應(yīng)用型本科《工程圖學(xué)》教學(xué)改革的研究與實踐

龔嬋媛

(江蘇科技大學(xué)張家港校區(qū)，江蘇張家港 215600)

應(yīng)用型本科教育是近年來快速發(fā)展的普通高等教育，其側(cè)重培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才，注重實踐教學(xué)，是目前很多地方高校都在積極探索的教育模式。這種教育模式順應(yīng)社會發(fā)展潮流，符號地方經(jīng)濟發(fā)展的需求。工程圖學(xué)是高等工科院校一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，理論性和實踐性均很強，尤其是機械類專業(yè)一些后續(xù)課程、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計以及將來工程設(shè)計的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)工程技術(shù)人員設(shè)計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的重要途徑。如何深化工程圖學(xué)教育理論，優(yōu)化工程圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法和手段，從而培養(yǎng)出符合社會需求的應(yīng)用型高級人才，是值得認真研究的課題。

一 工程圖學(xué)教學(xué)改革的現(xiàn)狀

多少年來，工程圖學(xué)教學(xué)改革從沒停止過，廣大圖學(xué)教師以極大的熱情對圖學(xué)教學(xué)改革進行了探索，提出了各自的改革思路和方法，取得了良好的成果。

隨著應(yīng)用型本科教育在我國的蓬勃發(fā)展，很多地方院校也積極探索培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的教學(xué)模式。圖學(xué)教師也緊跟時代步伐，紛紛從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教材建設(shè)、教學(xué)方法和手段等方面進行改革探索，各抒己見，形成了“百花齊放、百家爭鳴”的良好學(xué)術(shù)氛圍。縱觀各高校的教學(xué)改革，發(fā)現(xiàn)大家對絕大多數(shù)問題已形成一定的共識，對個別問題仍存在一些爭議。

1.加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

大家一致認為應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)途徑在于理論與實踐的緊密結(jié)合，需突破傳統(tǒng)的學(xué)科知識型人才培養(yǎng)模式，重視和加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，強調(diào)培養(yǎng)解決實際工程問題的能力。

美國加州大學(xué)圣迭哥分校工程圖學(xué)課程非常注重實踐教學(xué)，要求學(xué)生參加至少每周3學(xué)時的實踐活動，課程有專門的實驗場所和多媒體計算機房。實踐教學(xué)和課堂教學(xué)緊密結(jié)合，課堂教學(xué)內(nèi)容圍繞實踐教學(xué)項目逐步展開。［1］

深圳大學(xué)對“工程項目引入法實踐教學(xué)模式”進行了研究，從拓展個性化設(shè)計出發(fā)，來提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新設(shè)計的能力，同時通過建立基于團隊的工程項目小組，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

有的學(xué)者提出通過校企合作的方式來提高學(xué)生的實踐能力。有的提出要加強實踐教學(xué)改革，必須建設(shè)實踐環(huán)境，如建設(shè)開放式實驗室等。

2.引入三維CAD建模。

三維幾何模型是對設(shè)計表達的回歸，三維設(shè)計技術(shù)將逐漸成為設(shè)計表達的主要手段。因此，將三維建模引入到工程圖學(xué)課程是學(xué)科發(fā)展的必然趨勢，這已在圖學(xué)教育界形成了共識。但對于如何引入三維建模內(nèi)容卻存在著爭議。目前，主要有兩種主張:即融合式引入和分段式引入。前者將三維幾何建模的原理、方法和技能融合、滲透到工程圖學(xué)課程中，形成新的教學(xué)理論、內(nèi)容和過程;［2］而后者則是設(shè)置另外的必修課或選修課，與工程圖學(xué)一起構(gòu)成新課程體系。

3.改革考核模式。

考試方法是教學(xué)方法的重要組成部分，是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的一個指揮棒。考試方法改革能直接促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。廣大圖學(xué)教師也對考試方法改革進行了探索，且取得了卓有成效的效果。

浙江大學(xué)在考試方法改革上實現(xiàn)了一次創(chuàng)舉，將傳統(tǒng)考試方式與新考試模式在多種形態(tài)下進行有機整合，包括傳統(tǒng)的統(tǒng)一考試模式，基于平時成績的面試免筆試模式，結(jié)構(gòu)表達小設(shè)計和小論文的加分模式，“自主命題、自我測試、自我評價”三自模式等。該考試方法改革充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性，很新穎很特別。［3］

遼寧石油化工大學(xué)結(jié)合教學(xué)實踐論證自主命題免考試模式的可行性，同時探索了免考試模式考核評價機制，并提出了完善機械制圖自主研究型學(xué)習(xí)考試模式改革的建議和實施方法。［4］

有的高校將考試方法改為:筆試+機試+口試+作業(yè)成績=總成績，期末考試采用閉卷形式，考讀裝配圖、拆畫零件圖;期末口試采用開卷形式，考讀零件圖;計算機繪圖考試采用上機考試，作業(yè)成績由習(xí)題集作業(yè)和制圖大作業(yè)組成。

二 工程圖學(xué)教學(xué)改革的趨勢

工程圖學(xué)教育是工程教育的基礎(chǔ)，尤其在數(shù)字化設(shè)計與制造、土木工程、建筑工程等行業(yè)中具有重要的地位和作用。隨之社會對高層次應(yīng)用型人才的需求，以及CAD/CAE/CAM的廣泛應(yīng)用，圖學(xué)教育受到了沖擊和挑戰(zhàn)，各種教學(xué)方法、手段及考核方法的改革令人耳目一新。圖學(xué)課程的教改不會停止，但總體的發(fā)展趨勢是一致的，改革的目標(biāo)就是要培養(yǎng)服務(wù)地方經(jīng)濟需求，有較強動手實踐能力、創(chuàng)新能力的高級應(yīng)用型人才。

1.三維建模技術(shù)。

將三維建模引入圖學(xué)課程已是教學(xué)內(nèi)容改革的大趨勢，從圖學(xué)課程的教學(xué)實踐及三維設(shè)計技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，傳統(tǒng)的圖學(xué)內(nèi)容目前仍然存在繼續(xù)改革發(fā)展的需要，三維造型工具并不會短時間內(nèi)完全取代二維繪圖。因此，未來的教改方向不是引入三維建模內(nèi)容來完全取代二維，而是強調(diào)三維造型能力與二維繪圖能力并重。將三維造型技術(shù)與傳統(tǒng)的課程內(nèi)容相融合，構(gòu)成新的內(nèi)容體系。

2.實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，工程圖學(xué)課程將會與國際教學(xué)接軌，借鑒國外的實踐教學(xué)方法，即將每次的實踐課以項目設(shè)計的形式展開，學(xué)生圍繞項目任務(wù)書，進行合作分工，然后完成任務(wù)。這樣同時培養(yǎng)了學(xué)生的繪圖能力、創(chuàng)新能力和團隊合作能力。同時，在實踐教學(xué)過程中，徒手繪圖能力的培養(yǎng)將會受到越來越多的重視。因為徒手繪圖快捷、靈活、不受工具限制，對培養(yǎng)形象思維、空間思維和創(chuàng)造性思維很有益處。［5］

三 工程圖學(xué)教學(xué)改革的實踐探索

1.教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和調(diào)整 。

目前，圖學(xué)課程依然是沿襲傳統(tǒng)的教學(xué)模式，將圖學(xué)課程分為兩部分:畫法幾何和機械制圖，分別在兩學(xué)期完成。畫法幾何部分內(nèi)容仍占很大比重，截交線和相貫線還是作為重點講解。因此應(yīng)適當(dāng)精簡畫法幾何部分的內(nèi)容，弱化截交線和相貫線的求解難度。

雖然將計算機繪圖引入到課程中，但也僅僅是講解AutoCAD二維繪圖，對CAD三維建模很少涉及。而三維設(shè)計是現(xiàn)代設(shè)計生產(chǎn)模式的主流，因此當(dāng)前的教學(xué)遠遠不能滿足市場對人才的需求。在我們學(xué)生的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中已經(jīng)開始廣泛使用UG、Pro/E、Inventor等三維造型工具，通過三維實體建模來表達設(shè)計對象。因此，圖學(xué)課程教學(xué)應(yīng)引入三維建模的內(nèi)容。

以本人所在校區(qū)工程圖學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀為例，課程總學(xué)時為96學(xué)時，其中實踐課18學(xué)時，只占了不到20%，而應(yīng)用型本科教育著重培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，且在國外高校的圖學(xué)課程中，理論課學(xué)與實踐課學(xué)時之比都達到了1:1。因此，在課程的學(xué)時上應(yīng)作調(diào)整，增加實踐環(huán)節(jié)的課時量。只在量的方面保證實踐環(huán)節(jié)還不夠，還須改革實踐的內(nèi)容。目前，校區(qū)工程圖學(xué)實踐課依然是傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，就是安排學(xué)生完成規(guī)定的幾何作圖練習(xí)及單一零件的測繪和裝配圖大作業(yè)等。這種模式容易教條化，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力和團隊精神。因此，我們需重新探索更加合理完善的實踐教學(xué)模式，讓圖學(xué)教育與工程實際接軌，培養(yǎng)自主創(chuàng)新的高級應(yīng)用型人才。

經(jīng)過以上的分析和研究，我們對教學(xué)內(nèi)容進行了優(yōu)化重組，充分注重傳統(tǒng)內(nèi)容與現(xiàn)代圖學(xué)技術(shù)的融會貫通，各知識模塊理論與實踐相結(jié)合，以機械類課程為例，優(yōu)化后的《工程圖學(xué)》課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 《工程圖學(xué)》課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)

課程總學(xué)時96學(xué)時，主要面向機制、機電、熱動等專業(yè)開設(shè)，分為工程圖學(xué)1和工程圖學(xué)2兩部分，由兩學(xué)期完成。教學(xué)內(nèi)容由理論教學(xué)和實踐教學(xué)模塊構(gòu)成，其中理論教學(xué)學(xué)時為70學(xué)時，實踐環(huán)節(jié)學(xué)時提高至26學(xué)時。理論教學(xué)內(nèi)容主要包括制圖基本知識、投影基礎(chǔ)、機件的表達方法、工程圖樣、計算機繪圖等五個部分，其學(xué)時分配如表1所示。

表1 理論教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配

制圖基本知識部分介紹國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定和簡單幾何圖形的作圖方法;投影基礎(chǔ)部分介紹正投影法和軸測投影法，且大大降低了求解截交線和相貫線的難度，重點放在組合體的形體表達;機件的表達方法部分通過各種圖樣畫法來表達不同結(jié)構(gòu)形狀的工程形體;工程圖樣部分主要培養(yǎng)繪制和閱讀工程圖樣的能力;計算機繪圖部分介紹二維繪圖的基本命令和三維建模的基本思想。實踐教學(xué)方面，探索以創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)貫穿教學(xué)全過程的教學(xué)體系。目前開設(shè)的實驗如表2所示。

表2 實踐教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配

通過對機器零、部件的測繪，使學(xué)生掌握一般測繪程序和步驟，進一步掌握各類零件草圖和工作圖的繪制方法，掌握常用測量工具的測量方法，理解零、部件中的公差、配合、粗糙度的基本鑒別原則，了解零件常用材料及其加工方法，有效地將圖學(xué)課程、金工實習(xí)、工廠實習(xí)等環(huán)節(jié)接觸到的知識綜合應(yīng)用，從而提高學(xué)生的設(shè)計繪圖能力。

2.教學(xué)方法和手段的改革。

2.1 建設(shè)“工程圖學(xué)”網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺。

校區(qū)圖學(xué)教師師資比較匱乏，導(dǎo)致學(xué)生與教師面對面的交流機會很少，學(xué)生在課前預(yù)習(xí)和課后作業(yè)中遇到的疑難問題得不到及時的解決，挫敗了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和熱情。

其次，工程圖學(xué)課程中涉及到很多形體、零部件的圖樣表達，學(xué)生一開始很難建立空間形體的概念，因此需要借助教學(xué)模型幫助學(xué)生想象。我們圖學(xué)組也早已認識到這一問題，且已著手用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建大量教材中和習(xí)題集中的三維模型，試圖建立一個虛擬模型庫，可以發(fā)布到校園網(wǎng)絡(luò)上，便于學(xué)生課后預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

由于圖學(xué)教師少，制圖作業(yè)量大，所以往往不能保證每份作業(yè)都批改，沒被批改的學(xué)生要求知道作業(yè)答案的一些反饋。我們建立了習(xí)題解答系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，能提供習(xí)題的詳細答案和具體解答過程。

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺提供了一種有效的手段，可以引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。正值校區(qū)啟動了數(shù)字大學(xué)堂，給我們一個創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)課程的很好的平臺。我們建立了課程網(wǎng)站，教學(xué)資源非常豐富，如:教學(xué)大綱、授課計劃、CAI課件、教案、虛擬模型庫、習(xí)題解答等。圖2— 圖4分別為《工程圖學(xué)》網(wǎng)絡(luò)課程的界面。

圖2 《工程圖學(xué)》虛擬模型庫

圖3 《工程圖學(xué)》習(xí)題解答

2.2 改革考核方法和成績評定模式。

近幾年校區(qū)的《工程圖學(xué)》課程的考試方法，仍沿襲著一張考卷定成績的模式，即采用閉卷考試，題型也很單一，比如下學(xué)期的課程，只考零件圖和裝配圖的讀圖。該方法不能檢驗學(xué)生的創(chuàng)新能力、計算機繪圖技能和實踐能力，無法全面地考核學(xué)生所學(xué)的知識和能力，不利于綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，我們研究出一套科學(xué)合理的考核和成績評定方案，該方案經(jīng)過實踐證明，能夠很好地鼓勵先進、鞭策后進，公平合理。

該課程的最后總成績主要由平時作業(yè)、實驗、競賽、測驗四部分組成。測驗依然采用傳統(tǒng)考卷的模式進行，卷面總成績?yōu)?00分，從而得出基本分數(shù)。平時作業(yè)、競賽、實驗這三部分分別以A、B、C、D的等級形式給出，累積A1次加1分，累積D1次減1分。最后直接與基本分數(shù)相加，即得出總成績。

比如，學(xué)生甲卷面分數(shù)為80分，平時作業(yè)得A10次，實驗得A2次，競賽得A1次，該學(xué)生的總成績=80+10*1+2*1+1=93。

學(xué)生乙卷面分數(shù)為75分，平時作業(yè)得D4次，實驗得D2次，該學(xué)生的總成績=75－4－2=69。

四 結(jié)束語

圖4 《工程圖學(xué)》課件與教案

本文分析了國內(nèi)外《工程圖學(xué)》教學(xué)改革的現(xiàn)狀和趨勢，研究了應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式的特點。在此基礎(chǔ)上，對校區(qū)《工程圖學(xué)》的教學(xué)改革進行了大膽的探索實踐，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、考核方法和成績評定等方面做了改革，并取得了滿意的成果。希望這些改革成果能具有一定的借鑒作用，對工程圖學(xué)課程的進一步改革起到促進作用。

［1］毛文武.美國加州大學(xué)圣迭哥分校工程圖學(xué)課程教學(xué)研究［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2007(5):172－177.

［2］童秉樞，田凌，馮娟.10年來我國工程圖學(xué)教學(xué)改革中的問題、認識與成果［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2007(4):1－5.

［3］陸國棟，施岳定，費少梅.工程圖學(xué)考試方法改革［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2004(3):111－115.

［4］唐曉初，李靜，趙恒華，等.機械制圖考試模式的改革探索與實踐［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2009(1):130－135.

［5］付云松.談制圖課中徒手繪圖訓(xùn)練重視創(chuàng)新能力培養(yǎng)［J］.云南建筑，2005(6):61－62.