基于項目教學法的機械類專業“工程圖學”教學模式探討

高愛民，張克平，楊小平

(甘肅農業大學 工學院，蘭州 730070)

【教育教學方法研究】

基于項目教學法的機械類專業“工程圖學”教學模式探討

高愛民，張克平，楊小平

(甘肅農業大學 工學院，蘭州 730070)

“工程圖學”課程的學習需要通過大量實踐環節進行訓練和培養。項目教學法把圖學問題與工程實踐相結合，使學生按照圖學課程的思維方式不斷探求知識，解決問題，其具體實施過程需包括項目主題的確定、項目的框架與計劃、項目的實施和項目的評價四個階段。應用項目教學法對齒輪泵裝配圖和零件圖的教學實踐表明，該教學模式能明顯提升學生繪制零件圖和裝配圖的合理性、正確率和繪圖速度，是提高裝配圖和零件圖教學效果的有效途徑。

工程圖學；項目教學法；教學模式

圖樣是工程與產品信息的載體，是工程界表達與交流的語言。通過“工程圖學”課程的學習要培養學生用二維圖形表達三維形體能力、形象思維能力、構型設計能力、繪圖和讀圖能力及工程意識、標準化意識等，這種綜合能力的培養更是“工程圖學”課程教學的難點。近年來，廣大圖學教育工作者對如何培養學生應用圖學理論正確表達工程形體，以培養適應社會需求的人才進行了廣泛研究，取得了很多成果，但仍存在許多問題。項目教學法是一套系統的教學方法，它是對復雜的、真實的問題的探究過程，是以現代認知心理學思想、自適應學習理論和探索性學習架構為基礎，采用類似科學研究與工程實踐的教學方法，促進學生主動學習、自主發展的一種新型的教學方法[1-2]。

一、工程圖學課程的特征與教學難點分析

1.工程圖學課程的特征

圖是人類描述世界、表達思想、交流知識的基本工具，是人類共同的語言，協助人的思考與交流。[3]圖樣是科學技術界的語言，用于傳遞設計與加工的構想。工程圖學課程是高等院校中一門重要的技術基礎課，用圖形來研究工程與產品的圖形信息表達、圖形理解和圖樣的繪制，具有較強的系統性、抽象性和實踐性。工程圖學的教學是以圖形為主，研究由空間抽象到平面，再由平面想象到空間的復雜轉化過程。最終目標是培養學生對三維空間幾何形體的想象和二維工程圖樣的繪制與閱讀能力。

2.工程圖學課程的難點分析

工程圖學課程內容包括投影理論、構型方法、表達技術、繪圖方法、工程規范及專業繪圖技術六個部分，對學生能力要求較高。

(1)思維方式新穎，影響學習積極性。利用投影理論將三維物體表達成二維圖形，或根據二維圖形想象空間形體，對于大學新生而言，需要具備較強的空間想象能力，這種能力在先行課程的學習中很少得到鍛煉，學生在學習工程圖學課程時積極性容易受到打擊，部分學生會對課程學習喪失興趣，影響學習效果。

(2)工程圖樣涵蓋信息豐富，學習難度增加。工程圖樣既反映設計者的意圖，也是制造和檢驗的重要依據，涵蓋了產品設計、制造、檢驗等諸多信息，其各個階段所需要的信息在圖樣中以圖形、尺寸、技術要求、材料等信息體現出來，這些信息的表達往往與設計意圖、加工工藝、裝配安裝要求、材料性能等方面緊密聯系。傳統的教學過程往往是將這些信息單獨講授，而未形成統一的體系，導致學生學完圖學課程以后，大都按照投影原理繪制圖形，尺寸標注不合規范、技術要求不會標注或者標注不完全等問題層出不窮，未能反映設計和制造等要求，不能用于生產實際。

(3)工程圖學課程與生產實習、課程設計、畢業設計環節銜接不緊，制圖能力得不到及時訓練，影響學習效果。“工程圖學”課程是所有工科專業學生上大學后接觸的第一門與專業有關的技術基礎課，其后要經過生產實習、課程設計、畢業設計等環節的訓練，從圖學課程學習到畢業設計結束，圖紙上所表達的信息是逐步被學生理解和消化的，而這些訓練環節都間隔一個甚至幾個學期，這就勢必造成知識鏈、記憶鏈的斷裂，使專業知識學習的連續性、系統性和完整性受到影響，導致課程設計和畢業設計圖紙中圖樣表達不清或表達不規范等問題普遍存在[4-6]。

二、基于項目教學法的機械類本科專業“工程圖學”教學模式構建

機械類學科具有應用性和實踐性強的特點，一個完整的機械產品的設計最終需要用機械圖樣表現出來。一個產品的設計到制造完成可看作一個項目的完整實施過程。項目完成的質量取決于設計的質量和制造水平的高低，而設計的質量體現在工程圖樣的質量上。學生只有完全了解了設計對象的功能、性能要求及制造方法和過程后，才會給出正確的尺寸、合理的技術要求，這對于初學機械設計的學生來說難度可想而知。因此，工程圖學課程的教學必須與生產實踐結合起來，要讓學生了解產品設計和制造是一個復雜的過程，必須通過實踐檢驗才能完成設計任務。

基于項目教學法的“工程圖學”教學模式是在學習時給學生首先設定一個設計項目，學生通過對現有實物模型的拆裝、測繪、生產實習等實踐環節，了解了產品的功能、配合要求、制造過程之后再進行學習的過程。教師在這些環節中需要給學生進行啟發指導，使學生帶著問題不斷探索，直至繪制出正確的工程圖樣。教師也可以按照一些學生繪制的工程圖樣進行加工制造，最后完成一個小部件的裝配，然后分析存在的問題，讓學生明白自己設計的圖樣為什么不能制造，或者制造的零件不能用于實踐，從而達到熟練掌握這門課程的目的。

項目教學法是以項目的實施為主線，讓學生參與項目，從實踐中探索知識，進而掌握知識的過程。與傳統教學模式的根本區別在于其通過項目的實施調動了學生的學習主動性，是學生通過接觸項目后掌握知識的過程，而非傳統的課堂灌輸知識。教師能否科學地引導學生進行學習，項目實施環節能否保質保量是項目實施成功與否的關鍵。項目的實施是一個系統工程，教師必須負責協調好各個環節的銜接與聯系，為項目的順利實施做好保障。

項目教學法包括項目主題的確定、項目的框架與計劃、項目的實施和項目的評價四個階段。項目主題的好壞直接影響教學效果，教師要以教學大綱為依據，緊扣教學目標確定項目主題并提出明確的項目要求，制定的項目既要涵蓋教學基本知識點，又要難易適中，制定的項目既要使學生有學習興趣又要能夠完成。項目主題確定后，教師要認真研究教學內容，在教師的引導和組織下，經充分討論制定詳細的項目框架和實施計劃，以小組為單位確定任務分工，制定詳細的技術路線圖，明確每個環節所要達到的目標要求，最好提出具體可控的衡量指標，以便對項目的實施情況進行評價。項目的實施環節要充分發揮學生的主體作用,教師是項目完成的幫助者和促進者,學生在教師的指導下開展探索式的主動學習，大多數學生可能對如何進行探索式學習束手無策，教師要不斷對學生進行啟發引導，為學生指明研究方向。該環節可采取師生互動、共同討論的交流方式，教師且不可只負責為學生確定項目而不去參與項目的實施環節，因為這樣可能會導致部分學生對項目產生畏難情緒而敷衍了事，影響項目的實施，也不利于各小組任務的銜接。項目實施完成以后，最好根據項目任務指標制定詳細的評分表，學生先將自己任務的完成情況與任務指標進行對照，做出自我評價，然后教師根據學生的自評情況進行點評，分析項目的執行情況，掌握學習情況，針對具體問題進行講解分析，同時對學生的實踐能力、分析能力、合作能力和解決實際問題的綜合能力進行綜合評價，寫出總結報告。最后，教師要依據教學大綱要求，把基本知識串聯起來講解一遍，對項目中沒有涉及的知識進行補充。

專業繪圖部分是“工程圖學”課程教學的重點，也是整個課程學習的根本落腳點。專業圖樣涵蓋了投影理論、表達方法、技術制圖、專業規范等幾乎所有圖學知識，是對所學圖學知識的高度概括和應用。其中由于設計意圖、加工工藝、裝配安裝要求、材料性能等方面體現出來的圖形信息理解而不能正確繪制圖形，已成為制約工程圖學教學效果的技術難點。把項目教學法引入機械類專業“工程圖學”課程的教學就是要把工程圖學知識同工程實際應用結合起來，讓學生真正理解工程圖樣的意義，能將其繪制正確。為此，項目教學法的實施應該重點放在專業繪圖部分的教學中進行，即放在“工程圖學”課程教學的后半程進行。

三、基于項目教學法的機械類本科專業“工程圖學”教學案例分析

1.項目主題與要求

項目主題：教師負責準備一臺能正常工作的齒輪泵，并指導學生完成齒輪泵的拆裝實習，之后完成齒輪泵零件圖和裝配圖的學習任務，并能正確繪制零件圖和裝配圖。最后進行總結歸納，對項目實施做出自我評價。

項目要求：(1)完成齒輪泵拆裝實習，了解齒輪泵的性能、用途、結構、工作原理及其部件中各個零件的裝配關系和定位關系。(2)繪制被測部件的裝配示意圖和裝配圖。畫裝配圖時教師要提示學生注意從裝配圖所表達的目的出發，重點表達齒輪泵的工作原理、主動齒輪與從動齒輪的安裝關系，齒輪與軸的配合性質、主從動軸與泵體的配合關系、泵體和泵蓋的連接關系、安全裝置的工作原理及安裝關系。畫圖時應該先從裝配基準件——主動軸，并按先近后遠、先上后下、先小后大的順序畫圖。(3)繪制被測零件的零件圖。分小組分別完成齒輪泵重要零件的零件圖。畫零件圖時教師要提示學生從零件與部件的關系出發，搞清楚零件表達方案的選擇必須以能清楚表達零件的形體特征為原則。零件圖與零件在部件中的作用和零件的加工工藝密切相關，如主動軸需與聯軸套、鍵、主動齒輪、泵體、泵蓋共同配合才能完成其將外部動力傳遞給主動軸并帶動從動軸轉動的目的，因此主動軸的形狀與其他配合零件相互影響，并要滿足一定的強度要求。配合部位需提出表面質量要求以保證正確安裝和工作壽命。根據功能要求，零件和零件之間需形成間隙、過盈、過渡三種不同的配合性質，這些配合性質需通過尺寸公差加以保證，間隙和過盈量可通過測繪感知。最后教師要帶領學生現場參觀軸的加工過程，讓學生弄清尺寸、形狀誤差的由來，并在圖中加以標注。(4)標注被測零部件的尺寸和技術要求。

2.項目框架和計劃

項目教學法是師生通過共同實施一個完整的項目而進行教學活動的教學方法。根據裝配圖和零件圖教學大綱要求，具體實施框架計劃如表1所示。制定計劃時需注意對各組任務之間的相互銜接和小組之間的通力協作，避免各小組只關注自身任務而忽略其他環節，不能將知識形成完整的體系而影響了學習效果。

表1 裝配圖、零件圖項目教學計劃書

3.項目的實施

項目的實施環節是教學的關鍵環節，教師要組織各小組一起拆卸部件，并測繪零件，繪制草圖，其間教師要組織各小組進行討論、交流。對于零部件的裝配，教師先組織學生拆卸，啟發學生按照裝配干線進行拆裝，告訴學生裝配圖的表達只有堅持以各條裝配干線為序進行繪圖，才能符合裝配圖的表達要求。要清楚裝配關系的表達和零件圖的表達是不同的。裝配環節要特別注意配合的松緊程度與零件在部件中的工作狀態的關系，注意記錄相鄰零件之間的定位關系。由于圖形信息的表達已在前面章節進行了學習，在零件草圖繪制過程中，教師要讓學生重點討論零件尺寸標注的合理性以及技術要求的標注。教師可組織學生深入車間參觀實習，完成齒輪泵軸的加工，以此了解零件的加工和檢驗過程，啟發學生探索零件制造和零件圖上標注信息之間的關系。教師要先提出問題，讓學生帶著問題參觀實習。學生在經過小組討論后確定本組草圖和技術要求的標注。學生在教師規定的時間內完成項目后上交。教師可采取小組討論、答辯的形式對作業進行批閱。針對普遍存在的問題進行講解，以解決裝配圖和零件圖的繪制問題。

4.項目的評價

教師將各小組完成的圖形和正確的圖形進行對比分析，從項目的實施情況，各小組的任務完成情況，部件和零件的表達方案選擇，尺寸標注的正確性、完整性和合理性，技術要求選擇的合理性等方面對各小組的作業進行打分，而后以討論的形式形成組內評價、組件互評和教師評議結果。教師最后再引導學生系統學習一遍裝配圖和零件圖，以便建立形成完整的知識體系。

5.項目的實施效果

筆者在教學過程中對甘肅農業大學機械設計制造及其自動化、農業機械化及其自動化、交通運輸三個專業進行了三年對比教學試驗，其中在機械設計制造及其自動化、農業機械化及其自動化專業工程圖學教學中采取了項目教學法，交通運輸專業采用傳統教學法，結果表明，采取項目教學法教學的班級，繪制零件圖和裝配圖時對技術要求的標注方面較采取傳統教學方式的班級更加全面，正確率更高，繪圖速度也有明顯提升。

四、結語

項目教學法的特點適應于工科專業課程特征，改變以往傳統的教學模式，將“工程圖學”的學習與生產實踐緊密結合，將課堂轉移到實驗室，邊動手、邊思考、邊探究、邊學習，在實訓過程中，使書本上靜止不動的知識成為活的知識，既提高了學生的學習興趣、增加了學習主動性，又強化了知識的記憶和應用，極大提高了教學效果。

[1] 宗亞妹，封世新，汪木蘭.系列化探究式項目教學的管理模式與方法[J].中國現代教育裝備，2011，(23):13-16.

[2] 周明虎，汪木蘭，封世新.項目教學法的實施與典型案例分析[J].中國現代教育裝備，2010，(13):6-8.

[3] 王曉紅，單鴻波，金怡，等.基于空間想象的工程圖學思維邏輯分析[J].東華大學學報(自然科學版)，2013，39(4):449-552.

[4] 劉梅英，任奕林，王巧華，等.工程圖學系列課程實踐教學探討[J].機械制造，2013，41(1):82-84.

[5] 馬亞麗.機械類本科專業“工程圖學”課程內容體系與教學方法探討[J].吉林工程技術師范學院學報，2013，29(1):66-67.

[6] 楊建中.項目教學法教學模式與傳統教學模式的比較研究[J].昆明冶金高等專科學校學報，2008，24(2):13-15.

【責任編輯 曹 靜】

Teaching Model of “Engineering Graphics” Course for Mechanical Engineering Majors Based on Project-teaching Method

GAO Ai-min, ZHANG Ke-ping, YANG Xiao-ping

(College of Mechanical Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Learning the course of “Engineering Graphics” needs a lot of practice to train and develop. Project-teaching method can make graphics problems combining with engineering practice. Project-teaching method can make students to search for knowledge and solve the problem according to the graphics course way of thinking. The implementation of the process of project-teaching method includes four stages, which are the determination of subjects, the framework of project, the implementation of the project and the evaluation of the project. Application of project-teaching method in assembly drawing and part drawing teaching about the gear pump shows that the project-teaching method can significantly improve the rationality of drawing, accuracy and drawing speed. Project-teaching method is the effective way to improve the teaching effect of about assembly drawing and part drawing.

engineering graphics; project-teaching method; teaching mode

2015-04-24

甘肅農業大學重點課程建設項目：機械原理

高愛民(1981—)，男，甘肅慶陽人，甘肅農業大學工學院講師，甘肅農業大學農學院博士研究生，主要從事作物栽培學與耕作學研究。

G642

A

1009-5128(2015)16-0037-04