留學生機械制圖課中運用CAD輔助教學方法初探

王懿　趙宏林　羅曉蘭

隨著我國高校國際化進程的不斷推進，來華留學生的數量日漸增多，他們普遍存在語言交流不暢的問題。在機械制圖課程的教學過程中，如何根據留學生的實際情況采取靈活多變的圖形化教學方式，提高教學效果，顯得日益重要性和迫切。介紹了基于我校留學生的實際情況，在留學生機械制圖課中，引入CAD軟件輔助教學的原因及方法，提出了切實可行的操作流程。為未來留學生機械制圖類課程的教學改革，探索了一個新的提高教學效果的手段。

留學生教學CAD軟件機械制圖教學改革隨著我國高校國際化進程的不斷推進，來華留學生作為重要橋梁，為我國高校加強國際合作交流起到重要作用。來華留學生的教育，由于教育對象的特殊性而存在較多問題。留學生不同于國內學生，他們來自不同的國家和地區，社會制度、宗教信仰、文化背景、生活習俗、思維方式等均與我國學生不同。而他們在我國留學期間，必須與國內學生一樣完成基于我國國情制定的學習任務，這必然使得留學生在學習過程中精神風貌、思維方式和價值取向等與國內學生不同。將留學生與國內學生混合一起教學的模式，對留學生往往達不到預期的培養效果。因此，針對留學生群體的特殊性，要求我們在教學過程中根據留學生的實際情況采取靈活多變的教學方式，其中將留學生單獨開班授課是行之有效的一種方法。小班授課可以根據留學生跨國、跨文化的特殊性，以及留學生在各自國內接受的教育基礎情況，制定針對他們的教學方法、培養模式和考核方式。并且小班授課可以使教師和留學生之間在課堂上有跟多的交流，及時了解留學生課堂學習情況；留學生也可以隨時提問，教師當場給予解答。我校機械制圖教學團隊自2012年起，針對留學生主要來自中、東亞等國的特點，在機械制圖課程中采用小班授課模式，并在不斷嘗試改進幾何體實物模型演示、幻燈片多媒體教學等教學手段的同時，將CAD軟件輔助教學應用于課堂實踐中，使學生更好地建立起各種復雜幾何形體的空間概念，提高了機械制圖課的教學的效果。

一、留學生機械制圖授課特點

我校目前在校留學生主要來自哈薩克斯坦、土庫曼斯坦、蘇丹、蒙古、沙特阿拉伯、伊朗等40多個國家和地區。留學生相對于國內學生來說有以下特點：

1.漢語學習尚未完全過關

雖然留學生來我校后進行了為期一年的漢語培訓，但由于留學生母語與漢語的差異各異，各個國家留學生在來華漢語學習進度上存在一定差異。因此，在授課過程中，有的留學生能說但是聽不懂，有的能看懂文字但是聽不懂。因此，在課堂講授重要知識點時，需要考慮留學生的困惑是對知識點的難以理解，還是對漢語意思的不理解。

2.留學生入學基礎不一

由于我校留學的本科生主要來自亞洲我國周邊地區和非洲地區各國，招生時只要求其在本國完成至少12年的基礎教育（相當于中國的“高中”畢業），其入學資格考試相對于國內學生千軍萬馬參加高考才能上重點大學來說相對容易。造成這些來自各個國家的留學生的基礎參差不齊，且與國內學生有一定差距。

3.留學生學習主動性差異較大

來我校留學的學生分為兩類，一類是拿到政府或企業的獎學金資助來華留學，另一類是自費留學。因此，這兩類留學生在課程學習的主動性上存在較大差異。獲得資助的留學生在經濟上沒有太大壓力，而畢業回國后就業壓力也不大。造成了這些留學生學習積極主動性偏低，經常遲到或曠課，在課堂上注意力不夠集中，課后不會找老師答疑。

我校需要為來華留學生開展機械制圖課程培養的專業為機械、儲運和化工專業。這三個專業留學生總人數2012年為33人，2013年為54人，而同級相應專業的國內學生總人數在300人左右。以前留學生與國內學生一起授課時，由于國內學生的總體素質略高于留學生，對于抽象空間想象的理解能力更強，課程學習的積極主動性更高，對課堂講解基礎知識點的掌握也更牢固。因此，為保證課堂內大部分學生的學習進度，無法對部分留學生難以理解的知識點反復詳細講解，從而使留學生由于跟不上課堂授課進度而進一步加深了厭學、懼學的情緒。從2012年起，專門針對留學生開設機械制圖課程小班課，如何根據教材特點和留學生實際情況，在機械制圖小班授課過程中運用科學的教學方法和先進的教學手段，從而探索出確實可行的提高留學生機械制圖教學效果的方法，是亟待解決的問題。

機械制圖是機械制造類等專業的一門理論性和實踐性較強的基礎課程，重點培養學生空間投影分析、二維圖形與三維圖形間相互轉換、手工繪圖和計算機繪圖的基本能力，提高學生認真負責、嚴謹細致的工作態度和作風。最終達到使學生既能掌握工程設計繪圖基礎知識，又有熟練的繪圖和讀圖能力，還有敏捷的靈活思維和創新意識，能快速、準確的繪制和閱讀較為復雜的機械圖樣。其中，空間想象和分析能力的培養作為教學中的難點和重點，需要學生在接受物體的二維或三維信息后，經過聯想和判斷、想象和推理等思維活動，確定物體在空間的位置和幾何形狀，為機械設計能力的培養打下基礎。作為大學新生，留學生對于機械制圖課程的主要困難在于空間想象能力的欠缺，而如平面與復雜曲面立體的截交線、組合體的相貫線等難以想象清楚的空間圖形，光靠老師在課堂上的講述是難以讓學生掌握清楚的。而教研室準備的實體模型由于數量有限，且多為常規立體模型，難以滿足課堂靈活授課的要求。因此，在計算機迅速普及、工程制圖軟件飛速發展的背景下，充分挖掘多媒體教學的潛能顯得尤為重要。

二、CAD輔助教學方法

目前，機械制圖課堂上常用幾何體實物模型演示、幻燈片多媒體教學等教學手段來幫助學生理解。其中，幾何體實物模型演示可進行直觀的形象化教學。通過多看這些實物模型來對模型進行空間分析，增強學生對復雜截交及相貫問題的空間概念理解。但由于實物模型教具數量有限、攜帶不便，在講解某一知識點時難以通過大量的實物模型開展教學；并且實物模型教具的空間構型固定，難以適應結合學生課堂上實際理解情況靈活開展教學的目標。而幻燈片多媒體教學雖然可以通過豐富的圖片激起學生的學習興趣，啟發留學生對較復雜抽象的空間問題的理解，但在幻燈片二維圖片上難以將三維實體形狀最直觀的展現給學生。如何在教師用生動、形象的語言描繪外，尋找充分利用現有多媒體教學工具的手段，是在留學生小班授課中需要解決的首要問題。

近年來，隨著CAD/CAM技術的快速發展，計算機繪圖軟件得到了廣泛應用，其強大的二維繪圖和三維建模造型功能使立體實物的造型和變換及其與視圖轉變更加簡便、快捷。在機械制圖課程之后的計算機輔助繪圖課程中，留學生將會接觸到AutoCAD此類計算機輔助繪圖軟件。那么是否可以在機械制圖課堂授課中提前引入CAD軟件來進行輔助教學，一方面，可以通過CAD軟件三維繪圖能力使復雜的空間幾何形體問題形象化、具體化，以便留學生更好地建立起各種復雜幾何形體的空間概念，豐富對常見工程結構的感性認識，提高制圖課的教學的效果；另一方面，讓留學生提前接觸CAD軟件的使用方法及界面，提高后續課程計算機輔助繪圖的教學效果。CAD輔助教學具有以下優勢：

1.圖形展示清晰易懂

對于復雜的組合體圖形，CAD軟件的三維圖與二維圖之間的轉換功能可揭示由二維圖形生成三維模型以及三維模型轉換為二維圖形的過程，從而將抽象的空間想象問題具體化、形象化，增加留學生的感性認識；對于復雜零件，CAD軟件的剖切、爆炸圖和運動仿真功能可方便留學生進行零件內部結構和連接部位的觀察和分析，從而使教學內容清晰明了，便于留學生熟悉和掌握相關知識點。

2.圖形展示靈活多變

CAD軟件對于立體圖形可以快捷的利用各個視角進行主視圖、俯視圖和左視圖的轉換，也可以通過旋轉從任意角度對立體進行觀察。當課堂上留學生提出疑問時，可根據其具體情況便捷的在CAD軟件中進行展示，也可根據教學需要靈活的對三維模型進行修改和新建，彌補了實物模型難以更改的不足。

3.圖形攜帶存儲便捷

采用CAD軟件建立的模型，可以作為電子文檔存儲在各類存儲介質上，便于教師間的教學資源共享，且避免了實物模型因為自身體積和重量等原因造成的攜帶不便、課堂上使用類型和數量受限的缺點。既降低了教學成本，又能充分發揮多媒體教學設備的功能。

三、留學生小班CAD輔助教學課堂設計

如何及時把握留學生的文化、知識背景，結合留學生的實際情況開展有針對性的CAD輔助教學課堂設計，是留學生小班CAD輔助教學的一個關鍵問題。結合本教研團隊近年來在留學生機械制圖授課上的經驗，總結應開展以下主要工作：

1.了解留學生的文化、知識背景

可與國際交流合作中心、教務處合作，采用問卷或網絡調查的形式開展匿名調查。及時掌握留學生的文化特征、知識背景、興趣愛好、中文語言水平等相關信息。使教學的深度、廣度、進度適合學生的知識水平和接受能力，同時考慮留學生的個性特點和個性差異，做到因材施教，將會取得更好的授課效果。同時，教師授課時可以根據留學生的接受能力適當調整語速。

2.選擇合適的CAD軟件

目前，主流的CAD制圖軟件包括UG、Pro/E、Inventor、SolidWorks、CATIA、SolidEdge、AutoCAD等。隨著高性能微型計算機技術的飛速發展，CAD軟件性能也不斷得到提升。如何從種類繁多、各有千秋的CAD軟件中選擇一種合適留學生課堂輔助教學的軟件，便于首次接觸此類軟件的留學生快速理解和掌握，對于CAD輔助教學的順利開展具有關鍵作用，同時也要考慮授課老師對于該軟件的熟練程度，充分發揮CAD輔助教學快捷便利的優勢。

3.制定合適的CAD輔助教學計劃

在機械制圖教學中，如何將實物模型演示、幻燈片演示和CAD軟件演示這三種教學方法結合，最大限度的利用多媒體教學優勢，是制定教學計劃和教學大綱需要重點考慮的內容。以截交線這一知識難點為例，如何空間想象出平面與復雜立體表面的截交線，并正確的投影到三個投影面上去，對于空間想象能力有限的學生來說就有點吃力了。如果在講述這些內容的時候，運用CAD軟件在課堂上進行現場建模（如圖1所示），并通過啟發式的教學方法，通過改變截切面的位置（如圖2所示），從而誘導學生主動聯想和思考截切面位置變化對截切形狀的影響，將會極大的提高教學效果。

4.增加課堂練習時間比例

課堂練習是加強和鞏固課堂講授知識的最有效的形式。針對留學生的小班授課由于可以加強課程內容凝練，注重核心知識傳授，從而保證了有一定的課堂時間加強學生對所學知識的練習。同時，為保證課堂練習對學生的約束力，可以在總成績構成中提高平時成績的比例，平時成績由考勤、平時作業、平時測驗、課堂表現等組成，平時測驗的次數為每周一次，測驗及講解測驗試題占用課堂時間。學校可為單獨開課的留學生課堂配備助教，協助進行測驗、考勤及課后輔導等工作。

四、結論

CAD軟件操作簡單方便，視圖展示靈活，截切、相貫等概念展示形象，裝配、拆卸過程清晰明了，在課堂上能快速地實現三維圖形和二維圖形的轉換，極大地提升了教學的直觀性和靈活性，激發了留學生學習興趣，有助于機械制圖課程教學的順利開展。

將CAD軟件引入留學生小班機械制圖課程當中，將實物模型演示、幻燈片演示和CAD軟件演示這三種教學方法結合，最大限度地利用多媒體教學優勢，能給留學生帶來耳目一新的感覺，提高了留學生學習的積極性，啟發了留學生空間想象能力的構建，提高了課堂教學效果。

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本文系中國石油大學（北京）本科教改項目“CAD輔助教學在留學生制圖課中的應用研究”。