基于工程教育理念的圖學課程教學設計

牟柳晨

【摘要】針對通識教育模式下的大學教育必須結合工程教育理念的重要性，探討了工程制圖課程內容構成及培養目標。以課堂教學實踐和工程實際經驗為依據，圍繞工程制圖課程的教學內容和方法，并結合以素質培養為目標的教學實踐，對工程制圖課程的教學內容和教學設計進行了一些思考和探索，旨在提出工程制圖課改的參考。

【關鍵詞】工程思維 教學內容 教學方法

【基金項目】四川大學未來教學研究項目“‘互聯網+視域下的課堂教學法研究”（SCU8J-XC03）。

【中圖分類號】G424 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）46-0225-01

一、大學教育中的工程素養及工程思維培養

關于大學教育與工程應用之間，因宗旨和目標差異而分歧爭議可以溯源到很久以前，教育界的主流思想傾向于給予學生理論知識和科學思維，而從實際的學科配置來看，我們常常耳聞“理工科”， “理工”又連稱， 這實際也強調了科學與工程、科學思維與工程思維之間的聯系。但是，早些年還是不免出現了大學中的“工程教育科學化”的取向。直到2010年國家出臺 “卓越工程師教育培養計劃”，國內高校開始重視工程教育并走上了“產學研”蓬勃發展的道路。在最近教育部提出的學科審核評估重點考察的“五個度”當中，赫然有“學校辦學定位和人才培養目標與國家和區域經濟社會發展需求的適應度”，強調了高校為工程領域輸送人才的責任。可見，國家已將大學教育中的工程素養及工程思維培養提到相當高的地位。

美國麻省理工學院牽頭的研究創立了 CDIO工程教育理念。CDIO的內涵包括：構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。工程哲學以“我造物故我在” 的箴言張揚了面向對象的造物必然先有設計的工程思維。[1] 機械工程師都有體會：在機械工程設計中， 往往借鑒設計居多并沒有新的科學發現。但是按照工程哲學觀點，設計就是工程思維的內核，借鑒基礎上也有改進，加了“改”就有了“新”，離開了設計又怎能談創新？所以，工科的課程設置和教學設計就必須順應工程思維的培養規律，面向問題、面向“造物”。[2]

當前，各高校在課堂教學中融入工程教育的探索和課程改革就其總體而言，正朝著培養創新型人才的理念和方向積極推進，并取得長足的進展。但是，由于教師對課程中工程理念的理解和實施需要相當的經驗和能力，因此面向工程的課堂教學改革容易出現形式化的疏漏和不足。工程制圖是為工程設計“打前哨”的技術基礎課，因此，筆者根據多年的教學體會和工程經驗針對該課程的培養目標、教學大綱、教材編寫以及課堂教學中的內容把握，梳理了幾個值得商榷的問題。

二、高校工程制圖課程的培養目標及教材教學

1.工程制圖課程的培養目標定位

長期以來，由于課程側重在正投影教學，課本和習題中圖解空間幾何問題的內容就顯得過多了。盡管意在培養學生思維品質，但是著眼點未能放“工程物體”構圖的核心環節，致使教材和教學都有失偏頗。舉目各高校編寫的《機械制圖》教材，不難發現無論內容還是章節編排都如出一轍，“二求三”構圖分析環節偏少而圖例講解又過于緊湊，致使課堂教學難以達到預期效果。究其原因，其實與課程培養目標的定位有關。按現有教學大綱和教學內容是培養大學一年級學生“能閱讀和繪制工程圖樣”，那么，問題來了。這樣高的要求恐怕只有合格工程師能做到。若能切入工程需要的思路，那么，個人認為：對大學一年級學生不應該講授國家標準的細節而應側重于培養分析問題并解決問題的能力上，當然也包括興趣培養，這也是企業和用人單位最看重的。他們需要大學畢業生“身體力行”而不是“眼高手低”。因此，工程制圖就應該著力培養學生的空間形象思維和邏輯思維能力，重點關注實踐性課堂教學與制圖實踐之間的銜接。當課程培養目標確定以后，課程所用教材的編寫就有了指引并能做到重點突出而易于接受。如是，則學生的能力培養可期！

2.工程制圖教材構成和課堂教學中幾個值得商榷的問題

機械零件“抽殼”為幾何形體即組合體，組合體的投影制圖是機件表達的“前身”，為組合體的投影制圖打基礎的是確定面輪廓的一系列“求交”制圖：“面面交”“ 面體交（截交）”， “體體交（相貫）”。教學進入組合體章節就到了“兩難”境地，卻又是最好的能力培養階段。一難是教學難：把形體分析結合線面分析方法授予學生以后，輔助實感三維模型動畫加以啟發，然后老師往往也號召學生“發揮空間想象”。二難是學生掌握難：方法似懂，應用卻難，糾結于形體實際形狀而又未能想象出，又要求解未知視圖，如之奈何？為此，筆者在教學中授予學生“組合體讀圖要訣”： 見線識面，見園看柱，線框是面，見交畫線，線對線框，線框對線框，形體分析，從大到小，線面分析，截交相貫。這就串接了知識點，加強了邏輯思維能力訓練，消除了學生的畏難情緒，有效激發了學生構思解題的創新欲望。通過二十多年的教學實踐，作為課堂教學經驗或建議，為了便于同行間交流，筆者將工程制圖教材構成和課堂教學中幾個值得商榷的問題梳理如下：

（1）面圍成體，面的邊界或輪廓是構圖的關鍵，面輪廓即體輪廓。所以，講清楚面輪廓的投影制圖即“求交”很重要。

（2）線面相對位置中的垂直以及投影變換應淡化或“砍掉”。

（3）半剖視圖教學應強調這種表達兼備“外形”和“內形”的工程含義，肋板剖切畫法應去掉，留給將來查閱國家標準細節。

（4）機械標準件和常用件教學應先講機器構造的一般知識，教材應先安排機器構造簡介的小節，齒輪和軸承部分應去掉幾何參數計算，軸承畫法中應添加軸向定位的設計和工藝知識，僅作為常識簡介，便于提高學生繪制機器裝配圖的能力和水平。

（5）裝配圖教學及學生繪圖實踐教學周階段應強化學生準確讀取零件圖信息的訓練。工程上的企業新品開發往往先設計產品總圖即裝配圖再詳細設計零件圖，但二者經常交互，例如裝配干涉時必然要修改零件圖等等。總而言之，讓學生畫出一張“地道”的裝配圖是我們制圖教師們共同努力的目標！

以上“梳理”意在拋磚引玉，值得進一步琢磨的地方還很多吧？

三、結束語

理工科技術基礎課的教學改革是一項不斷求真的復雜的系統工程。有道是“仁者見仁，智者見智”，但是，高校對課堂教學法的探索將是永無止境的。

如何通過必要的教學設計和教學手段讓剛進大學的學生接觸工程喜歡工程又學起來自信而有趣呢？這或許是最為切實可行的第一步。

參考文獻：

[1]殷瑞鈺，汪應洛，李伯聰.工程哲學[M].北京：高等教育出版社.

[2]工程思維的性質和認識史及其對工程教育改革的啟示

——工程教育哲學筆記之三[J].高等工程教育研究，2018（04）

[3]李凌樂.應用型創新人才培養背景下的工程制圖教學，大學教育，2016，（04），167-168 .