改革工程圖學課程教學內容和方法的探索

汪 敏

汪敏/南京大學金陵學院信息科學與工程學院助教，碩士（江蘇南京210089）。

圖樣不但是指導生產的重要技術文件，而且是進行技術交流的重要工具，是每個工程技術人員必須掌握的“工程界的語言”[1]。工程圖學作為工科院校機械類專業的重要技術基礎課，主要任務是培養學生徒手繪圖、尺規繪圖、計算機繪圖，閱讀機械圖樣的能力以及對物體的三維形狀的空間邏輯思維能力和形象思維能力，為后續專業課程的學習以及學生日后從事工程設計工作打下堅實的基礎。

一、傳統教學內容和方法改革的必要性

工程圖學是一門理論性和實踐性都很強的課程，主要培養學生繪圖、看圖能力，要求學生具有良好的空間想象力和空間分析能力。在教學過程中，教師要引導學生從平面擴展到空間，再從空間回歸到平面的過程。這種抽象的思維過程教師難教，學生也難學。另外，隨著近年來大學人數不斷增加，新的課程不斷出現，工程圖學課時量減少，傳統的教學內容和方法已不能滿足社會的要求，問題主要表現在以下方面：第一，直觀性差。教師教學中常采用板書、掛圖、模型等手段，模型小、結構復雜，并不是每位學生都能仔細觀察到，而掛圖是平面的，線型比較多，學生很難建立空間概念。很多圖形需要教師靠語言描述，直觀性差，學生興趣不強，增加授課難度。第二，理論性強，課程間缺乏有效整合。課程內容理論性偏多，重視知識點的詳細講解，缺乏實際設計實例詳細探討，在課程設置上，作為技術基礎課，內容多且具有一定專業性，學生很難較好理解和掌握。第三，學生動手和創新能力不強。傳統課堂教學主要老師講、學生聽，學生缺乏對繪圖的深刻認識和全面理解，缺少鍛煉的機會，綜合設計能力差。因此，迫切需要改變傳統的教學內容和教學方式，從全方位角度出發對工程圖學課程進行改革。

二、教學內容和方法的改革探索

1.整合課程群。工程圖學的授課對象主要面向大一新生。他們剛入校，對機械產品的設計和制造過程缺乏直觀的感受，對機械零件的結構、加工工藝、技術要求等更是一無所知。因此，在教學過程中，直接灌輸大量的理論知識效果不大，也很難提起學生學習的興趣?？紤]學生學習的特點，并借鑒一些高校的方法，我們將工程圖學課程劃分為兩部分，在課程編排上進行整合（見表1）。在第一學年上學期學習畫法幾何及工程制圖基礎，即制圖的國家標準、基本繪圖方法、三視圖畫法、軸測圖畫法、機件形狀的基本表示方法。下學期進行金工實習課程實踐，了解零件加工的主要方法和典型零件的加工工藝，知道主要設備的結構、操作以及刀具、量具等工具的使用，為后續課程學習奠定基礎。第二學年上學期學習金屬工藝學、極限公差與配合、機械制圖內容。機械制圖內容包含零件圖、常用標準件和齒輪、彈簧的表示法以及裝配圖畫法，有了前面理論和實踐的鋪墊，與本學期課程的相互聯系，學生對課程的認識會更深入。這樣，專業內多門課程合理安排，知識點有個循序漸進的積累過程，并有其他課程為其鋪墊，學生更容易理解和聯系。

表1 工程圖學課程劃分

2.調整教學內容。教材的好壞直接影響教學的質量。國內教材特點是內容詳細，理論性、概念性內容偏多，實際應用和激發學生創造性的內容偏少。國外的一些優秀教材的典型特點是內容新，學術水平高，比較注重應用性、廣泛性和時代性，重視將制圖課程與機械加工、機械設計等融合起來[2]。吸收國外教材的優點，在課程內容安排上，我們降低部分理論知識的要求，增加徒手繪圖及綜合設計實例的講解。比如，截交線和相貫線這部分內容是傳統工程制圖課程學習的一個重點和難點，往往會花較多的學時來講解這部分內容。但從教學效果來看，學生普遍反映很難真正理解和掌握，并且實用性不強。因此，減少這部分內容教學課時量，讓學生把更多精力用在創新或實用的內容上。增加徒手繪圖的講解，徒手繪圖是現代設計技術人員構思設計所必備的一種能力。隨著計算機輔助設計繪圖技術的日益普及和完善，尺規作圖將逐漸被計算機繪圖取代，徒手繪圖的方法和技能將顯得更加重要。雖然我國的高校教學也比較注重學生這方面能力的培養，但所占的學時比重仍不夠大，對學生這方面技能的訓練也不夠。同時增加綜合設計實例的講解，將零件圖和裝配圖與具體機械設計案例聯系起來講解，讓學生體會到零部件的原理、功能、結構特點以及加工工藝等，而不是簡單的作圖目的[3]。激發學生學習熱情，不僅把知識裝進學生頭腦中，更要引導學生會分析和思考問題。新教學內容的安排更符合學生學習特點和綜合技能的培養，有助于教學質量的提高。各學校也可以根據本校的特點，編寫適合的工程圖學課程講義，便于更好開展教學工作。

3.增加實驗教學。工程圖學是實踐性很強的技術基礎課，光靠知識講解而缺乏練習是很難學好的。以往教學是在知識點講解后通過大量作業來鞏固知識，但從練習效果來看，往往不盡如人意。有些學生并沒有真正用心去完成作業，還有些學生空間想象能力不強，無論再努力、做再多練習，成效依舊不大?？偨Y發現，單靠書本練習是遠遠不夠的，而要在實踐中逐漸培養這些能力。我們在每章內容講解后，安排相應的實驗課程。難度由淺入深，先以日常生活常接觸的實物或實際零部件為模型讓學生去觀察，比如課桌、手機、空調。日常的實物是學生熟悉的，也便于觀察，將它們作為實驗內容，引導學生產生興趣，然后測量，徒手繪制草圖。再逐漸增加難度，畫一些復雜零件的三視圖、剖視圖。實驗中穿插一些自行設計的內容，讓學生分組自行設計簡單的具有一定功用的零部件，發揮學生的積極性和創造性。裝配圖實驗部分可以做一級齒輪減速器拆裝實驗，了解減速器的功能，通過動手拆裝，拆開后觀察內部結構由哪些零件組成，弄清楚每個零部件的工作原理，測量各個零件尺寸，并徒手繪制零件圖和裝配圖。在課程結束時，要求學生完成一個實際的設計項目，綜合考慮選材、原理、功能、配合要求等。通過實驗教學，大大激發了學生興趣，鞏固了知識，增強了學生的實際動手能力。

4.強化三維繪圖能力。傳統工程圖學的教學常常采用黑板、模型、幻燈片等方式，不斷由物畫圖，再由圖想物，反復練習，逐步培養空間想象能力。講解中，教師很難形象地表現出空間立體結構、零部件裝配及拆卸的動態過程，枯燥的描述講解使學生失去學習的興趣[4]。隨著計算機技術的發展，許多高校在教學中采用PPT和AUTOCAD繪圖相結合教學。但無論是尺規作圖還是AUTOCAD作圖，都是二維視圖表達形式。繪圖者思維方式是設計者先在頭腦中想象立體圖再用二維視圖表達出來，而讀圖者根據二維圖形在頭腦中想象并構建出空間實體結構。在此過程中都經過一個中間環節，并對繪圖和讀圖者都提出較高的要求。相比較而言，三維視圖更符合人們讀圖習慣，它直觀地將頭腦中的三維圖像快速表達出來，學生更容易看懂。并且，現在越來越多企業在生產設計中應用三維軟件，比如：UG，Pro/E，SolidWorks。由于三維軟件能直接進行三維建模，形象生動地展現出產品整體結構，可以和其他軟件結合對產品綜合性能進行分析，并且，三維軟件能自動生成二維圖形方便用于生產制造環節，因此，三維軟件在今后生產實際中逐漸占據重要地位。在教學中，要增加三維軟件的教學，強化學生的繪圖技能，同時注重將圖型構型設計與計算機繪圖相融合[5]。改變單純地只教學生畫圖和讀圖、輕實踐的不足之處，將“畫”和“讀”提升到機械設計的層面，表現其原理、方法和圖形設計思想。

5.采用CAI課件教學。CAI課件是綜合WORD、PPT、投影儀、錄影機以及SWF動畫手段的一體計算機輔助系統教學課件。工程圖學課程教學中涉及大量的圖形表達，注重學生空間能力的培養。多媒體技術作為一門新技術，它是把文本、圖形、圖像、動畫、視頻圖像、聲音等多種運載信息的媒體結合一起，通過計算機進行綜合處理和控制，將多媒體的各個要素進行有機的結合，完成一系列隨機交互操作的信息技術。它的優點正好滿足工程圖學課程的教學需要。這種課件配有動畫、解說，形象生動，可以隨時暫停，詳細解說，很好地控制講課進度，掌握學生學習情況。課件制作首先應用先進的視頻、三維動畫設計、平面圖形繪制、圖像處理等技術，進行大量素材制作，然后在Authorware多媒體集成平臺上進行課件集成。整個課件制作需要花費較長時間，剛開始階段可以先借鑒部分網絡上的CAI課件，再逐步完善，形成自己的CAI教學體系。

6.輔助手段。網絡在生活中逐漸扮演重要角色，越來越多的教師將網絡應用在教學中，成為課堂教學的有效補充。課堂教學的時間和信息量有限，而網絡具有信息儲存量大、互動性強、時效性強的特點，有利于學生及時回顧和鞏固知識[6]。建立工程圖學教學輔導網站，將教學大綱、電子教案、電子習題、實驗指導等資料放在網上，讓學生能方便下載，提高教學效果。減少尺規作圖作業量，減少學生不必要的課業負擔。對課程考核方式采用筆試、平時作業、實驗和設計綜合的評價方式。降低筆試成績比重，增大實驗和設計項目成績比重，有利于提高學生學習積極性，培養學生的創造力和提高學生的動手能力。

隨著技術的不斷發展以及社會對高層次創新型人才需求的日益增多，作為機械類的重要基礎課程，現代工程圖學的教育肩負的任務越來越重。教育方式要順應時代的腳步，借鑒國內外先進的教學方法，與我國實際相結合，在有限的課時里首先保證教學質量，同時著力培養學生的動手能力和創新能力，培養出更多社會需求的合格人才。

[1]唐克中，朱同鈞.畫法幾何及工程制圖[M].北京：高等教育出版社，2009

[2]焦永和.從教材看國內外工程圖學教學理念的差異[EB/OL].http://www.lib.scut.edu.cn/scutwgjc/wgjczl/wj_01.htm

[3]舒宏，胡清泥，高菲.中日機械制圖教材的比較及對教學改革的啟示[J].工程圖學學報，2010，（4）：166-171

[4]張梅林.工程圖學教學的幾點思考[J].東華大學學報，2010，36（4）

[5]靳萍，彭正洪.基于工程圖學學生創新實踐能力的培養[J].實驗室研究與探索，2009，（11）

[6]江洪，張培耘，吳巨龍.美國工程圖學教材對我國圖學教育和精品課程建設的啟示[J].工程圖學學報，2006，（6）