淺議工程制圖教學(xué)改革

朱文博 李海淵 紀(jì)海慧

[摘 要]課題組對(duì)工程制圖課程進(jìn)行教學(xué)改革：充分利用多媒體技術(shù)、三維建模軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行制圖教學(xué)，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下混合式教學(xué)，進(jìn)行基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)，同時(shí)結(jié)合制圖技能競(jìng)賽引領(lǐng)制圖教學(xué)。這些改革必將有利于提升學(xué)生閱讀和繪制工程圖的能力。

[關(guān)鍵詞]工程制圖;教學(xué)改革;計(jì)算機(jī)技術(shù);互聯(lián)網(wǎng)技術(shù);項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);制圖競(jìng)賽

[中圖分類號(hào)] G642[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2020）10-0068-03

工程制圖是工科類學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是一種“工程語(yǔ)言”，是一門實(shí)用性非常強(qiáng)的課程。學(xué)生對(duì)該課程的掌握程度不僅對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)有著直接影響，而且直接影響學(xué)生今后從事相關(guān)行業(yè)，尤其是機(jī)械設(shè)計(jì)的工作水平，因此學(xué)好工程制圖非常重要。

工程制圖的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生閱讀和繪制零件圖和裝配圖的能力，教會(huì)學(xué)生掌握技術(shù)行業(yè)最基礎(chǔ)的“工程語(yǔ)言”;培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和空間構(gòu)圖能力;使學(xué)生懂得如何使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的圖紙呈現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。工程制圖教學(xué)要注重課程的實(shí)用性，運(yùn)用新技術(shù)和新手段，教師要與時(shí)俱進(jìn)進(jìn)行教學(xué)改革。

一、充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行制圖教學(xué)

（一）多媒體技術(shù)應(yīng)用于制圖教學(xué)

我國(guó)直到20世紀(jì)末高校還在沿用黑板、粉筆加教鞭的傳統(tǒng)教學(xué)模式[1]。工程制圖的課堂上，教師一般都是邊講解邊在黑板上用尺規(guī)和粉筆畫圖，并且借助于相應(yīng)的模型、掛圖等教具來傳遞教學(xué)內(nèi)容。

2000年之后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和教育經(jīng)費(fèi)的投入，很多高校建立了多媒體教室，多媒體教學(xué)手段得到了廣泛應(yīng)用。2004年8月教育部制定的《普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作水平評(píng)估方案》中，多媒體授課課時(shí)占必修課課時(shí)的比例是衡量“教學(xué)方法與手段改革”效果的一項(xiàng)指標(biāo)[2]。工程制圖課程運(yùn)用多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，通過計(jì)算機(jī)屏幕將工程制圖立體直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，規(guī)避了模型數(shù)量和大小的限制，更加形象具體地刻畫形體內(nèi)外結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，利用多媒體進(jìn)行教學(xué)，節(jié)省了在黑板上書寫文字，特別是畫圖所消耗的大量時(shí)間，加大了課堂教學(xué)傳遞的信息量，學(xué)生可以學(xué)到更多的知識(shí)。運(yùn)用多媒體教學(xué)手段，將圖像、聲音和文字等多種信息綜合于一體，進(jìn)行編排處理，改變了傳統(tǒng)教學(xué)“粉筆+黑板”相對(duì)單一的局面，由原來的靜止、平面的畫面效果進(jìn)步到動(dòng)態(tài)、立體的影像效果，使抽象的視圖變得直觀，課堂教學(xué)效率獲得很大的提高。多媒體的形象教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力、看圖能力和繪圖能力，突破教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，激發(fā)了學(xué)生對(duì)工程制圖課程的學(xué)習(xí)興趣，有利于發(fā)揮教師和學(xué)生各自的作用。

（二）三維建模軟件應(yīng)用于制圖教學(xué)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，基于特征的三維實(shí)體建模軟件如UG、Pro/E、Solidworks等孕育而生，它是面向現(xiàn)代設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生、發(fā)展的新型智能設(shè)計(jì)方法的重要工具。工程制圖課程中出現(xiàn)的所有零部件實(shí)例都可以構(gòu)建模型，將零部件各個(gè)細(xì)節(jié)用三維建模軟件直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使用圖物對(duì)照，以物代言，簡(jiǎn)化教師對(duì)零件結(jié)構(gòu)的講解，使學(xué)生能從整體到局部地認(rèn)識(shí)零件的空間結(jié)構(gòu)，由表及里地了解各組成部分之間的聯(lián)系，有助于學(xué)生空間概念的逐步形成，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效率。建立實(shí)物模型進(jìn)行教學(xué)，對(duì)于一些學(xué)生比較難理解的內(nèi)容，能起到事半功倍的效果，如相貫線的求解和三視圖的繪制等，形象生動(dòng)，學(xué)生更易于理解接受。

與此同時(shí)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)首先運(yùn)用三維建模軟件進(jìn)行產(chǎn)品的實(shí)體造型，然后直接在三維建模軟件中根據(jù)三維模型轉(zhuǎn)換并繪制二維工程圖。因此，工程制圖課程理應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生使用三維建模軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模，以及三維向二維轉(zhuǎn)換、繪制出符合國(guó)標(biāo)的工程圖的能力，這是現(xiàn)代圖學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是數(shù)字化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造對(duì)工程制圖教學(xué)提出的要求。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于制圖教學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是一種以沉浸性、交互性和想象性為基本特征的，可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)[3]。

由于學(xué)生缺乏空間想象力，在校接觸零部件的機(jī)會(huì)不多，無(wú)專業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)他們?cè)跁净蛘n件中見到一些機(jī)構(gòu)和零件的二維視圖時(shí)，無(wú)法勾勒出物體的正確輪廓，感到學(xué)習(xí)枯燥沒吸引力。因此，在工程制圖教學(xué)中，首先要解決的是學(xué)生的感性認(rèn)知問題。對(duì)此，可以在工程制圖教學(xué)中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[4]。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)一些典型機(jī)構(gòu)進(jìn)行模型的創(chuàng)建，并采用虛擬仿真和動(dòng)態(tài)演示的方式，學(xué)生戴上特殊的眼鏡、頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，便可以進(jìn)入虛擬空間，清楚認(rèn)識(shí)機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其工作原理，更容易理解機(jī)械零件的二維設(shè)計(jì)圖，顯著提高學(xué)生的接受水平，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和主動(dòng)性，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

二、充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行制圖教學(xué)

（一）基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革

翻轉(zhuǎn)課堂要求教師將課程相關(guān)教學(xué)視頻或多媒體課件等文獻(xiàn)資料放置在網(wǎng)絡(luò)上，在上課之前，學(xué)生要自覺主動(dòng)觀看并學(xué)習(xí)教師提供的教學(xué)資料，整理反饋學(xué)習(xí)中遇到的問題。在課堂中，教師依據(jù)學(xué)生課前反饋的問題做出歸納總結(jié)，通過各種教學(xué)形式，例如小組討論、作業(yè)、個(gè)性化輔導(dǎo)等，完成知識(shí)的進(jìn)一步消化吸收。

在工程制圖的教學(xué)中，翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生為中心來組織教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的參與意識(shí)與學(xué)習(xí)興趣的方式和工程制圖課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)不謀而合，因此將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于工程制圖教學(xué)中是一項(xiàng)重要的教學(xué)改革舉措[5]。信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為教師制作教學(xué)視頻、多媒體課件等提供技術(shù)支持，同時(shí)為學(xué)生課前學(xué)習(xí)教學(xué)資料提供有利條件，學(xué)生課前學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的前提條件，課堂中學(xué)生的積極討論和教師的引導(dǎo)是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的核心環(huán)節(jié)。針對(duì)制圖課的具體內(nèi)容，教師合理安排章節(jié)實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂必定會(huì)提高學(xué)生實(shí)際閱讀和繪制工程圖的能力。對(duì)于制圖教學(xué)中的習(xí)題課和討論課更應(yīng)采用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，使教學(xué)事半功倍。

（二）線上線下混合式教學(xué)改革

網(wǎng)絡(luò)時(shí)代下學(xué)生接受新事物新知識(shí)的固化思維已發(fā)展到多元化、豐富化的認(rèn)知水平，傳統(tǒng)課程教學(xué)方式難以滿足學(xué)生日益增長(zhǎng)的對(duì)物質(zhì)文化追求的需要，在線課程可以解決傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)探索求知欲和創(chuàng)新主觀能動(dòng)性不強(qiáng)的問題。同時(shí)，在線課程可以解決傳統(tǒng)課堂課時(shí)受限，學(xué)生難以“身臨其境”，阻礙學(xué)生建立課程整體知識(shí)體系的教學(xué)難點(diǎn)問題。首先，工程制圖是從三維空間向二維工程圖轉(zhuǎn)變的過程，需要學(xué)生具有一定的空間邏輯思維能力，利用在線課程，將大量的二維工程圖和所對(duì)應(yīng)的三維模型關(guān)聯(lián)起來，展示給學(xué)生，利于學(xué)生空間想象力的培養(yǎng)。其次，工程制圖有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性，零部件的加工制造場(chǎng)景的構(gòu)建與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式之間的矛盾特別明顯，很多在課堂上無(wú)法展示的教學(xué)內(nèi)容，例如各種加工方法和加工典型零件的實(shí)例，都可以充分利用在線課堂平臺(tái)深入展開。

為此，可以構(gòu)建線上和線下混合式制圖教學(xué)，以線下（課堂）教學(xué)為主，線上教學(xué)為輔。課堂上仍要講授制圖規(guī)范、繪圖要領(lǐng)等知識(shí)點(diǎn)，并且增加討論和互動(dòng)環(huán)節(jié)。線上教學(xué)濃縮知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行習(xí)題詳解，以及播放一些零件加工工藝、零件工藝結(jié)構(gòu)、裝配體拆裝等視頻，針對(duì)學(xué)習(xí)難點(diǎn)，輔助學(xué)生學(xué)習(xí)工程制圖。具體改革思路如圖1所示。

三、基于項(xiàng)目任務(wù)的課程教學(xué)

對(duì)比外國(guó)工程制圖的教材，國(guó)內(nèi)教材各章節(jié)內(nèi)容雖詳盡，但國(guó)內(nèi)教材理論性、概念性的內(nèi)容偏多[6-7]，又多采用“教師講，學(xué)生聽”的“填鴨式”教學(xué)方式，學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握很難深入。學(xué)生即使聽“會(huì)”了，但面臨實(shí)際問題時(shí)，仍會(huì)出現(xiàn)束手無(wú)策的情況，而且與機(jī)械相關(guān)的課程安排在工程制圖課程之后進(jìn)行，使得工程制圖授課對(duì)象缺乏相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏相應(yīng)的知識(shí)儲(chǔ)備，繼而在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐時(shí)對(duì)所學(xué)的工程制圖內(nèi)容大多已遺忘，導(dǎo)致設(shè)計(jì)實(shí)踐效果不理想。針對(duì)這些問題，基于工程制圖的實(shí)用性，教學(xué)過程應(yīng)適當(dāng)增加將制圖知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的環(huán)節(jié)，以項(xiàng)目任務(wù)的形式進(jìn)行。

基于項(xiàng)目任務(wù)的工程制圖教學(xué)，圍繞具體的項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，師生共同參與完成[8]。學(xué)生按需學(xué)習(xí)，親身實(shí)踐，從被動(dòng)學(xué)習(xí)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)，這種學(xué)習(xí)方式能有效提高學(xué)生的自學(xué)能力，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造潛能，使得學(xué)生能更深入地掌握工科行業(yè)的“工程語(yǔ)言”，可以說基于項(xiàng)目任務(wù)的學(xué)習(xí)是一種“仿工作”模式的學(xué)習(xí)形式。對(duì)于一個(gè)具體項(xiàng)目的方方面面，教師不可能每一點(diǎn)都跟學(xué)生講解清楚，這就需要學(xué)生自主地學(xué)習(xí)，根據(jù)問題查閱相關(guān)資料，這一學(xué)習(xí)過程有利于提高學(xué)生今后解決問題的能力。學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)過程中遇到無(wú)法解決的問題時(shí)，教師進(jìn)行引導(dǎo)性指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的思維和方法去分析問題和解決問題。

四、結(jié)合制圖技能競(jìng)賽引領(lǐng)制圖教學(xué)

組織學(xué)生參加各級(jí)競(jìng)賽和全國(guó)CAD技能等級(jí)考試等，為學(xué)生搭建創(chuàng)新學(xué)習(xí)、交流和展示個(gè)人才能的平臺(tái)，以提升學(xué)生高技能創(chuàng)新水平。目前主要的工程制圖相關(guān)競(jìng)賽有：世界技能大賽CAD機(jī)械設(shè)計(jì)項(xiàng)目、“高教杯”全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽和各省市及學(xué)校組織的競(jìng)賽[9]。通過這些課外相關(guān)競(jìng)賽活動(dòng)，從思想上解決學(xué)生“為什么學(xué)習(xí)”工程制圖的問題，使學(xué)生重視學(xué)習(xí)并認(rèn)真掌握制圖基礎(chǔ)知識(shí)和技能，提高工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。

參加制圖相關(guān)的各種技能競(jìng)賽，將工程實(shí)踐知識(shí)與工程制圖有效銜接，提升分析問題和解決工程問題的理性思考能力及技能，可以促進(jìn)理論學(xué)習(xí)向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化，以便學(xué)生更順利地學(xué)習(xí)和理解工程制圖內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)和師生互動(dòng)的熱情及求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力。

五、結(jié)語(yǔ)

工程制圖是工科專業(yè)的基礎(chǔ)與核心課程，其教學(xué)效果的好壞關(guān)系到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，為此，各個(gè)高校的制圖教師一直都在努力探索適合學(xué)生特點(diǎn)、課程特點(diǎn)和時(shí)代特點(diǎn)的教學(xué)方法，從將計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入制圖教學(xué)，到基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)、結(jié)合制圖競(jìng)賽來引領(lǐng)教學(xué)。這些教學(xué)方法與改革都將提升學(xué)生閱讀和繪制工程制圖的能力，提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到良好的教學(xué)效果，有助于學(xué)生將課堂學(xué)習(xí)有效地運(yùn)用到實(shí)際工程問題中。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]