖學課程多媒體教學資源開發力度，研制了部件測繪網絡輔助教學系統一套，對實踐教學環節的多媒體輔助教學進行有益的嘗試，取得了良好的教學效果；建設有工程圖學學習輔導網站，該網站提供習題解答、在線練習、在線測試、錯誤例析、在線幫助等多個模塊，以課后復習、練習、習題解答分析等教學環節為重點，為學生提供了一個不受時空局限、內容豐富、最能體現個性化教育的網絡學習環境。通過該網站可實現以下功能：習題的詳細解答和分析、答案的校對；網上在線練習和實時自動評錯；典型習題的正、誤對比分析；網絡考試，包括自動組卷、自動評分、考試成績查詢、標準答案校對等；網絡答疑。

（二）課程網站建設

隨著課程改革的逐年推進，《工程圖學》面臨學時少、信息量大的矛盾，為激勵學生的學習積極性，在保證教學質量的前提下，提高教學效率是適應新時代人才培養的要求。我們抓住《工程圖學》精品課程建設的契機，開發了《工程圖學》網絡課程（http：//jpkc.ntu.edu.cn），以最大限度地滿足日益增長的教學需要。

由于圖學課程的特殊性決定了它在教學中需要的直觀教輔器材比一般的課程要多，繪圖過程演示、虛擬模型、立體動畫、平面動畫需求量極大，在網絡上進行圖學教學的優勢是顯而易見的。該網絡課程已在我校工程圖學課程教學中得到實際應用。

七、結論

工程圖學課程通過近幾年的教學改革，吸收了國內外工程圖學教改經驗和學科研究成果，著眼于我校應用型人才培養目標，依托現代科學技術，構建以培養創新精神和創新能力為主線的工程圖學教學體系，其教學內容、教學方法不斷適應學科發展的需要，使學生的能力得到了提高。

實踐證明，由于采用了適合時代要求和特點的新教材和現代教學手段，課堂教學效果明顯提高，課堂信息量增大。在目前課時減少，對工程制圖課程進行了持續有力的教學改革，在教學方法、現代化教學手段和網絡教育等方面打破了傳統教學思路，充分利用網絡教學資源，培養學生的創新和實踐動手能力，學生的圖示能力大幅提高，特別是草圖繪制能力和計算機繪圖能力大為增強。作為工程設計的啟蒙課程，在后續課程和畢業設計中顯示了明顯的優勢，發揮了其在專業人才培養中應有的積極作用。

參考文獻：

[1]陸國棟.面向二十一世紀工程圖學教學改革及學科發展研究[M].北京：國防工業出版社，1998.

[2]蘇艷萍，王鴻鈞.工程圖學課程體系改革的研究與實踐[J].中國科技信息，2007，（12）.