中美工程制圖及CAD 系列課程及教育比較 ——以中國農業大學和OSU 為例

張彥娥， Chulho Yang， 李 麗

（1. 中國農業大學信息電氣工程學院工程制圖與CAD 研究室，北京 100083； 2. Department of Mechanical Engineering, Oklahoma State University, Stillwater, 74078 USA）

中國教育改革30 年，但高等教育仍然存在著很多問題，工科教育嚴重脫離現行技術發展的現象仍顯嚴重，應用研究人才的教育與西方同類院校距離很大。近些年社會各方均提出了培養創 新人才的問題。正確的改革方向是改革的重要內容，客觀比較和深入分析國內外的高等教育模式是探討正確方向的重要前提。美國的工科教育因其帶動美國的高速發展，受到世界性推崇[1-4]。研究中美教學差別，比較教學方法對于國內同類課程的適應性，為實際調整教學計劃做更加具體，深入的研究在當前教育改革中具有很重要的意義。

中美高校的工程專業均有工程制圖與CAD系列課程的相應設置，該課程是公認的工科技術基礎課。中美教育模式不同，加之文化背景、現實社會條件和社會教育觀念都存在很大差別，課程組織和實施存在差異。通過不同文化條件下各種教學模式的比較，確定正確的調整方向是課程改革實施中比較重要的研究工作。

本文作者在中國農業大學(CAU)具有20 多年的教學經驗，在美國俄克拉荷馬州立大學(Oklahoma State University, OSU)作了10 個月的訪問學者，期間旁聽并參加助教了相應課程，對教學過程、組織、內容、方法進行了比較分析。分別在中國農業大學和OSU 做了學生問卷，對學生對課程興趣等方面問題進行了調查。

2 課程設置和內容比較

本文所選取的兩個學校，均是以農業工程為主體，間或發展其他工科專業的綜合院校。農業工程是兩個學校共同的主要工科專業。但國內的農業工程專業劃歸在機械學科大類，而美國，農業工程專業是從農業學科中剝離出來的專業分支。由于教學管理和專業沿襲存在很大差異，工程制圖與CAD 課程設置在農業工程專業差別較大，不宜類比。因此，選擇了相同的機械專業的工程制圖與CAD 課程進行比較。

系列課程涵蓋的主要理論知識及其應用的結構關系，如圖1 所示。兩校該課程的基本內容基本相同。

圖1 系列課程涵蓋的主要知識結構

中國農業大學的相應課程采用模塊化模式，分為投影理論、工程圖樣和繪圖實踐3 部分。如圖2 所示。

其中，“畫法幾何與技術制圖基礎”為理論模塊，48 講課學時。講解投影理論，以及國家標準關于工程圖樣表達規則為主。學生作業以手工繪圖小作業為主。每節課后有4-8 個題目。“機械制圖與CAD 基礎”為應用模塊，30 講課學時和18 實驗學時。介紹工程圖樣和相關工藝結構，包括CAD 軟件的使用及簡單結構設計概念。包括零件圖和裝配圖。計算機設計軟件以AutoCAD為主。學生作業手工制圖和計算機繪圖并重。2-3個零件和4 個裝配體的典型練習。“測繪基礎與制圖實踐”為綜合模塊，兩周。以實驗和小組討論教學模式為主。對裝配體進行結構測量和簡單結構設計。各個模塊強調知識的邏輯性和獨立性。

OSU 課程采用層次化模式，分為技術制圖和機械CAD 基礎兩個層次。如圖3 所示。

其中，“工程制圖”為基礎部分，48 講課和實驗學時，講課實驗時間各占一半。介紹投影基礎概念和方法，美國國家標準。應用AutoCAD軟件和草圖完成簡單圖樣繪制。每周1-2 個習題。“工業CAD”為應用部分，48 講課和實驗學時，講課實驗時間各占一半。介紹工程詳圖中所用的表達方法，用SolidWorks 進行三維結構設計。重點在于應用基礎課程涉及的技術制圖內容，表達具有一定工程含義的結構裝配關系，并同時實踐三維參數化設計。每周1-2 個習題，一個課程大作業。

圖2 中國農業大學的課程內容體系

圖3 OSU 的課程內容體系

從上述課程開設和內容可以看出，從知識點上中美學校的不存在質的差異。而是從內容的安排次序上存在比較大的差異。作業安排上，體現對課程的目標要求略有不同。如表1 所示，列出了兩校內容安排的統計數據。

表1 中美相應系列課程中的課后練習安排

表1 數據表明，CAU 的該課程中作業量明顯高于OSU 的同樣課程。

但從具體作業內容上分析，CAU 的作業主要體現重復訓練課程重點和難點，重點在投影理論部分；而OSU 的作業只起到點明課程要點的作用，且要點設定在滿足工程應用上。這種作業特點具有一定普遍性，體現了兩國高等教育的教育宗旨不同和高等教育中對“學生是教育主體”認識上的差異。CAU 和OSU 的同類課程中均安排了項目設計的綜合練習，難度和作業量上，OSU 略高于CAU；題目的選擇范圍，OSU 大大廣于CAU。項目作業是中美高等教育中的重要不同點，是文化差異和教育認識差異的體現。

3 項目作業與教學觀念比較

中國人大多認為教育的主要功能是傳授知識，“老師講，學生聽”是天經地義的形式。盡管近年來高等教育中已逐漸認識到學生才是學習的主體，但這種以教師為主體的教育形式仍然是一種主要存在模式[5]。

美國人認為大學是一種以成年人為對象，以職業為目的的教育。培養學生個性化的獨立工作技能是其主要方向。老師傳授知識只是大學課堂的一部分，而通過調動學生興趣而達到提高學生技術能力是大學主要作用。教師只是起到引領者的作用，學生才是主體。

CAU 和OSU 的同類課程中均安排了項目設計的綜合練習，但形式卻非常不同。

CAU 的設計選題是在調研了國內多所高等院校基礎上，經過作業量分析后所確定的通用部件，如減速箱、齒輪泵或者安全閥等。題目相對固定，考慮了課程覆蓋面、后續課程銜接、典型結構引入等具體問題。操作中，采用6-10 人一組，分組進行。工作內容包括：機械拆裝、結構分析、零部件測繪和圖紙繪制等。而OSU 的選題是變化的，由學生根據興趣自行確定。汽車、自行車、飛機、玩具等功能清楚的完整機械。3-5 人一組進行。工作內容包括：功能分析、結構分析與設計、三維造型和圖形繪制等。

從選題形式上看，中國學生自主性差，但知識完整訓練方面有所長；相比之下，美國學生的自主性好，但難度不統一，對教學組織和資源利用提出較高要求，對教學創新和能力培養有很大好處。

從工作內容上看，國內題目仍然是重點在于對知識的領會；而美國學校題目的重點放在了實用目標上，有較好的整體性。

就國內教改方向面向培養創新能力的需求，相關內容應做出適當調整。但因為國情不同，需注意以下3 點：

1） 美國從基礎教育開始，比較重視個性化培養。學生已經具有了自我選擇的意識和觀念。物質條件相對豐富，教學投入相對寬松。

2） 美國學校采用的是真正的積點學分制。學生年級相對較高，對設計已經有一定基礎。美國學生普遍動手能力較強，工業常識相對豐富。

3） 中美管理方式不同，對教師評價體系、對學生的指導方式、課后時間占用等均存在差異。

4 問卷調查與教育文化比較

美國大學里組織教學的負責人是每位任課教師，即使是開同樣的課程，也是因教師不同而個性化的。這點與國內差別極大。考試方式，學生水平評價均是由任課教師決定。所謂教學管理，只起到教學評估的作用。每個課程結束時有對任課教師的背對背答卷評價。問卷設計中除與國內大體相當的評價項目外，還有一項重要內容是課程內容的趣味性和實用性。

在美國的學校教育中，教育的趣味性被提到很高的位置。美國的教育觀點是，興趣產生求知欲，才能產生創造性[5]。

針對這一特點，作者設計了學生問卷，問卷中主要對課程趣味性進行了調查。同樣的問卷在兩所大學里的工程制圖基礎部分的課程結束時進行。問卷的統計結果如表2 所示。

表2 課程趣味性的問卷統計

可以看出，美國學生會認為課程有趣味性的比例明顯高于中國學生。

在問卷中，學生還對相應的問題做了主觀陳述。結果顯示，中國在評價課程是否有趣的時候，多是從難度、作業多少和教師的個人魅力上去考量；而美國學生多是從教學內容本身和作業問題是否能調動學生興趣上直接回答。這點從另一個側面也反應出中美對教育的認識上存在較大差異。

創造性來源于興趣，很大程度上是受到肯定的。我國目前的教育形式決定了初等教育的現狀是很難在短期內改變的，應試教育使得學生學習中很少考慮到自己是否對某課程的知識感興趣。這個問題在以提高創造性為方向的教育改革中，應該受到重視。為了提高創新能力的培養，大學本科教育中應該逐漸調動學生的興趣，以提高學生的學習自主性。

5 結 論

中美兩所高校，具有相近的專業設置，并且開設了相應內容的工程制圖與CAD 基礎的系列課程。作者對課程內容與教學實踐進行了比較，并從學生問卷設計、課程中項目作業設計等方面的比較，對教育觀念進行了比較。得出以下結論：

中美對于工程制圖與CAD 基礎課程的內容上差異不大；但課程的內容安排和方式存在差異。教學的重點存在較大差異，中國的學校相應重視理論體系，而美國著眼于應用。 項目設計作業數量相同，內容安排略有不同，但選題方式存在較大差異，體現了兩種教育觀念的差異。美國的教學組織從調動學生學習興趣入手，注意培養學生的學習主動性；而相應中國的大學教育中在培養興趣上，缺少長處。

為了使教學改革能夠向提高學生創新能力培養的方向發展，未來的工程制圖和CAD 系列課程的改革，應在考慮中國國情的前提下，在趣味性和培養學生自主學習方面多做些研究工作和教學實踐。

[1] Terry V D. An overview of engineering education in Europe [J]. IEEE Communications Magazine, 1992: 38-43.

[2] Chen Xi. A case study of china and US industrial design education: industrial design education in a multicultural world [C]//IEEE Conference, 2008: 940-944.

[3] Gereffi G, Wadhwa V, Rissing B, et al, Getting the numbers right: international engineering education in the united states, China, and India [J]. Journal of Engineering Education, 2008, (1): 13-25.

[4] Percuoco A. Making engineering education “Active” [J]. IEEE Transactions on Education, 1970, 13(4): 200-204.

[5] Daniel D P. Conceptions of self within china and the united states: contrasting foundations for adult education [J]. International Journal of Intercultural Relations, 1991, 15: 285-310.