工程圖學ＣＤＩＯ立體動態教學平臺的探索

[摘要]分析了工程圖學構建CDIO立體動態教學平臺的優勢，充分利用圖學課程天時、地利人合的客觀條件，提出實施延長實踐教學環節具體方法和內容，加重務實實踐教學層面，踐行工程圖學CDIO立體動態教學模式。實驗證明，該教學模式對于啟發與培養大學生實際動手能力和創造性都是十分有效的，并將為后續專業課程的學習、畢業設計，甚至為以后的工程與科研工作奠定良好的基礎。

[關鍵詞] 工程圖學，CDIO，立體動態教學，動手能力。

[中圖分類號] THl26

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1005-4634(2008)06-0539-03

近年來國際工程教育改革的最新成果——CDIO工程教育模式，代表構思、設計、實現、運作、以產品從研發到運行的生命周期為載體讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式來學習的教育教學理念，其特點是：所有需要學習和掌握的內容都圍繞項目設計這個核心，并與這個核心融合在一起，形成一個整體。國內工程圖學課程對于CDIO教學模式的研究還在進行中，尚無清晰的研究成果，思考和研發燕山大學圖學課程CDIO教學模式改革的前行方向，尋找夯實實踐教學環節，踐行工程圖學CDIO立體動態教學模式的切入點，將是筆者迫切追隨探索的目標。

1 目前圖學教學的現狀分析

燕山大學制圖教學課程改革一直在漸進踐行中不斷完善，取得了可喜成績，現在面對CDIO教學模式不得不重新審視和剖析。該課教學重點長期還是放在制圖技能表達的方法上，忽視對學生創新思維過程中能力的培養。教學方式過于著重講義與傳授；教學形式上“講三練二考一”重理輕實的平面教育模式，與相關專業課脫離；教學結果過于看重考試成績，缺少結合形象思維、構思表達和創造設計這種綜合能力啟萌與誘訓積淀的過程和起碼的有效訓練和測評。實踐教學內容的單一使傳統知識與實踐應用間鏈接載體匱乏無力，缺少可操作的可視度，自然就缺少那種知識交迭中碰撞出創新靈感火花的導火線。這些缺少和忽視，阻礙了實踐教學內容和超前進入專業課程搭接綜合訓練的注入，使得項目綜合設計能力降低。這種平面教學現象，成為學生多層面發展的瓶頸，限制了高技能高素質人才的鑄就。

2 CDIO工程圖學立體動態教學的新想象

思索著無數成功創新發明實例，體會到有知識無創新思想，等于無知識，但無知識有想法，卻可以依想而學，依創而做，終達成功。教育需要在培養學生善于思想、精學識能、敢于突破、大膽創新、早出成果上加大籌碼和推行切實可行的方法。汕頭大學前行者CDIO教學模式明明白白的揭示出這種目標實現的科學性、適用性及廣泛性。剛進大學校門的大一學生，通常好奇、求知欲望強烈，應順勢引導、啟迪與誘發大學生動手和創造能力及總結、概括、升華與正確描述設計科研成果的能力。從圖學多年傳承的平面靜態的教學模式中整合、完善，創新為立體動態式實踐教學模式，培養和塑造學生多層次、多思維、多創新及溝通協調能力，與國際化教學模式接軌。并且達到培養寬口徑、厚基礎、強能力的復合型人才的目標。

其全課程總設計基調集中定格在CDIO實踐教學模式上，主要在機械制圖課程組合體、圖樣表達方法、零件圖和裝配圖等實踐性強的章節中來得以探索性實施。考慮到當前學時的縮減，將相關的增加內容適時的穿插在作業和測繪實踐課中，賦予豐富多彩的氣息。達到課容量高的效果。

3 立體動態CDIO教育模式的形成

3.1 精選多解構圖，實踐Y軸增長的力度

構建工程圖學CDIO立體動態教學平臺，完善延長教學實踐環節Y軸，達到創新精神、創新意識、創新思維、創新才能和創新習慣能夠切實引入教學每一環節中，形成工程圖學中立體動態CDIO教育模式。

目前，實踐教學環節的薄弱和單一性，客觀形成XZ平面教學形式，代表實踐性的Y軸短而無量，形不成氣勢，實踐創新基礎不足，所以首先在傳統的工程圖學習題集中進行了大刀闊斧的改進，刪除重復拖沓的個題，補充和設計了一題多解構圖和簡單結構創意設計習題集訓練，豐富實踐教學內容，將組合體、零件測繪及裝配圖中的大圖抄繪的作業引入新鮮血液和討論題，考評的形式多樣化，以圖形基礎理論和典型科研實例為依托，以工程繪圖為載體，對科研實例的模型進行結構分析和研討，在實踐中互動，在討論中爭辯，摩擦出新的創意火花。達到新舊知識優化、多視角和創新思維綜合訓練的目標，在組合體和零件及裝配圖這三個章節中尤其突出。

3.2 以典型科研項目為載體，穿針引線厚實踐

盡管筆者加入了鮮活的多解習題和構形想象習作，但還是感覺實踐強度不到位，缺少一個承上啟下的栽體。比如，大作業實踐練習中抄繪大圖的僵硬枯燥狀態依然如故，架構與專業課的良好鏈接依然空白，挖啟學生創新潛能，延長實踐教學Y軸的執行上還是有著讓人窒息的凝固。研討破解的鑰匙是以學生現有知識結構，將校內教師典型創新科研項目進行篩選歸類、解剖和綜合分析及簡化制作出示意模型，抽絲撥繭細化創新思路，編繪創新成果，配有相應注解等方式，恰如其分的引入圖學教學實踐中，使學生達到理解、消化、吸收的目的，并理解科研創新的思路和過程，達到激發學生實踐創新的愿望。基于這一理念，設計了以科研項目創新設計為導向，能力培養為目標的CDIO培養模式，通過項目創新設計心路的描述和分析討論，將圖學課程與機械專業課程體系有機的、系統的結合起來。實現圖學基礎課和專業課之間的近距離接觸，提前步進到撲捉科技信息階段，找到啟迪大學生創新思維的支承點，為學生實踐動手性、創新主動性、工作前瞻性作好外圍的準備工作。特點在于把所有需要學習和掌握的內容都圍繞創新的理解、啟發和實踐這個核心，使圖學知識形成一個整體。

創新聯想題例的設計著眼點圍定在成功科研項目機械設備中，篩選出有個性的又簡化易懂的裝置，進行各部件創作思想的推理和猜測、機構構思和新想法，通過課題討論提煉，書寫條理清晰的方案分析、創作文擋。充分利用現代化教學手段，制做示意木模運動圖，設計計算機輔助和模型教學，集形、色、聲于一體。形成課堂講授、多媒體輔助、實模展示。學生以圖線、圖框、圖像、符號和木模形體等信息為思維材料，借助聯想再現意像，通過想象再創新形象，無論是非功能性的幾何構形還是功能性的結構構型的過程，都離不開靈活、開放、多項的發散性聯想，更離不開以創造目標為中心和出發點的再生、組合、改造的隨意性想像。

3.3 效果

具體操作對于特殊科研創新事例可在章節總結課中結合簡模介紹、錄象、圖片等媒體功能展現給學生，將個性的圖示和圖解方法以討論題目形式提出，引導學生發散思維和想象力。這樣以圖形基礎理論和工程繪圖為依托，典型科研實例為載體，對科研實例的模型進行結構分析和研討，在實踐中互動，在討論中爭辯，在推理中想象，在思想上碰撞靈感的創意火花。即學生在設備簡模的對視分析和老師恰倒好處的導語中，感受創新者的心路旅程，萌動出極大的創作欲望和興趣。

這種在畫大圖前，策劃裝置簡模和編設的討論題，然后學生交出總結報告，再進行該裝置中某零件的測繪和某裝置的畫圖方法，使學生在激動興奮中高效率的完成任務，達到的效果如下：①繪圖實練；②創新思想啟迪和應用方法；③與專業課拉近距離；④討論提高中感受團隊的智慧力量；⑤善于抓綱提領行文歸納。

4 實例操作應用

比如以封頭無胎冷旋壓機科研實例進行剖析，在繪制零件圖前，通過簡易木模型直觀的向學生介紹如何通過無切削技旋術實現封頭壓工作原理，封頭成形需要的基本運動形式：壓、頂、旋、撐、轉、移等動作實現的由來及如何跳出常規思路創新出新型先進結構。配合多種記憶深刻的聲、形、動、色彩等現代化教學手段，引發學生的創作熱情和積極主動實踐。這一過程需要老師適當導引，啟發學生個性運動結構的理解想象改進的描述，以學習小組形式完成，代表發言討論，老師評定。以團組給出判分，考察團隊合作能力，將分數加到繪圖總分中。克服大作業圖采分點僅查學生畫圖基本功而忽視創新意識評價的問題。在小組代表發言討論過程中，老師要抓住學生的閃光點，借題發揮，一串串的亮出創新思路所產生的嶄新結構的變化，在新舊運動方式上的變化所帶來的先進技術展現上，讓學生感悟創新的心理路程的喜悅和自身價值的再現，明白怎么才能夠順利的完成創作。同時更深刻理解到現在所學知識和如何應用的重要。在這些準備工作就續后，將該設備分成若干個小裝置，然后以組為單位繪制裝配圖，并且補加繪制報告，包括裝配圖的工作原理，每個件的作用，新舊結構比較和創新感想的描述，你的更好建議和團對合作體會等。綜合作為裝配圖繪制采分點。

這樣不僅在于將點、線、面、體幾何圖學知識賦予鮮活的創作靈感，成為教師，學生與線、面知識點的三互動，以點帶體，以線帶機器，以面穿透拓寬專業層，營造愉悅的學習環境，潛移默化地撒下“創新”的種子。做到不把全部的精力和重點放在學習具體的傳統知識上，而是放在提高自學能力和獨立思考解決問題的能力上和使學生掌握和懂得怎樣解決問題比積累事實更為重要上，不斷開發出學生潛在的創新智慧。同時，對于在課堂教學上這種部分實施探究式和實踐教學方法，先將采取四個試驗班來進行，其中兩個班采用立體動態教學方法，另兩班按原來平面式教學法，進行效果比較，不斷的調節改進和完善，尋找定量的測評參數，可信度的進一步強化。便于在一定經驗的基礎上，逐步地擴展到8個班，進行兩輪試驗，再總結積累改進后推廣到整個圖學教學體系中。以保證工程圖學踐行CDIO教學模式的順利進行。

在重實踐性和探索性教學理念下，以科研設計創新項目為載體及掌握基礎知識背景下科學的引入多解發散型討論式題，利于知識的融會貫通和促進能力培養，延展Y軸實踐教學的長度和寬度，部分形成討論式的課堂教學，調動學習的主觀積極性，啟迪創新意識，在學時緊，教學容量大的矛盾中解決的思路是考慮到與后續課程的重復所至，則僅將零件圖技術要求改為介紹來贏出的時間和實踐課內容合理的調配，在不增加學時的前提下來完成這些內容，收到預期的效果和質量，從而形成工程圖學課程立體、動態式科學教學平臺，適應CDIO國際教學改革模式的要求，拋開重理論輕實踐的觀念，培養學生的創新意識、團隊協作精神和理論與實際相結合的學習作風。實踐動手能力和實踐動腦綜合能力及學習熱情得到空前提高。這對于啟迪與誘發大學生動手和創造能力和縮短爾后取得科研成果的時間來講是可行、可操作的一種較佳方法。也將為后續專業課程的學習、畢業設計和以后的工程設計科研工作奠定良好的基礎。