基于立體教學法的“機械制圖”課程創新教學實踐

任 潔，郭志明，李景丹，王 娜

（1.太原工業學院機械工程系，山西 太原 030008；2.太原科技大學機械工程學院，山西 太原 030024）

0 引言

“機械制圖”是高校機械類專業核心基礎課程，在在機械專業本科大一第一學期開課。大學一年級的學生往往還處在高中和大學的過渡階段，對自己的專業認知不夠，對課程的學習缺乏主動性。“機械制圖”課程的兩大核心任務是繪圖和識圖，兩者都涉及了二維工程圖紙和三維空間模型的轉換，要求學生有一定的空間構型能力和想象能力[1，2]。剛入學不久的大學一年級學生沒有這方面的訓練經歷，空間構型能力薄弱，會有部分學生慢慢跟不上進度而失去興趣。

“機械制圖”作為機械專業的專業基礎課，是很多專業課的先修課程，知識技能掌握程度直接影響到專業課程學習和畢業論文，具有很強的理論性與實用性。本文探索在“卓越工程師教育培養計劃”與“新工科”建設大背景下，對“機械制圖”課程進行“立體教學法”創新改革，為高校機械類專業課程教學提供參考。

1 教學理念和目標

1.1 教學理念

本課程的教學理念是希望激發學生內在的學習動機，是點燃一把火[3]，使學生從“要我學”轉變為“我要學”，進而達到“我能學”“我一定行”。在此基礎上，充分發揮學生的主體性，讓學生去操作、去實踐、去思考、去自己尋求答案。并通過相互合作、交流，掌握學習的能力，達到“教學生學”。建立一種教師圍繞學生的師生共融的教學關系，充分體現以學生為中心，關注學生的進步和發展，關注教學效益；突出能力和素養的培養；融入思政教育；注重教學反思與改進[4]。

1.2 課程目標

課程教育目標主要分為知識目標、能力目標和素質目標。知識目標主要包括國家標準與投影法、畫法幾何部分、零件圖裝配圖的繪圖與識圖。能力部分主要包括貫徹執行國家標準的能力，具備徒手繪圖的能力，熟練掌握尺規繪圖的能力，具有一定的空間構型能力，具備基本的實踐動手能力。素質目標主要包括培養學生一絲不茍精益求精的工匠精神，培養學生遵守規則和法治的意思，培養學生團隊協作意識。

2 教學內容

2.1 知識重構貫穿教學

對教材的章節進行了內容的解構重建，形成了符合我校學生實際情況的學習體系，如圖1所示。

圖1 課程知識重構

2.2 生活實例融入教學

教學內容重新梳理。從基本體章節開始，課程的所有知識都是來源于實際并服務于實際，因此有大量的生活實例可以列舉。圖紙作為工程師的“語言”，在機械行業應用頻繁，因此收集了很多不同行業不同類型的不具有保密協定的圖紙，供學生觀摩學習。使理論知識和實際應用緊密聯系。如在講解投影法時，列舉影子游戲、日晷等；在講解相貫體時，列舉榫卯結構；在講解組合體時，列舉慧魚積木與相關比賽等等。

通過生活實例與企業圖紙，讓學生認識到現在所學的課程與知識點是有落腳點，有實際應用價值的，進而主動學習。

2.3 實踐創新擴展教學

創新性的在“機械制圖”理論課中加入了實踐創新部分，并錄制了相應的微課。根據每章的知識點設計實踐項目，讓學生從設計出圖到加工制造裝配，完成簡單的模型類項目制作，鞏固學生圖學知識，提高學生設計思維，挑戰學生動手能力[5,6]。具體項目涉及作品簡單說明如表1所示，有效解決了之前的問題。

表1 機械制圖實踐創新項目

2.4 科研成果助力教學

教育家錢偉長曾說：“教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育”。科研是教學的“源頭活水”，如果沒有科研做支撐，大學課堂教學就會失去“靈魂”。因此在相關的知識點中，通過簡單的介紹高水平文章，并給出一些最新科研成果，供學生課外閱讀。比如在講解相貫線時，給學生介紹了相貫線切割機，并給出了相關文獻。不僅可以充實課程知識體系，樹立學生科研精神，還可以培養學生創新精神，提高解決實際問題能力。

如通過解釋“波士頓機械狗”圖紙、蛟龍號無紙化生產等，把最新科技成果帶入教學，調動學生學習主動性。

2.5 課程思政浸潤教學

根據課程知識點與例題，總結出適宜的課程思政，并根據每年的時事政治、科研成果等進行更新。塑造三個層面的價值引領：政治認同和國家意識，品德修養和人格養成，科學精神和專業倫理[7]。以“相貫體的投影”這一節為例，可以產生課程思政的知識點總結如圖2所示，老師可以根據課堂時間與實際學生學習情況進行選擇性的浸潤式講解。

圖2 相貫線投影的課程思政

3 教學方法

“立體教學法”教學主要分為理論教學、實踐教學與項目競賽。其中，理論教學又分為課前、課中與課后三個方面，課中教學采取自由學習式、談話式、實踐式、研討式、講授式、操作式進行教學。思政元素作為骨干內容，穿插在教學全教程。

經過多年的一線教學實踐，將“立體教學法”總結出點線面體相結合、自學教學相結合、課內課外相結合的教學方法。

“點線面體”相結合教學方法中的點是指知識點，指舊知識點要和新的知識點之間具有邏輯性，而新的知識點又要對以后的內容作鋪墊，這樣知識點和知識點之間就連接起來形成了線。同一門課程前后的知識點連線，相互交錯，形成了這門課程的知識面。這個面的上方連接著課程思政，它是課程教育的方向和指引。這個面的下方連接著實際應用，這是課程的落腳點和基礎。課程思政與實際應用穿插在我們這門課程的各個不同知識點中，與知識點連成一條條的線。這些線與課程的知識面，構成了整個課程體系的立體結構，詳如圖3所示。

圖3 “點線面體”相結合教學方法

自學教學相結合教學方法是在提倡預習與復習同等重要情下，每節新課開始之前，教師都會要求學生自學。自學渠道主要是自己錄制的微課，以及網絡上的重點課程資源。鼓勵學生多學習其他高校課程。

課內課外相結合教學方法的課內體現在，以小組為單位進行活動，比如一組設計組合體由另一組學生完成三視圖。這樣一方面鍛煉了學生協作能力，一方面使作業更加靈活。課外的工作主要體現在制圖教師的長期跟隨指導。在大一的機械制圖測繪實訓中，指導學生測繪制圖，在大二的綜合能力實訓項目中，指導學生建模設計加工組裝，大三的“機械設計”等課程設計中負責圖紙圖面的審核，大四的畢設中為學生圖紙進行修改等。成圖大賽、機械創新設計大賽、工程能力競賽等多項比賽都對圖紙有要求，我們團隊還負責了所有賽項中圖紙的審核任務。

制圖教師除了在課內的授課，大學四年都在不間斷的進行課程輸出，使學生的課內知識反復訓練，減少“考完就忘”現象的發生。

4 教學評價

4.1 短期評價

上課期間的評價方式采用全員、全過程、全方面的多元化學習成效評價體系。評價方式分成教師評價、生生互評、小組互評等。評價內容包含知識、作品、動手、協作等多方位。評價指標包含國家標準的執行、項目的廣度深度、實物的可行性等。評價范圍包含平時作業、線上試題、實踐項目、單元檢測、模擬自測、和期末考試。最終形成百分制的成績。

4.2 長期互評

“十年樹木百年樹人”教育是一個見效慢的長期過程。因此我們對畢業后的學生設計了調查問卷，并堅持長期跟蹤與調查，在他們步入工作崗位一段時候后反饋回對課程和知識的評價。不僅有利于我們課程的改革，也使我們了解到現在機械行業的方向與需求。

5 信息技術融合

5.1 虛擬仿真系統

基本體這章開始出現三維立體。學生需要具備三維立體和二維工程圖的轉換能力。因此從本章開始，建立了基本體截切相貫虛擬仿真軟件，如圖4所示。幫助學生從一開始就逐步建立空間構思能力，部分解決空間構型薄的問題。本軟件是作者2020年省級教改研究成果，具有自主知識產權。

圖4 虛擬仿真軟件

5.2 三維展示平臺

為了方便學生觀察立體內部形態，鍛煉空間構型能力，建立了多個二維碼模型，如圖5所示。學生通過手機掃描二維碼，可以在手機中看到三維立體模型的展示平臺。對掃描后的三維模型，可以進行查看邊界線、剖切觀察內部、放大縮小、旋轉等操作。真正做到信息技術助力課堂教學。這一方法，有助于學生思維在三維模型和二維工程圖之間進行轉換，幫助他們建立良好的空間思維能力。解決課程中空間構型薄的的問題。同時為了展示方便，也建立了部分AR模型，用做與二維碼模型相互補充使用。

圖5 三通管二維碼模型

5.3 測繪實訓軟件

針對測繪實訓室占地小，學生使用時間緊張，制作了測繪實訓軟件，如圖6所示。學生可以通過軟件學習測繪儀器的使用、測繪裝配體的組成、草圖繪制規范、零件圖裝配圖的出圖要求等。軟件是作者2019年校級教改研究成果。

圖6 測繪實訓軟件

5.4 智能組卷系統

自主研發的機械制圖智能組卷系統，集合了老師們多年收集的各類型題目。通過系統的錄入與智能化的導出，實現了試卷的自主選題與排版，方便教師的教學。

5.5 網頁、微課與公眾號建設

運營微信公眾號“二維工程圖與三維建模”，不定時發布機械相關行業知識與制圖技能。并把本課程微課發布在微信公眾號，方便學生反復觀看。

5.6 學銀在線

課程已經在學銀在線上線，經過幾輪的實踐，教師學生反應良好。課堂中充分運用學銀在線完成抽查點名、隨堂練習、主題討論、小組互評等環節，使得課堂教學過程更加規范，并及時保存了過程資料，為之后的評價提供依據。

6 結語

對畢業學生進行調查問卷，回收的200多份調查問卷顯示，學生對制圖課程的認可度較高。主要表現在：實用性強；知識點記憶深刻；知識結構邏輯清晰；學生對教師滿意度高達90.68%，對課程滿意度達

89.66%。

在校學生成果主要表現在學科賽。近年來，作者指導學生獲得省“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽二等獎1次；指導學生獲得全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽國賽團體二等獎3次，個人一等獎2次，個人二等獎4次，個人三等獎10次；指導學生獲得機械創新設計大賽全國一等獎1項，省級一等獎5項。

作者2016年獲得省本科院校中青年教師教學競賽二等獎，榮立省個人一等功。2017年榮獲省教學成果獎（高等教育）一等獎。2019年榮獲教科文衛體系統五一勞動獎章。2021年獲得全國首屆高校教師教學創新大賽二等獎。成功申報省級教改項目1項，先后發表教改論文3篇，申報教學用具專利一項。

“立體教學法”在經過多輪的實踐后，學生與團隊教師反映良好，已推廣至“工程制圖”“計算機繪圖”等課程。覆蓋我校所有工科專業學生，每年受眾包括46個班級，近2000名學生。作者受邀在校內校外分享和推廣教學創新模式5次，帶動了青年教師的教學熱情。