面向機械類本科生以實踐為先導的工程圖學教學方式探討

李富平， 楊文通， 王建華

(北京工業大學機械工程與應用電子技術學院，北京 100124)

面向機械類本科生以實踐為先導的工程圖學教學方式探討

李富平， 楊文通， 王建華

(北京工業大學機械工程與應用電子技術學院，北京 100124)

從實踐的角度出發，結合“卓越工程師培養計劃”、金工的實訓課程、以及繪制“減速箱”的要求，論述了在工程圖學實踐教學過程中以任務為驅動，以學生為主體的教學方法，該方法將圖學知識與圖學實踐相結合，并將該實踐融入大學整個教學之中，有助于培養學生的工程意識和創新能力。

創新能力；工程意識；工程圖學；實踐

工程圖學是用圖形研究工程與產品圖形信息表達、圖形理解和圖樣繪制的課程[1]，是一門工科學生必修的技術基礎課，授課對象為工科大學一年級學生。剛踏入校門的學生，對生產加工的過程、設備、加工方法等沒有直觀的了解，缺乏工程背景，工程意識、工程技能薄弱，創新意識和創新思維能力缺乏。在教育部工程圖學教學指導委員會最新修訂的“本科工程圖學教學基本要求”中明確指出：工程圖學理論嚴謹，實踐性強，與工程實踐有密切聯系[2]。通過工程圖學的學習，培養學生工程意識和創新能力[3]。新的教學理念對工程圖學課程提出新的要求，經過多年的探索，依托北京市精品課程建設，結合“卓越工程師培養計劃”(簡稱“卓越計劃”)，針對機械類的本科生，在工程圖學實踐教學方面作了一些探討，旨在培養學生逐步成為一名初步具備工程技術人員素質能力的合格人才。

1 以實踐為先導的工程圖學教學方式

如何培養學生的創新能力？首先學習這些學科已有的理論和方法，再結合工程圖學課程的實踐進行研究，并將這種創新能力的培養歸納為5種能力的培養，即思維能力、工程意識與簡單設計能力、構型設計能力、實踐能力和工程圖形表達能力[1]。這5種能力之間互相參透，不能孤立起來考慮，即實踐是在理論的指導下進行，先有理論，后有實踐；通過實踐，又能加深對理論的理解和消化。以實踐為出發點，在學習基本投影理論的基礎上，結合“卓越計劃”，將金工的工程訓練實踐課程與工程圖學相結合，使創新能力的培養融入在大學的全程教育之中。

1.1 將工程圖學與“卓越工程師培養計劃”相結合

“卓越計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》和《國家中長期人才發展規劃綱要》的重大改革項目。“卓越計劃”的三個特點：一是行業企業深度參與培養過程；二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才；三是強化培養學生的工程能力和創新能力[4]。

“卓越計劃”的培養目標是：面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才[4]，為建設創新型國家、實現工業化和現代化奠定堅實的人力資源優勢，增強我國的核心競爭力和綜合國力。

“卓越計劃”強調工程創新，解決工程實際問題，培養應用型工程師，作為首批進入“卓越計劃”的高校，學院制定卓越工程師培養方案，工程圖學課程作為培養方案中的重要組成部分，承擔著用圖形去交流、表達工程與工程產品信息的重要作用，因此，工程圖學的實踐，應從工程的角度，在掌握投影理論的基礎上，貫徹相關的國家標準和規范，進行繪制機械圖樣的訓練，為后續課程奠定扎實的基礎。

1.2 將工程圖學與金工的工程訓練實踐課程相結合

工程圖學主要是研究用圖來表達零件，這個圖可以是二維或三維，并附有文字說明。而金工是將這個圖所表達的零件加工出實物，因此金工的工程訓練實踐課程是一門實踐性很強的技術基本課,是機制類專業學生熟悉加工生產過程、培養實踐動手能力的實踐性教學環節。通過金工實習使學生熟悉機械制造的一般過程，了解金屬加工的主要工藝方法和工藝過程，熟悉各種設備和工具的安全操作使用方法；掌握對簡單零件加工方法選擇和工藝分析的能力；培養學生認識圖紙、加工符號以及了解技術條件的能力。

如何將工程圖學與金工的工程訓練實踐課程相結合？用工程圖學的理論知識所繪制的圖樣應用到金工的工程訓練實踐課程，并以金工的工程訓練實踐課程所加工出的模型加深理解工程圖學的理論知識？為此在課程設置上，這兩門課在時間設置上相銜接，工程圖學授課時間為大學一年級第一、二學期，金工為大學一年級第二學期末。

金工的工程訓練實踐課要求學生制作一把錘子，如在工程圖學課程中完成金工所加工零件的圖樣的繪制？首先在工程圖學課程一開始就布置該錘子制作的任務及要求，錘頭、錘柄的設計只要滿足其功能，其結構、形狀可以按照自己想象各自設計，但是必須將錘頭、錘柄的圖樣繪制出來，并滿足加工要求，最后在金工的工程訓練實踐課制作出來。

在隨后的工程圖學教學過程中，融入該內容，如圖1所示，在講到平面幾何圖形時，讓學生根據自己平時所見的錘頭，想象繪制出具有錘子特點的輪廓，該輪廓要求用直線和圓弧連接，盡量表達出自己的創意；講到組合體和機件的形體表達時，讓學生按照自己的想象將原來用平面圖形所表達的錘子分成錘頭、錘柄，并將錘頭、錘柄用視圖表達出來，并標注尺寸，這時的要求是投影表達正確、尺寸標注完整；講到零件圖和裝配圖時，讓學生自己繪制該錘子的裝配示意圖，并由該示意圖拆畫出錘頭、錘柄零件圖，該零件圖可參考原來所畫錘頭、錘柄的視圖，增加技術要求，修改尺寸標注，對于所用到的標準件自己查閱相關標準，最后由零件圖畫出完整的裝配圖。每一階段，學生都可修改自己前面所繪制的圖樣，隨著學習內容的深入，學生不斷補充內容，不清楚的地方自己查閱相關資料，培養學生自學的習慣。

圖1 金工與工程圖學內容融合的框架

在工程圖學教學一開始就布置該任務，這時學生還沒有能力繪制出滿足要求的圖樣，在隨后的工程圖學學習過程中，隨著所學知識的累加，在老師的指導下，學生不斷豐富完善自己所設計的圖樣，逐步具有判斷圖樣投影表達是否正確、是否符合國家標準的能力，隨著該任務的完成，學生也掌握了教學中的知識點。該教學方式以學生為主體，以錘子的圖樣表達貫穿于整個工程圖學的教學過程中。

由于缺乏工程背景，學生所設計出的錘子不一定都滿足加工要求，在金工的工程訓練實踐課中，在車間師傅的指導下，學生將按照自己所繪制的錘子圖樣加工出實物，若加工不出來，在車間師傅的指導下，修改自己的零件圖樣，直到滿足加工要求。因為學生按照各自想象設計的錘子，因此所加工的錘子也式樣各異。

1.3 以“減速箱制造”為主線的全程教學模式

要培養學生具有正確的圖形表達能力，單靠工程圖學這門課是不能完成的，應當將圖學課程放置于學生4年的教學全過程中考慮[5-6]，圖學課程只是全程教育中的一個環節，與后續的課程聯系密切[7-8]，只有通過后續課程中設計、工藝、制造等豐富的專業知識的學習，反復練習圖形的繪制及形體的表達，不斷發現錯誤、糾正錯誤，才能提高學生的圖形表達能力，鞏固所學的圖學知識。

如圖2所示，學生在工程圖學實踐階段中完成減速箱的繪制是逐步掌握了有關繪圖、讀圖的圖學理論知識和相關國家標準，并參加“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模大賽。在學習機械設計課程時，進行減速箱各傳動件的設計與計算，學生參加全國大學生機械創新設計大賽。在學習工藝設計及機械制造等課程時，對減速箱各零件進行工藝和夾具設計，培養學生正確選用公差配合，掌握正確的測量方法，以小組為單位完成減速箱的制造，并對減速箱的效率進行檢測。

圖2 “減速箱制造”為主線的全程教育

從上述過程可以看出，在學生的整個教學過程中，以項目為引導，以“減速箱制造”為主線，圖學實踐貫穿整個大學的教學之中，將工程圖學實踐融入到大學的4年全程教育之中。

2 工程圖學實踐教學模式的考核與評價

評判學生所繪的錘子和減速箱圖樣是否合格，不僅僅只看最終結果，更要注重形成結果的每個過程，將最終的結果分階段進行實施、評價。

例如錘子圖樣繪制，對每一階段，老師均提出要求，審查學生每一階段的圖樣，對學生圖樣中出現的錯誤，老師只對共性問題講解，不合格則退回修改，促使學生自己查找資料，尋找解決問題的方法，給學生留有更多自主想象設計空間。考核內容包括口頭答辯、繪制出的全部圖樣和已加工出的錘子，讓學生講解自己的設計思路，判斷加工的錘子圖樣是否符合要求，是否明白圖樣中的加工符號含義，學生用自己圖樣加工出的錘子形狀各有所不同。

在工程圖學實踐的減速箱的拆裝過程中，以部件為對象，完成功能分析、草圖繪制、零件圖和裝配圖的繪制，這一過程，也是分階段實施，不同的階段有不同的要求。考核時，以小組為單位，互評與個人綜合評議相結合，以投影表達正確為主。

這種模式的實踐，以任務驅動的方式，采用“邊干邊學、邊學邊練”的方法，讓學生帶著任務去學習，并將所學的內容應用到自己的實踐項目上，熟練自己所學到的知識，最后在老師的指導下逐步完成。這種模式，學生將課本上抽象的理論知識，轉化為實際加工所需要的知識，更加清楚明白圖樣上倒角、螺紋標注的含義，以及各種加工符號的含義，為以后靈活運用這些知識奠定好基礎。

這種實踐模式，學生是帶著任務去學習，學習目的明確，激發了學生的求知欲。將以教師為主的傳統教學模式，轉為以學生為主的教學模式；將傳統學生被動的學習，轉變為學生主動的學習，調動了學生的學習積極性，所設計、加工出的錘子樣子各異，所繪減速箱表達方法也有所不同，豐富了學生的想象力和圖樣表達能力，學生的工程意識得以培養，創新能力有所提高。

3 采取的教學手段與效果

由于實踐所采用的教學手段是以任務驅動的方式，當學生接受任務時，該任務的完成超出當時的教學內容，還不知如何著手，讓學生帶著任務在以后的學習中逐步領會、運用。另外學生對教學內容的理解和掌握程度也存在差異，不可能讓學生所繪的圖樣一次到位，不出現差錯，隨著學生所學知識的增加，不斷修改和完善自己所繪的圖樣，因此關于實踐所采用的手段以手工草圖為主，方便學生的修改，輔助用Inventor軟件進行三維造型，加深對零件外形形狀的理解，部分圖樣用AutoCAD軟件輸入計算機或整理成儀器圖。

機電學院每年都組織“工程制作創新大賽”，通過車、鉗、鑄造、拆裝等這些團體項目，鞏固金工實習的學習成果，進一步加深同學對工程制作的認識和了解。另學院組織學生參加“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽，連續多年獲得團體一等獎和個人一等獎、二等獎的好成績。后續專業課的老師帶學生進行以小組為單位的減速箱制造過程中發現，經過大一期間學生減速箱的拆裝繪圖，學生非常清楚減速箱中各個零件之間配合的關系，就會把重點放在制造和工藝方面，節省了時間，突出了重點。

4 結 束 語

工程圖學理論嚴謹，實踐性強，如何在實踐中增強學生的工程意識，培養學生的創新能力，本文從與“卓越計劃”相結合，與金工的工程實訓相結合，并從“減速箱”的繪制入手，將工程圖學的教育融入大學的全程教育中這幾點進行了探討，這種實踐方法，主要針對機械類本科生。

[1] 童秉樞, 高樹峰. 談工程圖學教學中學生創新能力的培養[J]. 工程圖學學報, 2008, 29(6): 1-6.

[2] 陳錦昌. 論本科工程圖學課程教學基本要求的修訂[J].工程圖學學報, 2004, 25(3): 101-105.

[3] 熊志勇, 羅志成, 陳錦昌, 姜立軍, 鄧學雄, 劉 林,陳熾坤. 基于創新性構型設計的工程圖學教學體系研究[J]. 圖學學報, 2012, 33(2): 108-112.

[4] 卓越工程師培養教育培養計劃. 中國教育新聞網, http://www.jyb.cn/high/tbch/2010/zygcs/, 2012-7-9.

[5] 趙惠清, 安 英, 馮連勛. 機械專業本科生全程三維設計能力培養模式[J]. 工程圖學學報, 2004, 25(3): 116-119.

[6] 童秉樞, 易素君, 徐曉慧. 工程圖學中引入三維幾何建模的情況綜述與思考[J]. 工程圖學學報, 2005, 26(4): 130-135.

[7] 童秉樞, 田 凌, 馮 涓. 10年來我國工程圖學教學改革中的問題、認識與成果[J]. 工程圖學學報, 2008, 29(4): 1-5.

[8] 王 飛. 以三維設計為中心的圖學課程改革[J]. 北京郵電大學學報(社會科學版), 2004, 6(4): 57-60, 80.

Research on Practice-leading Modes of Engineering Graphics Teaching for Mechanical Engineering Undergraduates

Li Fuping, Yang Wentong, Wang Jianhua
(College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

From the point of view of practical training, according to the requirements of the "excellence engineers training plan", metalworking training courses, and "the reduction gear box" drawing project, this paper proposes an improved teaching method which takes task as driving force, and the students as the main body of the teaching method in the engineering graphics practice teaching process. This method combines the knowledge and practice of engineering graphics, and puts this practice in whole university teaching. It is helpful to cultivate the engineering consciousness and innovation ability of the students.

innovation ability; engineering consciousness; engineering graphics; practice

TB 23

A

2095-302X(2014)05-0787-04

2013-02-28；定稿日期：2014-05-06

李富平(1966–)，女，河南南陽人，副教授，碩士。主要研究方向為數字化制造。E-mail：lifp@bjut.edu.cn