工程圖學課程建設與教學實踐

魯善文 王蘭美 殷昌貴

摘要：在分析工程圖學課程在學生培養體系中的功能基礎上，以保證課程對學生“兩種能力、一種素質”的培養強化為目的，從構建新的課程內容體系入手，針對課程不同內容設計不同的教學方法，運用現代信息技術升級教學手段，探索實踐了課程實驗內容體系，構建了新的課程考核評價方案。教學實踐表明，教學質量得到一定的提高。

關鍵詞：工程圖學;課程群;教學研究;實踐

中圖分類號：TB 23 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）07-0120-02

工程圖學是高等工科院校本科生必修的一門主干技術基礎課，被稱為工程技術界的語言，其教學是以圖形為主，研究由空間抽象到平面，再由平面想象到空間的復雜轉化過程，最終目標是培養學生對三維空間幾何形體的想象和二維工程圖樣的繪制與閱讀能力，為空間構思課程設計畢業設計乃至畢業后的職業能力奠定堅實的基礎。由于教學計劃的修訂和調整，新開課程的不斷增加，本課程學時數減少很多，因此，建立新的教學內容體系勢在必行[1]。

一、工程圖學課程在學生培養體系中的功能分析

工程圖學課程教學的核心功能是培養學生繪制和閱讀工程圖樣的能力。工程圖樣的成圖方式有徒手成圖、儀器成圖、計算機成圖[2]，其核心課程是“畫法幾何及工程制圖”，它是學生接受工科高等教育以來接觸的第一門與工程有關的課程。其主要功能是培養工程設計表達能力，即讓學生通過課程學習，掌握工程界表達、交流技術思想的語言。用圖形語言描述工程設計，該功能是顯而易見的，也是圖學教育和工程界普遍認可和重視的，姑且稱其為顯性功能;它還具備培養學生空間思維能力、設計創新能力、工程實踐能力、工程綜合素質等功能，這些常常被忽略的，被稱為隱性功能[3]。

其中空間思維能力培養是本課程特有的，它極大地影響著設計創新能力。我們把課程功能歸納為“兩種能力、一種素質”的課程培養功能，即“工程設計表達能力（顯性功能）、工程思維創新實踐能力（隱性功能）和工程綜合素質（隱性功能）”。

隱性功能不但影響著顯性功能的發揮，而且影響著學生的整體素質和思維水平的提升，在學生培養中的作用和意義重大而深遠。

二、工程圖學課程群改革與實踐

以保證課程對學生“兩種能力、一種素質”培養強化為目的，對課程內容體系、教學方法、教學手段、實驗實踐項目及課程考核評價進行了研究、建設與實踐。

（一）內容體系改革

以強化機械類人才能力培養為指導思想，重理論、強基礎，創建了“三基”（基本投影理論知識、基本圖示方法、基本繪圖技術）為主線、兼顧設計思維和創新能力培養及工程綜合素質提高的畫法幾何及工程制圖課程內容體系。

為了培養學生的設計表達能力，優化課程傳統內容，適當降低畫法幾何部分的知識深度，加強圖樣表達方案的教學與訓練;為了啟迪學生的設計思維，培養綜合素質，課程中增設構型設計的內容。對于重視嚴謹訓練的工科學生來講，注入思維結果為多解式的教學內容是非常必要的;在“零件圖”前增加“機械工程圖概述”內容，介紹零件、機器、機械工程圖樣以及機械工程圖樣在機械產品中的作用，使得學生在學習零件圖、裝配圖時從整體上有一個了解，更容易學習和掌握工程圖樣;為強化徒手繪圖技術，分別在制圖的基本知識與技能、軸測投影、零件測繪、部件測繪多處設有徒手草圖內容。

（二）教學方法研究

1.教學方法創新研究：以強化“兩種能力、一種素質”培養為目的，教學中開展形式多樣化的創新活動，重點在于引導和啟發學生積極參與創新活動，增強學生對創新活動的興趣。要為學生創造一個寬松的環境，依據個人興趣，發揮和挖掘他們的潛能。如開展模型設計制作、三維設計大賽等活動。

2.思維訓練方法研究：例如畫法幾何綜合問題，都是綜合約束或多條件約束題目，分別可采取分解約束或逐個滿足約束的分析方法、軌跡法、逆推法，分析找出最多量解題思路，再比較分析優選解題方法，培養梳理解決紛亂復雜問題的能力、優選習慣與思維方法;利用組合體形體分析，培養學生把復雜問題分解為簡單問題的思維方法——“化整為零，積零為整”的分析解決問題方法;構型設計給出“單面視圖”約束或多形體約束并重視答案的多量和特異，以激發想象，培養多向思維，啟發功能聯想，訓練培養工程創新思維等。再引申反證工程圖表達形體必須唯一確定，使學生高度認識工程圖樣100%絕對正確的重要性以培養工程素質。

3.實驗實踐方法研究：以強化“兩種能力、一種素質”培養為目的，針對中學時為應試而學習的學生，在大學第一門與技術相關的課程中設計并設置實驗項目，可起到循序漸進地培養工程實踐能力的目的。在原來的測繪基礎上，設計了以“模？壙圖”多重循環為標志的實驗項目，包括模型速畫、模型制作、創新構型設計與模型制作、機械拆裝、零件測繪、實戰CAD等。

（三）教學手段建設

以強化“兩種能力、一種素質”培養為目的，結合課程內容體系改革，將現代多媒體技術以及網絡運用到教學中，實現教學手段的提升。

1.CAI課件系統研發：以體現教育思想，使“空間？壙平面”思維過程可視化，實現教學經驗的廣義積累與疊加為設計要求，設計了助教型、助學型、創新與工程能力培養型、測評型課件構成的CAI輔助教學系統，并進行了研發。

2.網絡資源建設：作為信息交換巨大寶庫的互聯網，正日益成為人們學習新知識、獲取新技術和了解新情況的途徑。網絡具有信息量大、知識面廣、操作敏捷、資源共享等特點。目前課程建設的研究成果全部上傳畫法幾何及工程制圖國家精品網站，已經實現學生網上訪問電子教案，重現教學過程，按個人需要靈活選學教學內容。學生可以跟著教師在網上邊學邊進行同步操作，也可實現網上答疑和提供教學信息。網絡化教學將極大地提高學習的效率和效果。

（四）實驗實踐教學研究

1.實驗實踐項目設計：通過實踐獲得的知識是學生真正通過自己的體驗、思索獲得的，它具有更好的效果和持久性。但是，目前學生普遍缺乏實踐經驗。解決方法包括以下幾個方面：（1）根據由實踐到理論的認知規律，新增加了如下實踐教學環節：“機械及產品認知”實驗、組合體徒手速畫訓練、“立體模型制作”實驗等。（2）把計算機繪圖的理論講授與上機實踐結合在一起進行。教師講完一部分內容，學生接著進行練習，遇到問題及時解決，見效很快。最后進行零件圖和裝配圖的綜合上機實驗。（3）一周的集中測繪是學生所學理論知識在實踐中的綜合運用。此過程分小組進行，每位教師指導10～15名學生，教師經常檢查學生的測繪情況，發現問題，及時討論解決。學生們可以互相討論，培養了協同工作能力和團隊精神。這個環節中，學生的綜合能力得到鍛煉和提高，是一個讓學生收獲很大的教學環節。

2.實驗實踐教學實施手段建設：通過教學實踐總結形成一套針對各實踐性教學項目的具體實施方法。實驗實踐手段建設采用自建和共享。（1）自建有計算機房、手工模型制作室（陶泥、泡沫）、機制模型實驗室（微型機床）。根據課程自身條件實施實驗項目：自備小型工具、微型機床完成手工模型制作;自備模型完成測繪實踐;專用機房完成計算機二維繪圖、三維建模。（2）共享有機械原理零件實驗室、學校實訓中心（機械廠）。充分利用學校教育資源，通過參觀零件實驗室、實習工廠完成機械認知實驗;借助實訓中心完成機制模型實驗和三維數字建模輸出。

（五）考核評價方法改革

課程傳統考核方式沿用初高中的考核方式，沒有在真正意義上實現對學生知識掌握和運用能力的評價。存在的弊端主要表現為考試方式的單一和不利于學生能力的培養[4]。本著以正確的導向來指導教師教學以及學生學習和發展的思想，對考試方式、方法進行了改革研究，設計實踐了課程考核評價方案。該方案改多年一貫的“一次性”考試評價為“過程性、結果性、能力性”三合一的評價。（1）過程性評價：針對專業圖部分的機械工程圖樣繪圖，采用開卷方式，隨學習過程進行，側重于對零件、機器或部件工作圖的全面認識、對國家標準的貫徹執行及二維表達能力和繪圖技能的提高。（2）結果性學習評價：針對畫法幾何部分、專業圖部分的國家標準、繪圖和看圖基本方法，采用閉卷考試方式，盡量讓每題包含綜合、分析、比較、理解的過程，側重于對基本知識的掌握和運用，讓學生明白知識只有在運用中才能內化為能力。（3）能力性評價：針對由裝配圖拆畫零件圖，采用開卷考試方式，側重于包含與工程實際相結合的意識與能力在內的工程圖學知識、能力、素質的培養。設計開放式的、靈活的實踐評價軟試題，如一面視圖構型設計、變位設計、仿型構型設計、形體設想歸謬、模型創新設計、三維建模與實體造型設計等，以競賽形式組織，側重于圖學創新能力、綜合素質評價，成績優秀者可給予加分。

三、教學應用情況與效果

在開展上述研究的基礎上，我們在教學中運用這些研究成果，激發了學生的學習興趣，開闊了學生的視野，豐富了學生的感性認識，提高了學生的動手能力，通過多方面、多渠道的訓練，通過對每一個教學環節，每一個教學細節的研究，最終達到了提高能力、培養綜合素質的目的。據后繼課程的調查顯示，學生的讀圖能力、設計能力較往屆生大有提高;獲全國創新設計大賽等獎項較往屆生增多;求職面試中繪圖能力強，用人單位喜歡接收;四屆學生已獲得UG—CAD認證工程師3000多人，直接授聘UG—CAD認證培訓師3人。在每年一次的教學評價中，學生評價教師的優秀率達100%，尤其對青年教師來說，這個比例在以前是不可能達到的。

參考文獻：

[1]馬亞麗.機械類本科專業“工程圖學”課程內容體系與教學方法探討[J].吉林工程技術師范學院學報，2013，29（1）：66-67.

[2]郭幼丹.機械創新能力培養的工程圖學培養模式構建[J].福建工程學院學報，2014，12（3）：302-306.

[3]殷昌貴，王蘭美.工程圖學課程群建設研究及教學改革實踐[J].圖學學報，2013增刊：74-78.

[4]丁頌.現代工程圖學考核方式改革初探[J].長春師范學院學報（自然科學版），2013，32（5）：154-156.