機械制圖三結合實踐教學模式的探索

楊 薇，張京英，張 輝，佟獻英

（北京理工大學機械與車輛學院，北京 100081）

機械制圖課程是機械類本科生在進入大學后，接觸到的第一門與中學課程區別極大的課程，也是工科學生接受工程意識訓練的首門課程，是學生以后專業學習和從事機械工程領域工程技術工作的基礎課程。

機械制圖課程的教學目標是培養學生的空間想象能力和分析、解決問題的能力，培養學生設計表達能力，拓展學生創新性思維空間。因此，機械制圖教學要把重點放在學生畫圖和讀圖能力的實踐訓練上。如何更好地深化教學內容和方法的改革，提升教學質量，如何貫徹“面向工程、寬基礎、強能力、重應用”的卓越工程師培養方針，成為我校機械制圖課程組深化教改工作的重要而緊迫的課題。

1 目前機械制圖實踐教學中存在的問題

近年來, 隨著教育教學改革的不斷深入，盡管在教學內容的整合和教學方法手段的優化方面做了很多工作，但學生的實際應用能力還是相對較低。在機械制圖實踐教學中存在一些需要深入細致研究的問題，主要表現在3個方面：

（1）從課堂教學來說，先進的多媒體課件已經基本取代了過去傳統的手寫板書，課堂教學變得形象、生動及信息量大。但基于多媒體課件的發展現狀，完全摒棄在黑板上畫圖，僅依靠多媒體教學，某些細節的教學效果并沒有預期的那么好。

（2）從CAD軟件教學來看，由于實踐環節少，學生熟練應用CAD軟件的能力較差，CAD軟件與制圖課程的整合，沒有達到應有的效果。

（3）從課程安排來看，機械制圖綜合測繪的內容和形式多年不變，不同專業的學生測繪的產品基本一樣，并且測繪要求與實際設計流程脫節。

2 三結合實踐教學模式

針對以上問題，我們提出三結合實踐教學模式，在教學方法和手段、教學內容、教學體系上進行了改革嘗試。

2.1 課堂教學中教師的示范實踐與多媒體課件相互配合

機械制圖課程由畫法幾何與機械制圖兩部分組成。畫法幾何是機械制圖的投影理論基礎，掌握投影理論是學好制圖的先決條件。學生在學習這部分內容時，一定要注重反復實踐和思維的訓練。面對授課對象是深受應試教育影響的大一新生，他們習慣了傳統的理論教學，很少與生產實際接觸，因此缺乏動手實踐的意識和能力。課堂上，雖然多媒體課件能夠形象、生動地講解投影理論及作圖方法，但是學生在自己動手作圖時，總覺得茫然，沒有順序概念。更有部分學生，投影規律倒背如流，可一到自己作圖，就不知道如何應用，甚至于在后來所畫零件圖中連基本的投影對應關系都得不到保證。經過對比分析，發現以前應用傳統的板書教學時，學生的動手能力還是相對比較強的，原因在于學生在課堂上除了獲取理論知識以外，更觀摩到了老師一筆一畫地示范演示，課后做作業時能夠比較容易地“模仿”老師。而相比板書教學，現在的CAI課件，速度快得多，學生就像看電影，只注重結果，而容易忽略過程。因此，考慮到學生初次接觸實踐性很強的畫法幾何知識，注意掌控課堂的節奏，適當加入板書作圖，以身示范，引領學生樂于和易于自己動手畫圖。

機械制圖部分重點是培養學生繪圖和閱讀機械圖樣的能力，更需要精心安排多種教學手段，來提升學生的工程意識。長期以來，空間想象能力和缺乏機械加工實踐體驗一直制約著學生對實際機械產品投影圖形的理解，是機械制圖教學環節中的重點和難點，多媒體課件能夠很好地解決這兩個問題。如多視角展示復雜零件的三維模型，對學生提升空間想象力和讀圖能力起到很好的輔助作用。在講授零件合理結構時，引入各種機械加工視頻，不僅豐富了教學內容，使授課內容有聲有色，而且開闊了學生的眼界和思路，使學生對書本知識有了深刻的理解，培養了工程分析的能力。在講授CAD軟件繪圖操作時，教師從頭到尾地完成一個具體實例的每一步操作，學生觀摩到完整的示范過程，將會事半功倍的開始他自己的作業練習。因此，將教師的示范實踐與多媒體課件很好地結合使用，能在細致入微之處提升對學生動手實踐能力的培養，使課堂教學效果更上一層樓。

2.2 CAD軟件與課程內容緊密融合

我國從“十一五”開始推行制造業信息化工程，實施工業化和信息化融合，經過多年的努力，已初見成效，目前大部分機械制造企業采用CAD進行數字化產品設計。鄔賀銓院士認為，兩化融合首先應該進一步優化教育體制，尤其是大學教育對人才的培養，要從應試教育轉為素質教育，拓寬專業領域，進行學科交叉，開闊學生思維，真正激發學生的探索創新積極性，培養出大批時代急需的復合型人才。因此，將CAD技術引入制圖課程是大勢所趨。目前國內多數制圖教材將CAD技術作為一個章節加以介紹，約占全書內容的十分之一[1]。但如何開展CAD內容的教學，是多年來不斷爭論的一個話題。經過調研國外高校和國內名牌大學，我校設計的教學方案是：以項目式目標驅動，使CAD作為工具，為制圖課程內容服務，達到CAD與傳統制圖的完全融合，采用課堂教學與實踐教學相結合的教學模式。具體方案是分階段講授CAD基本操作，在機房人手一臺電腦，邊講邊練。課外作業是以小組形式分別完成不同油泵的所有零件二維圖、三維造型、裝配造型、創建部分工程圖和表達視圖。在講標準件和常用件時，教授AutoCAD的使用，作業為繪制螺紋緊固件連接圖和齒輪嚙合圖；講零件圖時，教授Inventor軟件的造型功能和生成工程圖；講裝配圖時，教授Inventor軟件的裝配功能和創建表達視圖。項目中期進行檢查答辯，監督各小組進展情況。項目結束提交各種電子文檔和PPT結題報告。在8周時間里，以項目為目標驅動，學生學會使用兩種CAD軟件，邊學邊實踐的教學模式，提高了學生的學習興趣和實際操作能力。隨著實踐項目的不斷推進，學生獲得極大的成就感，對自己動手畫圖不再產生畏難情緒，一部分學生甚至癡迷于制圖課。

2.3 綜合測繪與專業以及數字化設計有機結合

機械制圖綜合測繪是學生學完理論課后的一個重要的實踐教學環節，也是學生首次進行的設計訓練，可以使所學的知識得以融會貫通。由于大學四年的學習是一個系統工程，各門課程之間的銜接非常重要，如果這個訓練與學生所學專業相關性較強，對學生后續專業課的學習將會有更大幫助。因此從系統工程角度，我們在設計制圖綜合測繪內容和形式時，綜合考慮學生所學專業和現代數字化產品設計的實際流程，選擇不同的產品進行訓練，使制圖內容與后續專業學習有更好的銜接，同時也進一步提高CAD軟件的設計使用能力。改革后的綜合測繪的具體內容和任務是：將學生6～8人分為一組，選擇與專業相關的產品進行測繪（如車輛專業選擇汽車或摩托車上的機油泵等），各組產品不同，要求學生拆卸零件，選擇表達方案，徒手繪制草圖，測繪尺寸，然后根據對規格、性能等數據的改變要求設計一款新產品，利用計算機進行零件的三維實體造型、產品的裝配造型設計，并對新產品虛擬樣機進行模擬運動干涉檢查，及時修正零件設計，最后由三維軟件出零件圖和裝配圖。這樣的課程內容設計，有利于學生綜合能力的訓練，既符合實際的設計流程，提升學生的工程意識和工程素養，又培養了學生的實踐創新能力、協作精神和交流溝通能力[2]。

3 三結合實踐教學模式的效果

對于教學質量和培養實踐創新型人才，三結合實踐教學模式起到事半功倍的效果, 制圖課程深受廣大學生歡迎。

3.1 制圖課內更加有吸引力，富有成果

制圖課程內，學生的學習興趣和整體的學習氛圍有很大提升，制圖實踐能力和學習能力明顯提高。第一學期的第一節課，通過強調制圖課程對完成“卓越工程師”培養計劃的至關重要的地位和意義，學生們產生了立志做一名卓越工程師的榮譽感和使命感，激發了極大的學習興趣。在整個課程期間，學生上課提前“搶占”前排座位，課下小組定期討論，制定項目實施安排等。尤其可喜的是個別班級還產生了一些“小老師”，在班級自行組織的制圖學習研討會上，做串講和答疑。整個班級洋溢在一個良好的學習氛圍中，并感染到其他班級學生的踴躍加入。

注重實踐教學后，制圖課完全改變了學生以往高中式個體的學習方式，引進了團隊協作學習模式，以組為單位完成項目，相互督促，相互學習，興趣更大，效率更高，效果更優。遇到學習上的困難，學生們更積極主動地去想辦法解決，不管是手工繪圖還是軟件使用的速度和準確度都有很大提升。

3.2 制圖課外搭建多個實踐平臺，知識應用縱深化

采用三結合實踐教學模式以來，為鼓勵學生在課外應用制圖知識，提高制圖實踐能力，使優秀學生脫穎而出，首次開設面向全校的以實踐教學為主的制圖開放實驗和公選課[3]，成立了“三維成圖空間”學習型學生社團。這些平臺的搭建，更激發了學生的學習興趣和動手實踐的激情，調動了學生的科技創新積極性，在學生群體中形成了一種良好的學習制圖和實踐創新氛圍。同時，也實現了不同專業學生之間的知識交流。學生們跨專業、跨年級組隊參加各級別的課外科技創新活動和競賽，一些低年級的學生在高年級的帶動下提前進入到所學專業方向進行科創活動，多個項目獲得大學生科技創新立項[4]。

3.3 實踐教學模式下的課外參賽，成績顯著

去年9月，全面實施機械制圖三結合實踐教學模式以來，我校學生參加競賽多次獲獎。今年暑期，我校第二次參加全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽，榮獲團體一等獎，而在去年，我校首次參賽卻無緣團體獎項。值得一提的是，去年底，我校有4支隊伍參加全國信息技術應用水平大賽之高端裝備制造綜合技能分項，兩只隊伍入圍全國總決賽，其中一組獲得本科以上組別唯一的特等獎（見圖1）。特等獎作品——游梁式智能抽油機的全部三維造型由一名大二的制圖優秀學生完成，并且現場實操考核——從裝配圖拆“畫”各零件三維造型并裝配，得到28分的好成績（滿分30分），這在實踐教學改革以前的學生中是不可能完成的工作。今年，我校有10個團隊或個人提交了三維作品參加BICES中國——第二屆工程機械及專用車輛創意設計大賽，其中獲得一等獎和優秀獎各一項。學生參賽獲獎反過來又在低年級學生中掀起學習制圖的熱潮，學生們熱衷于學習和科創，良性循環，成績喜人。

圖1 學生實踐作品

學生參加大量的課外實踐，提高制圖實踐能力的興趣高漲，反過來也豐富了制圖課程的教學內容，對及時發現教學中的薄弱環節、提高教學質量有很大幫助[5]。

4 結論

在“以學生為主體，以教師為主導”的教學理念指導下，在機械制圖課程中構建三結合實踐教學模式，通過課堂教學手段的細致策劃、CAD和制圖的緊密融合以及綜合測繪的內容和流程設計，抓住實踐應用性強的課程特色，課內、課外相互呼應，激發學生的學習興趣，達到培養學生的實踐創新能力的教學目標，很好地解決了工科學生第一次接受工程訓練的教與學的矛盾，為他們今后的專業學習奠定了良好的基礎。在以后的教學工作中，將不斷完善三結合實踐教學模式下的學生考核評價體系，以做到每一個學生的學習過程都能得到監督和檢查。

[1]張京英, 張 輝, 焦永和.機械制圖[M].北京: 北京理工大學出版社, 2013: 357-384.

[2]劉 偉.實踐教學中應用型人才培養模式的研究:以山東省德州學院機電工程系實踐教學為例[J].高等教育研究, 2008, 25(4): 29-31.

[3]林大鈞.實驗工程制圖[M].北京: 化學工業出版社,2009: 84-87.

[4]劉衛東, 卜 麗.DSP實驗課程教學研究與探索[J].實驗技術與管理, 2012, 29(3): 170-172.

[5]王 斌.淺論開放式實驗教學與創新人才培養[J].實驗室科學, 2008, 25(2): 35-36.