淺析國外工程圖學教學發展狀況及對我國機械制圖教學的一些啟示

高朋，胡云堂，卓越，胡孔剛，孫國棟

（1.九江學院機械與智能制造學院；2.九江學院圖書館；3.九江學院材料科學與工程學院，江西 九江 332005）

機械制圖是高等工科院校機械類和近機械類專業的一門必修專業基礎課，既有理論性又有很強的實踐性。國外高校機械制圖教學發展較早，距今已有200多年，機械制圖的理論與技術較成熟，將機械制圖理論、計算機繪圖和機械設計結合較好。此外，國外高校應用慕課等在線教學方法較早，并且結合了OBE、CDIO等先進的教學理論。隨著計算機技術及在線教學的快速發展，我國高校機械制圖教學也有了較大的進步，多數高校采用了線上線下混合式教學方法，并將OBE、CDIO等教學理論應用到機械制圖教學中。最近十幾年，我國機械制圖教學發展較快，取得了較好的成果。機械制圖課程實踐性要求較高，理論與實踐結合緊密。盡管國內一些高校在機械制圖的教學改革方面取得了一定的成績，但是仍存在實踐教學方面的欠缺，學生的學習興趣不高，沒有很好地將項目設計、機械產品設計融合到機械制圖教學體系里。本文根據國外機械制圖教學發展現狀，分析了國外發達國家機械制圖教學的狀況，指出我國今后機械制圖教學的發展方向，對我國機械制圖的教學改革起到一定的參考作用。

1 國外機械制圖的教學內容

美國的許多高校與企業聯系緊密，機械制圖的教育強調內容的實用性。對徒手繪圖能力、計算機繪圖能力和和機械產品設計能力等要求較高。在研究型大學的機械制圖教學中，大多包含項目設計的訓練內容，在項目設計中充分體現了研究性訓練。機械制圖的教學主要從三維設計開始，圍繞機械產品設計、制造加工的主題，從三維構形出發，向二維的視圖進行輻射，在設計和加工過程中強調多種表達方式的應用。重視三維構形并將其融入制圖的整個教學過程是美國圖學教育的精髓所在。與此同時，美國很多大學非常強調徒手繪圖能力的培養。經研究發現，在提高空間想象力和視覺方面，有時徒手繪圖的效果比計算機三維造型效果更好。

英國高校重視三維造型軟件與在線教學相結合，也強調徒手繪圖的能力培養。英國CBE采用了“自我培訓評估系統”的教學模式，在教學過程中，教師主要是知識的指導者、咨詢者。學生不再是被動地接受知識，而是主動地獲取自己需要的知識，重視學生對知識反饋能力的培養。

日本高校機械制圖的教育重視和企業相結合，注重課程內容與機械設計相融合。機械制圖課程教學內容與我國相近，刪減了圖解空間幾何問題的相關內容，更注重形象思維的訓練。

德國高校機械制圖的內容主要來自企業，學生有大量的接觸實際和動手操作的機會。德國“雙元制”教學的核心是“以校本培訓為調節，以企業培訓為主體”。在教學中根據企業的需求，“雙元制”教學把三維建模技術融入機械制圖教學中。充分利用三維軟件的特點建立零件的三維實體，然后將二維圖和三維實體緊密地聯系起來，可以顯著提高學生的空間想象力，也可以提高二維圖和三維實體相互轉化的能力。

澳大利亞高校以學生為主體，強調在線教學與實踐結合的重要性。類似機械制圖的課程內容包括工程制圖、計算機輔助繪圖、設計和制造三部分，這三部分內容不是獨立的，而是作為一個相互融合的整體進行教學。

2 國外機械制圖的教學方法及形式

美國高校的教學方法突出課程學習的實踐性，強調學生進行自主學習。教師在課堂上僅講解重點、難點內容，三維造型技術等主要內容要求學生自學完成。學生不僅通過上課和課下自學獲取機械制圖的知識，而且主要通過項目設計在實踐中學習，很好地將項目設計貫穿于學習中。通過在項目設計中的實踐學習，學生能夠熟練掌握三維造型技術、機械圖紙繪制、機械產品設計、加工、標注等內容，最后用學生設計的圖紙加工零件，這樣可以極大地調動學生學習的積極性。

日本高校機械制圖的教學非常注重培養學生的實際動手能力和對技能的掌握。日本采用的是第三角投影法，通常將機械制圖課程分為基礎機械制圖、CAD制圖和設計制圖三部分內容，并合理地安排在大學的不同學期內進行。機械制圖課程一般安排在第3學期開始，在機械入門課程和金工實習后進行。這樣做可以在學生對簡單的機械結構及加工方法初步掌握后，有利于后續專業課的學習。機械制圖的課程安排較合理，能夠保證學生在大學期間有不間斷的繪圖訓練，從而使繪圖及設計能力不斷提高，教學實效更好。

英國高校在機械制圖的教學中同時應用了第一角和第三角投影方法，并將兩種投影方法放在一起學習。使學生可以掌握第三角投影圖和第一角投影圖的繪圖方法，做到和國際接軌。在教學過程中，對工程上實用性較強的展開圖進行了較深入的講解，可以提高學生解決工程實踐問題的能力，同時滿足工程技術交流的需要。此外，在教學過程中靈活運用啟發式、討論式等手段，引導學生主動思考，培養學生的空間想象力和綜合分析技能。英國教育部對課程教學進行評估時，重視教師在授課時所采用的教學方法和手段，并制定了考核方法。

澳大利亞高校機械制圖課一般是在大一下學期開設的。采用的是第三角投影法，注重讓學生掌握解決實際工程問題的能力。在學習機械制圖課程前，先讓學生到車間體驗實踐中存在的問題，在具有一定的認知和實踐基礎后，再參加機械制圖課程的學習。在機械制圖課程的學習中，將產品設計融入教學中，通過分組設計三維產品模型，可以激勵組內各個成員的參與熱情。此外，注重學生自主學習能力的鍛煉，學生練習和老師授課的比例遠大于1:1，比如，臥龍崗大學的比例達到了6:1。通過大量的練習，理論聯系實踐，激發學生的學習興趣，培養學生的繪圖、設計和創新能力。

德國高校機械制圖的教學主要與企業的實際項目進行結合，采用的是第三角投影法，主要的教學方法有項目式教學、分組討論教學方法。這是德國雙元制高校普遍采用的教學方法。通過企業提供的項目進行教學，在課堂教學中把理論與實際項目設計有機地結合起來，有效地發掘學生的設計、創造潛能，提高解決實際問題的能力。

3 國外機械制圖的教學手段

在美國大學機械制圖教學中，教師針對不同的教學內容，常常使用不同的教學媒介，將計算機、白板、膠片投影儀、多媒體、黑板、實物模型等綜合起來應用。只有在講解重要的內容時，教師才采用PPT課件的形式進行講課。線上建立的課程網站有內容豐富的學習輔助資料，可以方便學生自學，有效地提高了學習效率。

在教學手段上，英國CBE教學模式綜合運用了演示法、練習法、討論法、模擬法等個性化教學方法，最大限度地調動學生的學習積極性。通過這些教學手段，使學生的工程實踐能力得到鍛煉，心理素質和綜合技術能力都得到了提高。

日本高校機械制圖任課教師通常由機械設計、金工實習、機械制造等專業課的教師擔任。由于這些老師具有豐富的專業知識和實踐經驗，對后續專業課程又很了解，因此，在教學過程中能恰當地將自己的科研成果等內容穿插在教學中。在教學中采用光學投影儀和黑板教學的方法較多，采用CAI課件的方法較少。教師講課以教材的內容為主，也會根據講授的內容，結合設計、加工、材料等相關知識，對教材進行補充。

4 國外機械制圖的成績評定

美國高校機械制圖課程的總評成績一般由出勤率、作業、測驗、項目設計和期末考試來綜合評定。課程的期末考試一般是參加三維軟件官方組織的助理工程師證書考試，要求學生在規定時間內獨立完成三維軟件官方網站的隨機題目，包括三維實體建模、產品的設計過程等。

英國BTEC教學模式以學生掌握的能力為主進行考核，通過課業設計的評價考核學生制圖知識運用、創新設計和實踐的能力。課業設計完成后，學生可以根據課業評分標準先自評，再由任課教師進行評價，教師在評價過程中指出學生評價不完善的地方，最終和學生達成共識后由教師給出評定的等級和所獲得的學分。

澳大利亞高校機械制圖的考核包括理論水平和實踐能力兩部分的考核。對理論的考核要求比較低，主要通過提交徒手繪圖作業、計算機三維產品設計模型來體現。對學生實踐能力的考核嚴格，成績不合格必須繼續學習，直到成績合格。

5 國外機械制圖的教材特色

美國的制圖教材內容豐富，結構嚴謹。圍繞機械產品設計講解工程圖紙的表達方式，主要內容有工程幾何、三維實體造型、徒手繪圖、正投影的三視圖、斜視圖、剖視圖、軸測圖、透視圖、零件圖、裝配圖、尺寸與公差、工程設計過程。教材不僅是讓讀者學會如何繪制圖紙，而且強調在機械產品的設計制造過程中起到的技術交流的作用。美國的制圖教材涉及工程圖學的各個分支和學科領域，強調與各學科領域的相互交叉融合，十分注重學科領域的前沿性，強調理論與實踐結合的重要性。

英國工程制圖教材以實用性為主，刪減了大量理論的內容，加強了工程實用性的內容。教材不僅刪除了畫法幾何的內容，平面立體、曲面立體、截交線、相貫線的內容也削減了許多。教材由簡單的幾何體開始介紹，再到復雜的組合體部分。不單獨講解點、線、面及簡單幾何體的投影規律及特性，而是將這些知識點融合到形體的投影中介紹。重視徒手繪圖的知識點講解，詳細地介紹了各種軸測圖的徒手畫法。對工程中常見的實用性較強的展開圖也進行了詳細的介紹。

日本的制圖教材重視應用性、廣泛性和時代性的統一。教材結構緊湊，理論知識的內容闡述較少，制圖理論與機械設計、加工的結合和關聯方面闡述較多，是教材的側重點。教材中的圖例簡單易懂，要求學生熟練掌握國標規定的表達方法。在教材各個章節末有一些練習題，一般沒有專門的習題集。日本機械制圖教材一直將“設計制圖”的思想貫穿于制圖的理論學習和技能訓練中，為日本制造業輸送了高質量的機械設計人才。

澳大利亞工程圖學教材一般包括工程制圖、計算機繪圖的內容，同時又融入了機械設計的內容。制圖的教材相對教學內容來說更詳細和全面。正規的制圖教材比較昂貴，但是學校可以提供給學生每次課程的講義材料，在課程網站上注冊的學生可以下載和學習。

6 對我國機械制圖教學的一些啟示

通過對國外工程圖學的發展狀況研究發現：國外先進高校的圖學教育多以產品設計為中心，以三維造型設計為教學核心，注重培養學生工程實踐能力。此外，圖學教育與工程實際項目和企業需求相結合，注重培養學生的設計思維、實際動手能力和表達能力。其教學內容、教學方法、教學手段、考核方法及教材建設對我國的機械制圖課程教學改革有一定的借鑒作用。

（1）重新整合機械制圖的教學內容。將機械制圖的理論知識和計算機繪圖融合到一起，研究三維建模軟件與二維設計軟件CAD、傳統制圖理論知識相結合的教學模式。恰當地將制圖三維設計軟件貫穿于整個機械制圖課程教學中，增加學生的空間想象力和理解能力。

（2）應用CDIO理論采用項目設計的教學方法。在機械制圖的教學大綱中適當引入基本的機械設計內容，通過校企合作引入實際的工程案例進行教學，將制圖的理論知識與工程設計思維相結合，使學生明確認識企業的實際要求，最終培養企業需求的工程設計人才。

（3）建立線上教學、線下教學和實踐教學相融合的新教學模式。充分利用我國目前線上教學取得的成績，利用線上優質的教學資源和高校的自建課程，合理地將慕課、超星學習通等線上教學和線下傳統制圖教學方法相結合，適當改變傳統機械制圖課程設計的內容，引導學生主動學習，提高教學效率。

（4）適當增加徒手繪圖的課時，減少尺規繪圖的課時。徒手繪圖在培養學生的圖形表達能力、空間想象力和構思能力方面，起到重要的作用。尤其是在機械產品設計初期，設計人員可以方便地表達設計意圖，也可以起到捕捉設計思路的作用。

（5）將機械制圖技能競賽融入課程教學中。在講解機械制圖理論知識時，在學校繪圖室舉辦徒手繪圖及尺規繪圖比賽。在講解二維、三維計算機軟件時，在計算機房舉辦二維、三維設計大賽。將全國大學生先進成圖技術及機械創新設計大賽的案例融入課程，通過介紹這些比賽作品，激發學生的學習興趣，并組織學生參加全國先進成圖及機械創新設計大賽。這樣可以開闊學生的視野，使學生不局限于課程內容，更好地學習和掌握制圖知識。

（6）編寫新形態機械制圖教材。教材建設應圍繞三維造型設計、機械產品設計講解工程圖的表達知識，適當刪減畫法幾何的內容，增加徒手繪圖的內容比例，將一些基本的機械設計知識加入教材中。此外，適當地將計算機繪圖的知識點融入教材里，采用項目教學法將三維產品設計貫穿于教材的章節中。將二維碼和AR技術應用到教材建設中，通過手機掃描觀看動態的立體圖或視頻講解，發揮新形態教材的作用。