新工科背景下應用型本科“機械制圖”課程改革探索＊

董慧芳 ， 路 玲 ， 龔智強 ， 胡 健

（巢湖學院機械工程學院，安徽 巢湖 238000）

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展等一系列國家重大發展戰略，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設[1]。新工科建設要求把培養時代和未來的創新型卓越工程人才擺在更加突出的戰略位置，加強對新工科建設規律的研究，以新的理念、新的要求、新的途徑加快我國工程教育改革，為“中國夢”的實現和未來復雜多變的世界提供智力支撐和人才保障[2]。

“機械制圖”是機械類專業最重要的一門專業基礎課之一，該課程重在培養學生的讀圖和繪圖能力，要求學生具備一定空間想象力和思維力、掌握一定的分析問題以及解決問題的能力[3]，是一門與工程實際聯系非常緊密的課程。在機械產品設計制造過程中，機械設計工程師通過圖樣的方式展現產品的設計思想，工人根據圖樣獲悉產品的形狀大小和技術參數，進而將產品制造出來。因此，圖樣是表達機械產品設計意圖和制造要求的重要技術文件。機械制造類企業普遍對于“機械制圖”等專業基礎課程非常重視，認為掌握機械制圖等基礎能力是機械類技術崗位必須具備的職業技能，對學生的職業縱深發展起著關鍵性的作用。

該課程內容抽象、知識點繁多，對學生空間想象能力及發散思維提出了很高的要求。本文立足于新工科背景下工程教育改革的特點和要求，針對“機械制圖”課程在傳統教學方法中存在的不足，進行教學改革研究，旨在提高課程教學效果，為后續課程學習及將來進入企業工作打下扎實的制圖基本功。

1 教學中存在的問題

1.1 教學內容

機械制圖雖然是機械類專業的一門傳統學科，但是制圖能力仍然是機械工程師的必備技能。然而，“機械制圖”教學內容仍以訓練學生直接繪制二維圖紙的能力為主，與現代設計方法的聯系不夠緊密，未能體現機械行業的最新發展趨勢。此外，在過去的教學過程中過于注重對學生的知識傳授和能力培養而忽略了對學生價值觀的引領和培育，在新工科建設背景下，專業課不僅僅要傳授知識，還要承擔育人的功能。

1.2 實踐環節

學生的識圖和繪圖能力不是一蹴而就的，需要通過大量的練習和實踐鍛煉。僅僅靠章節習題、圖紙抄畫練習是遠遠不夠的，需要通過綜合性和開放性的實踐鍛煉才能將片段式的章節知識點連接成一體化的知識結構。

1.3 教學方法

傳統的教學模式還是以教師講授為主，這種填鴨式講解模式仍顯得相對單一，學生主動思考主動學習的能力仍然較差，同時教師對學生的學習狀態以及學習過程也難以準確把握，總體教學效果較差。

2 教學改進措施

2.1 優化教學內容

在過去，老一輩的工程師在設計產品時通過手工繪圖的方式直接繪制二維圖紙，隨著計算機二維繪圖軟件的應用，傳統的手工繪圖方式逐步被利用軟件繪圖替代。但是，無論是手工繪制二維圖紙還是運用二維繪圖軟件繪制二維圖紙，對于工程師的空間想象能力都提出了很高的要求。因此，長期以來，訓練學生的空間想象能力一直都是“機械制圖”課程的教學重點和難點，特別是那些空間想象能力不好的同學，在“機械制圖”課程的學習中感到非常的困難。

三維建模技術的出現，使得這種困境得到了明顯的改善。在設計教學內容時，利用三維建模軟件，建立空間模型實例庫，如圖1所示，通過三維模型的展示將抽象的點、線、面投影概念直觀化、清晰化，在利用三維建模軟件將三維模型轉化為二維圖形的過程中，幫助學生理解和掌握較為復雜形體的空間幾何結構，有效促進了學生空間構型能力和思維能力的培養，提升了學生的學習效果。

圖1 部分模型實例(剖視圖)

2.2 實踐環節設計

制圖能力是機械工程師的必備技能。在設計實踐環節時，通過設立綜合性、設計性實驗項目，提高學生的動手能力、創新意識和應用能力。具體措施主要有：

2.2.1 引入三維建模技術，熟悉企業實際的產品設計方法（計算機繪圖）

在傳統手工繪圖訓練的基礎上，引入企業實際應用的三維建模技術，學生在教師的指導下，學習三維建模軟件的一些基本建模方法，并以工程實踐案例進行實物測繪、工藝分析、三維建模、二維零件圖和裝配圖繪制等。以某一醫療機械產品的裝夾部件為例，讓學生了解部件的結構組成和裝配關系等，利用測量工具測繪出形狀尺寸和位置尺寸，應用Proe軟件建立三維模型，進而轉化導出二維工程圖紙，再進行標注，如圖2所示。通過此案例的實踐訓練，使學生了解和掌握三維建模技術在企業的產品開發流程中的應用，將產品設計要求和制造工藝要求相結合，提升學生的實踐動手能力和應用能力。

圖2 工程實踐案例

2.2.2 引入3D打印技術，制作三維模型

通過引入3D打印技術，讓學生了解先進的制造技術，拓展學生的視野，同時也讓學生通過實物制造的全過程檢驗模型設計的合理性。整個實踐環節包括自主設計模型或利用老師提供的模型、學習3D打印設備的使用方法、三維模型的制作等。將3D打印技術融入課程的實踐教學，彌補了傳統機械制圖課程的局限性，學生在整個實踐過程中首先對二維圖紙會更加細致深入的分析，然后通過三維建模過程來驗證二維圖紙識讀的正確性，學生在此過程中會發現識圖過程中的薄弱點并及時糾正強化，最后應用3D打印技術對模型進行制作，如圖3所示，制作完成后可以對實物進行測量進一步驗證模型的正確性。整個實踐環節能夠培養學生的創新思維和動手能力，同時克服了以前學習的枯燥乏味性，進一步提升了該課程學習的趣味性和前沿性。

圖3 3D打印制作的模型

2.3 教學方法改進

在該課程教學過程中，改變傳統的教學方法和教學手段，利用超星學習通APP，建立在線網絡課程資源庫，開展線上線下混合式教學[4]。

在課前導學和預習中， 每次課前，教師利用超星學習通APP的“通知”功能發布課前預習任務，將所要預習的課件、視頻資源等設置為任務點，學生通過電腦或者手機終端接收教師發布的預習任務，按照預習任務的要求在規定的時間內完成預習任務。在預習任務中，通過設置自測題，讓學生了解自己的預習效果，同時也讓教師掌握學生對所預習的知識點的理解和掌握程度，便于教師在課堂教學中對某些知識點進行重點講解。

課堂教學中，教師根據學生課前預習情況，有針對性的設計課堂教學內容，對于學生在預習過程當中反映出來的問題進行精講。在課堂上，利用超星學習通的分組、討論、課堂測驗、投票等多種功能設計教學過程，開展互動討論，引發學生思考。例如在講授每一個重難點問題時，可通過“討論”功能要求學生進行實時回答，也可以通過發布“課堂測驗”當場檢驗學生的掌握程度。教師根據學生課堂測驗反映出來的問題及時對易錯處進行重點講解，進一步強化教學的薄弱環節，及時消除知識盲點。教師還可以通過“分組”任務將學生分組對不同三維幾何體的視圖選擇方案進行設計，提高了學生的分析能力和應用能力，提高了學生的課堂參與度，培養學生被動思考變為主動思考的能力。

課后鞏固和交流，教師通過超星學習通“作業”功能建立作業庫并發布，學生提交作業后可以看到作業的詳細解答，同時教師根據作業的完成情況針對性地對作業進行講解。學生有問題可以通過“討論”功能向教師發問，及時與教師溝通。教師可利用軟件數據統計和分析功能對學生任務點完成、作業提交、課堂測驗成績以及作業得分等綜合情況來評估學生對知識點的掌握程度和學生的學習態度，及時做出調整和反饋。

3 結語

“機械制圖”是機械類等工科專業重要的專業基礎課程，是進行機械設計和創新的重要基礎，是“機械原理”“互換性與測量技術”“機械設計”等核心課程的重要前置課程，為學生從事機械產品設計與制造等工作提供必要的知識儲備。因此，為了適應新時代發展要求，在新工科建設背景下，在“機械制圖”課程教學過程中，從教學內容優化、實踐環節設計和教學方法改進等三個方面進行探索，突出以學生為主體，以培養多元化、創新性卓越工程人才為教學目標，以培養學生大國工匠精神、家國情懷和使命擔當為育人目標，旨在提高學生自主學習的能力，培育和鍛煉學生理論聯系實踐和自主創新的能力。