加強實踐能力培養的機械制圖課程改造研究

施岳定+張學昌+許少鋒+吳紅兵

[摘 要]針對機械制圖課程圖形表達與功能設計割離、綜合性設計表達訓練不足等教學中長期存在的問題，課題組提出新的課程內容體系和創新的教學方法，將機械設計基本概念融入機械制圖，將形體分析提高到結構功能分析，將裝配結構的規定表達方法提高到根據功能的結構設計表達和裝配結構設計合理性的要求，促進學生設計表達能力和形體結構創新能力的提高。

[關鍵詞]教學方法；功能設計；實踐能力；工程素養

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）01-0058-03

機械制圖既具有系統的理論性，又有較強的實踐性，因此，學生實際的繪圖設計表達能力的提高是建立在對機械零部件結構功能的理解和大量結構設計繪圖表達實踐性訓練的基礎之上的。但傳統的教學內容體系和課堂教學方法未能將理論教學和實踐訓練融為一體，未能將對零部件結構功能的理解與圖形表達密切結合。雖然經過一系列課程改革和教學創新，但其對于這一長期存在的問題，并無多少改進作用。對于學習內容，學生機械記憶的多，真正理解靈活掌握的少，對基于功能設計的結構理解和正確表達仍是不易逾越的坎，實踐性訓練教學仍然是課堂教學的薄弱環節，以至于機械類學生在畢業設計中仍存在無法正確表達設計意圖的現象等，教學中存在諸多亟待解決的問題。

一、課程教學存在什么樣的問題

（一）圖形表達與功能設計完全割離的教學內容體系

機械中的任何結構都是為功能服務的。但在機械制圖的課堂教學中，重點是對已有結構的表達，普遍就事論事，沒能與機械設計制造有機結合，只講形體結構的表達方法，不講機件的結構功能分析，圖形規范與設計實際脫離，圖形表達與功能設計脫離。離開功能分析的表達，學生只能機械地記憶畫圖規范，不能靈活掌握，對結構知其然而不知其所以然，只記圖形表達，不懂功能設計要求。當畢業設計中需要功能結構設計表達時，學生竟不知道如何表達，對學過的知識毫無印象。這樣的現象每年都在發生，至今仍在發生。

（二）重理論輕實踐

機械制圖課程的性質決定了其具有很強的實踐性，應將實踐教學內容真正融入課堂理論教學中，并進行理實一體化設計。但在教學實踐中，教師往往存在重理論、輕實踐，重學術、輕應用的傾向，并沒能把課堂理論教學和實踐教學融為一體化，而是按常規知識點配以分散的、相對獨立的練習題進行單元性訓練，缺乏知識的連貫性和綜合性，導致知識不能關聯，令學生對與工程相關的知識能懂不能用，實際應用能力嚴重不足。這一教學理念的偏差所導致的學生設計應用能力不足的后果，對于研究性大學因對學生實踐能力檢驗的滯后性而言較為隱性，而對于需要為區域經濟服務的高水平設計人才的培養，則會立刻遭受教學質量的檢驗。

（三）忽視基本功的培養

現代科技的發展，給設計表達方法帶來了翻天覆地的變化，各種CAD軟件的運用，為設計插上了騰飛的翅膀。但是，無論軟件工具的功能多么強大，其都是為設計創造服務的。但在實踐中，許多設計工具的方便性和易表現性，導致學生熱衷于概念設計和模型表達，而忽視結構設計表達的各種工程技術要求和機械圖的二維表達，當需要按工程設計要求進行量化、細化具體結構設計時卻一臉茫然，不知道該如何設計和表達，設計的作品中看不中用，或者完全不符合工程設計和制造的要求。

（四）課程教學改革的綜合性問題

教師要將機械設計基本概念融入機械制圖，將形體分析提高到結構功能分析，將零件和裝配結構的規定表達方法提高到根據功能的結構設計表達和裝配結構設計合理性的要求，這需要整合本課程的內容，也要對相關課程內容進行整合，并設計出符合繪圖、看圖要求的，又符合功能設計要求的大量實踐訓練案例。這既對教師教學提出了更高的要求，又需要教師花費大量時間設計案例、指導實踐訓練、學生設計表達方案評價等。因此，對教師工作的一般考核方法不利于優化課程教學。

（五）青年教師理論知識與實踐能力之間的矛盾

高學歷教師比例的不斷提高，整體提升了教師隊伍水平，但青年教師普遍存在工程實踐經驗不足，難以將設計實踐融入課堂教學的問題。

針對上述問題，浙江大學寧波理工學院工程圖學課程教學團隊以教學改革為契機，通過更新教學理念，調整教學內容，將實踐教學內容真正融入課堂理論教學中，將機械設計基本概念融入機械制圖，將形體分析提高到結構功能分析，改革教學方法，加強實踐性教學環節，從根本上解決“教什么”“怎么教”“如何學”的問題。

二、如何改造課程

（一）改革內容與目標

1.更新課堂教學理念，注重實踐教學。教師要注重課堂的實踐性教學，進行理實一體化設計，將實踐教學內容真正融入課堂理論教學中，將按常規知識點配以分散的、相對獨立的練習題進行整合，設計能夠關聯課程知識，具有連貫性、綜合性的設計表達案例。通過理論講授、實驗實踐訓練、設計繪圖技能競賽、結構創新設計表達訓練、課程論文等多種形式，理論聯系實際，真正將實踐教學內容融入課堂教學中，培養既掌握系統理論知識，又能將知識正確靈活地運用于設計實踐，具有結構創新、設計表達能力的高水平設計人才。

2.改革課堂教學內容，將功能設計概念融入制圖教學。將機械設計基本概念融入機械制圖，將形體分析提高到結構功能分析，將裝配結構的規定表達方法提高到根據功能的結構設計表達和裝配結構設計合理性的要求，注重零件形體結構和裝配結構構思的新穎性和創造性，突出基于功能的零部件結構設計和表達，促進設計表達能力和形體結構創新能力的提高。

3.改革課堂教學方法，項目引領，設計實踐。通過若干綜合性設計繪圖實踐小項目，將功能設計、圖形表達、標準應用融入項目中，提高綜合設計表達能力。

（二）教學內容和教學方法創新

1.課程內容體系的創新

教師要將機械設計基本概念融入機械制圖，將形體分析提高到結構功能分析，將裝配結構的規定表達方法提高到根據功能的結構設計表達和裝配結構設計合理性的要求，注重零件形體結構和裝配結構構思的新穎性和創造性，突出基于功能的零部件結構設計和表達，促進學生設計表達能力和形體結構創新能力的提高。

教師要在傳統內容中融入工程學、設計學、創造學，以及對產品全生命周期概念等相關內容，將機械制圖基礎課程教學與計算機圖形學、工程圖樣智能理解等學科前沿相結合。

2.課堂教學方法的創新

（1）以形體構思為主線，以教師為主導，學生實踐的啟發式教學。以啟發學生的空間思維為核心，基于圖形的表達和理解，采用設問和“埋伏”并存的教學方式，誘導學生進一步思考。在教師主導和指導下，要求學生從零件的功能出發，以如閥體、齒輪油泵泵體等典型零件為例，根據所需功能構思合理的結構，進行設計和圖形表達。這種方法能融入創造性思維，加強學生動手實踐。

（2）以空間思維為核心的討論互動式教學。在課堂教學中，進行師生互動和生生互動。如針對一機件讓學生進行表達方案的練習，首先由學生根據所給機件的結構特點分組討論，然后各組陳述展示各自的表達方案，各組間相互提問和點評，最后教師進行總結歸納。這樣，能活躍課堂氣氛，加深印象，變被動聽課為主動研討。

（3）注重工程意識的培養。將工程設計概念引入課堂教學。通過引入設計過程與方法，在機械制圖的傳統內容中不斷融入工程學、設計學、創造學，以及對產品全生命周期概念等相關內容，深化學生對本課程、對零部件結構與功能、對圖形表達等全方位的理解；引科研前沿入課堂教學，將機械制圖基礎課程教學與計算機圖形學、計算機輔助設計、工程圖樣智能理解等學科前沿結合起來，啟發學生多向思維，培養學生的創新精神。如進行零部件的測繪、零件結構設計和裝配結構設計。通過齒輪油泵泵體的測繪，從畫草圖、量尺寸到正規圖樣的繪制，培養了學生的工程意識，讓學生體會到學生和工程師之間的角色互換，鍛煉學生綜合設計能力。教師可給出部件的基本功能要求，注重裝配結構的合理性，兼顧裝配結構構思的新穎性和創造性，讓學生根據部件功能進行結構構思設計和繪圖表達。這樣，學生對圖形的理解就能從畫圖規范上升到對結構功能的合理性和生產制造的理解。

通過教學模式的轉變，解決教師怎么教、學生怎么學的問題，解決教師滿堂灌、學生被動學的問題，將對結果的評價轉變為對過程的評價，加強實踐教學，提高設計表達實踐能力，使學生真正成為學習的主人，從而達到提高課程教學質量的目的。

3.學生課業評價模式的改進

（1）多模式的過程評價。為了避免學生平時不用功，考前突擊的現象，需要改變一張試卷決定學生學業成績的評價模式，強調學習過程的評價，將過程評價和結果評價結合起來。

（2）除了將常規的制圖大作業和考試中沒法體現的上機成績計入總成績以外，還可設計布置一些由學生自主完成的設計繪圖綜合作業，如基于功能的零件結構設計與表達、典型功能的裝配結構設計與表達、設計表達過程的小論文等，迫使學生站在教師的角度梳理知識點，辨別重點和難點，充分調動其學習的主動性、積極性和創造性。

（3）增加自主式的結果評價。這既要規范統一考試，又要推進考核方法的多樣化，促進學生個性化發展。對于學有余力的優秀學生、學生自主學習的推進、學生創新能力的提升，更需要多樣化評價機制的鼓勵和推動。因此，在統一考試的結果評價的同時，要鼓勵優秀學生自主命題，自己解答，充分挖掘學生的主觀能動性，培養學生的自主學習和創新能力。

三、結論

首先，通過若干綜合性設計繪圖實踐小項目，將功能設計、圖形表達、標準應用融入項目中，提高學生的綜合設計表達能力。

其次，以形體構思為主線，加強綜合性訓練，通過典型功能要求的結構設計，將形體結構與功能設計結合，促進學生的創造性設計構思和形體表達能力。

再次，以啟發學生的空間思維為核心，基于圖形的表達和理解，引導學生進行功能思考，理解零件的結構與功能的對應關系，使學生能從零件的功能出發，構思設計并表達出零件的結構。

最后，注重工程意識的圖學素質教學，引入設計過程與方法，在機械制圖的傳統內容中不斷融入工程學、設計學、創造學，以及產品全生命周期概念等相關內容，深化學生對本課程、零部件結構與功能、圖形表達等全方位的理解。

經過幾年的課程改革創新教學，本校機械類學生的課程設計、學生科技項目和畢業設計作品質量明顯提升，學生的設計表達應用能力得到明顯改善。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責任編輯：劉鳳華]