以能力培養為導向的工程圖學測繪教學改革

宋鳴，陳衛華，鄭敏，魏興春，李海燕

(蘭州理工大學 機電工程學院，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

目前部分高校開展的“卓越工程師培養計劃”和“工程教育認證”要求專業建設中課程的設置和實施應以學生的能力培養為目標，要適應這樣一種新形勢，則必須打破傳統教育模式中存在的不足，以實踐能力和創新能力的培養為目標對傳統的課程體系進行改革。

工程圖學測繪訓練作為機械類和近機械類專業重要的基礎性實踐教學環節，不僅要鞏固所學的制圖理論知識，更重要的是應以提高學生繪制和閱讀機械圖的能力，增強學生工程實踐能力和創新意識為目標[1-3]。近幾年部分高校結合卓越工程師計劃和工程教育認證對工程圖學測繪教學的教學內容、教學方法和考核等方面都進行了一些探索和改革[4-7]。我校自2010年以來，針對該課程以能力培養為導向，對課程的教學內容、模式、方法及考核方式持續進行探索實踐，形成了自己的特色并取得了一些教學成果。

1 測繪教學基本情況及存在的問題

為了強化學生的工程圖表達能力和計算繪圖的能力，自2010年起針對機械設計制造及自動化專業開設了為期一周的“計算機繪圖綜合訓練”實訓課程，課程內容主要包括完成一組簡單裝配體的全部非標零件的徒手測繪圖和計算機繪圖(非標零件圖和裝配圖)。由于學時較少，測繪對象的選擇有較大限制，只能選擇零件較少，結構相對較為簡單的裝配體(L型齒輪油泵)，因此使得工程圖表達的深度不夠，課程的訓練效果不理想。

根據幾年來“計算機繪圖綜合訓練”課程的實施情況，在進行充分調研和討論的基礎上，2012年在修訂培養計劃時將“計算機繪圖綜合訓練”課程改為“機械工程綜合測繪”，時間延長為2周，面對全校機械類專業開放，課程的內容更加偏重于工程應用能力的培養。課程的測繪對象調整為較為復雜的裝配體(一級齒輪減速器)，其中測繪草圖和計算機二維工程圖各占1周的時間，2013年春季學期首先在機械設計制造及自動化專業實施。課程實施過程中主要由老師布置任務，并分階段對零件和裝配圖的表達方案進行部分講解，然后在課堂上指導學生完成相關任務。在整個教學過程中，教學內容以及所采用的教學模式未做大的調整，并與大多數工科院校情況基本類似。

近幾年在課程的實施過程中發現主要存在以下問題：1) 由于所有學生的測繪對象相同，過程和任務一致，課程內容沒有彈性設置，學生無權取舍或改變教學內容，學生的創造靈感和個人能力得不到充分展示。2)在裝配體測繪階段，學生是采用手工繪圖，工作量大。為完成繪圖，學生只是機械地模仿畫圖，片面追求速度，而忽視了對零件設計、工藝結構、工程圖表達及尺寸標注合理性等方面知識的理解和綜合運用，最終導致工程表達能力和設計能力的欠缺。3)在計算機繪圖階段，由于學生計算機應用能力差異較大，對于部分計算機應用能力偏弱的同學，為期一周的CAD工程圖任務量偏大，導致部分同學疲于應付。對于計算機應用能力較強的同學，則顯得任務量偏小，不能充分發揮學生的主觀能動性。最后所完成的計算機圖雷同，從中看不出學生計算機應用能力的差別。4)教學形式過于刻板，沒有活力，不能有效激發學生的主觀能動性，部分學生處于被動應付狀態。5)傳統測繪課程的考核主要依據圖面質量評定成績，考核和評價注重結果，評價方式過于單一，考核方式缺乏公平性和科學性，難以調動學生的學習積極性。尤其是將計算機繪圖引入測繪實踐教學后，只注重結果的考核方式很難反映學生的學習狀態，嚴重挫傷了部分同學的學習積極性，最終導致課程教學達不到預期目的。

2 教學改革開展情況

針對以上問題教學團隊連續三年對“機械工程綜合測繪”課程中展開教學改革實踐。在課程的改革實踐中首先進一步明確了課程不同階段的任務及培養目標，并對教學模式進行了調整。

2.1 以應用能力和團隊協作能力培養為目標的常規課程內容設置

在完成課程大綱的基本要求的基礎上，對課程內容作出部分調整，調整后課程內容側重于徒手表達能力、工程圖的表達能力、計算機的應用能力以及團隊協作能力，具體的課程內容設置如圖1所示。

圖1 “機械工程綜合測繪”常規課程內容

2.2 以應用能力、創新能力和團隊協作能力培養為目標的彈性課程內容設置

在課程的實施過程中，發現對于部分專業基礎知識扎實、計算機應用能力較強的同學在第二階段的教學中總體任務量偏小，難以激發他們的學習主動性，尤其一部分同學的三維CAD技術的應用能力較強，在實踐過程中由于課程內容所限，難以發揮其三維CAD的專長。為進一步激發學生的學習主動性。培養學生的應用能力和創新意識，同時將三維CAD技術的應用與工程應用能力與創新設計能力的培養有效地結合起來，教學團隊針對這一部分學生設置了彈性課程內容(圖2)。

圖2 “機械工程綜合測繪”彈性課程任務實施流程

彈性任務的實施在第一階段任務基本相同，只是在第二階段任務量和任務的完成方式完全不同。要求在完成測繪圖的同時，可利用業余時間開始第二階段零件的三維造型任務。零件的三維造型小組成員可分工協作，按照個人能力的不同分擔不同的任務，合力完成整個裝配體零件的建模。在這個環節，為了保證三維模型正確裝配，小組成員必須相互討論，對造型過程中發現尺寸不協調等問題進一步進行修正。零件三維造型完成之后，利用三維模型直接投影為二維工程圖，再按照機械制圖的表達規范編輯工程圖，添加技術要求。在此階段允許三維模型成果互享，但二維工程編輯必須獨立完成。這樣可大大減少計算繪圖的工作量。隨著學習的深入，對機械零件的三維建模不斷完善，最終利用三維軟件進行三維裝配實驗，以加深對設計和裝配相關概念的理解。

2.3 以學生為主體，以能力培養為目標、教師合理引導、學生自主開展學習的實踐教學模式

課程從一開始就對學生進行合理分組(學生按照自愿的原則同時兼顧強弱搭配，4～6人組成一個大組， 2～3人分為一小組)。在測繪過程中以大組為單位進行一級減速器工作原理的分析和拆卸，以小組為單位對零件進行測繪，構思零件的表達方案，然后大組內對測繪對象的表達方案、小組表達方案的優缺點進行討論，通過和授課老師交流后，最終確定最優表達方案。

在整個課程實施過程中強調師生交往、小組成員之間討論和協作，構建互動的師生關系和教學關系。對于按彈性任務實施項目任務的小組，教師有意識地鼓勵學生利用所學的其他課程的相關知識對所測繪的零部件，根據自己的構想，對原有機械零部件進行改造，以進一步激發學生的學習主動性。學生在任務完成過程中，在不斷遇到問題、解決問題的實踐過程中，理解所學理論知識的具體應用，做到理論知識與實踐知識的融會貫通，既培養了分析和解決問題的能力，又提高了動手實踐能力，同時還可以培養學生的合作能力和團隊協作精神。

通過這樣具有開放性和創新性實踐過程，使學生體驗創新設計的初步過程，培養學生的設計能力和創新意識，同時將三維CAD技術的應用與工程應用能力與創新設計能力的培養有效地結合起來，最終使學生具備了可持續發展的潛能。

2.4 以能力培養為導向的過程化成績考核方法

傳統測繪課程的考核主要依據圖面質量評定成績，對于學生是獨立完成還是模仿、抄襲只能依據印象判斷。對零件工藝結構、表達方案選擇、標準件和常用件的規定畫法、尺寸標注、技術要求等相關知識的掌握程度以及標準件的選用、查閱標準手冊等方面的能力沒有量化的考核標準，考核方式缺乏公平性、科學性。同時，將計算機繪圖引入測繪周的教學，教師一定要加強項目完成過程的督促和指導。既要突出學生的主體地位，又要掌控整個教學進程，及時有效地解決學生遇到的問題。

教學團隊制定了有針對性的過程考核辦法，每個考核環節都對應相應的能力培養環節，同時，這種以過程考核為主考核方式還要易于執行，不宜過分復雜，使考核不流于形式，具體考核方式如表1所示。

表1 “機械工程綜合測繪”考核方式

3 效果分析

教學團隊在機械類專業的教學中全面實施新的教學內容和教學方法的改革以來，尤其是彈性任務的實施過程中，課程班中超過30%的同學選擇該項內容。在測繪階段，部分小組已開始利用課余時間開始了三維建模的任務，同時，由于三維建模任務的實施要求小組成員要協作完成，并且最終要提交任務分配表，這樣使得小組內互相協作和溝通明顯加強，改善了原來“自己測自己畫或完全抄畫”的局面，學生的主動性顯著增強。

過程化的考核方式的實施，以及在評價過程中采用小組內互評和老師針對小組的評價相結合的方式，使得最終的評價更能反映學生的實際狀態，有效避免了由于評價結果的不準確導致挫傷學生的積極性，對課程的實施起了積極作用。過程化考核的實施還應注意應該在課程開始前就讓學生明確考核的方式。

4 結語

開放性和創新性實踐教學模式的實施和淡化結果、重在過程的考核方式，將教學內容細化落實到測繪的每一個具體教學環節，使得最終的評價結果能更好地反映學生的能力水平，大多數同學在課程結束時也基本能預測到自己的考核結果，達到預期的教學目標，有效激發了學生學習的積極性和求知欲，以及積極探索、主動創新的開拓精神。通過三年來測繪教學實踐，收到了較好的教學效果，極大地提升了課程教學質量。

[1] 楊莉，郝育新，王建華. 工程制圖測繪教學模式的研究與實踐[J]. 圖學學報，2013，34(1)：116-119.

[2] 姜文銳，宮娜. 拔尖人才培養模式下的工程圖學教學研究[J]. 圖學學報，2014，35(3)：455-458.

[3] 李虹. 滲透設計理念培養學生創新意識和設計能力[J]. 中國大學教學，2010(2)：51-52.

[4] 李富平，楊文通，王建華. 面向機械類本科生以實踐為先導的工程圖學教學方式探討[J]. 圖學學報，2014，35(5)：787-790.

[5] 楊莉，郝育新，呂梅. 工程制圖測繪周教學改革效果分析[J]. 圖學學報，2014，35(4)：603-606.

[6] 趙軍，商躍進，張慧. 機械制圖測繪課程教學改革與卓越工程師能力培養[J]. 中國農機化學報，2016，37(1)：277-280.

[7] 惠學芹，陳西府，劉道標，等. 面向創新教育的工程圖學測繪教學模式探索[J]. 高校實驗室工作研究，2012，114(4)：9-10，31.