面向留學生的工程圖學國際化教學改革實踐與建議

盧敏

[摘 要] 以來華留學生的學習結果為導向，對工程圖學課程進行了教學改革與實踐。主要內容有以下幾點：立足國內制圖標準，引入國際標準的教學與比較;調整與壓縮畫法幾何的基礎理論教學，將點線面內容融入立體中教學;加強實踐教學環節，從CAD軟件與典型機械實物兩方面入手，培養動手設計實踐和團體協作能力;持續培養徒手繪圖技能，提升空間思維與創新表達能力等方面。在此基礎上，結合歐美國家的相關教學經驗，提出了階段式漸進教學、校企合作等若干改革發展建議，進一步提升留學生群體的本科教學成果。

[關鍵詞] 工程圖學;教學改革;結果導向;留學生

[作者簡介] 盧 敏（1975—），男，江蘇常州人，工學博士，南京航空航天大學機電學院講師，碩士生導師，主要從事工程圖學理論及教學研究。

[中圖分類號] TB23? ? ? [文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）40-0054-04? ? [收稿日期] 2021-03-07

2016年6月2日，我國成為國際本科工程學位互認協議《華盛頓協議》的正式會員。該協議是高等工程教育學歷（學位）互認的國際協議，強調以學生為中心，以提高實踐能力為導向，要求院校教育與企業專業相結合。因此，各成員國普遍采取“成果導向”的認證標準[1]，將學生最終表現作為教學成果的評價依據，進而促進專業的持續改進。

教育部《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》指出：“進一步擴大外國留學生規模。增加中國政府獎學金數量，重點資助發展中國家學生，優化來華留學人員結構。實施來華留學預備教育，增加高等學校外語授課的學科專業，不斷提高來華留學教育質量。”[2]

隨著我國成為《華盛頓協議》成員并履行相關協議內容，以及來華留學政策的利好實施，越來越多的留學生來到我國交流學習，并形成了一定的規模。但由于國情文化和教育背景的差異，留學生的高等教育教學活動不能直接套用國內學生的教學模式，需開展針對性的教學改革，調整教學內容與教學形式，進而提高留學生本科教學效果。在高等工科院校，工程圖學課程具有技術基礎課程和工程教育先導課程的特征，起著引導學生認識工程和走入工程的橋梁作用。因此，對留學生的圖學課程進行教學改革與實踐，具有一定的現實意義。

一、留學生制圖教學的現狀

當前我國的留學生普遍來自亞非拉國家，經濟文化與教育背景差異較大，相比國內學生，基礎知識的掌握相對較弱，部分留學生在中學階段沒有接受過良好的數學幾何訓練。但另一方面，留學生的英語較好，課堂表現活躍且擅于表達自己的觀點，動手實踐的意愿較強，而且思想上不循規蹈矩，易于接受新興事物。在授課方面，一般采用全英文結合小班化授課的形式，少部分經過中文培訓的留學生采用插班國內學生的形式。

“工程圖學”作為實踐性很強的專業基礎課程，一般在低年級階段教學，在當前課時普遍被壓縮的情況下，存在的問題主要有：一是圖學理論教學占比較多，實踐性環節不足;二是教學內容應用性較弱，與專業相關課程的關聯性較差，不能適應時代要求;三是考核方式單一，主要以書面考試與上機繪圖考試為主。除此以外，在留學生教學方面也表現出某些特有的問題，如側重于國內制圖標準，關于其他國家制圖標準的教學內容不足。由于留學生畢業后將回到自己的國家從事相關專業工作，標準之間的差異會帶來一定的困擾。另外，圖學基礎理論特別是畫法幾何部分的教學效果不夠理想。由于此部分內容需要較強的空間思維能力，對于中學階段立體幾何學習較弱的留學生來說是有難度的。最后，教學過程中對團隊協作和創新能力的培養相對薄弱。鑒于以上現實問題，適應時代發展要求，抓住留學生觀念開放與小班化靈活教學的優勢，可在留學生群體中進行圖學課程教學改革。

二、教學改革與實踐

（一）突出繪圖標準的學習與比較

以中國GB制圖標準為主講依據，對歐美相關標準進行適當的教學拓展，以增強留學生的國際性視野和未來工程適應能力。作為工程界的交流語言，世界各國制定了各自的制圖標準，如美國ANS標準、日本JIS標準、英國ANSI標準、德國DN標準[3]等。各標準之間具有一定的相似性，但又存在清晰的差異。例如中國、英國、俄羅斯等國實行第一分角投影法，美國、日本、新加坡等國實行第三分角投影表達，如圖1所示。此外中美兩國在圖線、機件表達等方面，也存在一定的差異，如圖2、圖3所示。鑒于此類標準問題，教學采用“立足中國國標，比較國外標準”的教學形式。課堂理論講授與實例展示主要采用中國國標內容，在留學生深刻領會與掌握的基礎上，適時引入并比較國內外標準的差異，便于學生理解接受。

（二）調整空間幾何元素投影的教學內容

在當前課時壓縮與增強教學成果的雙重要求下，結合留學生現實表現，對教學內容特別是畫法幾何部分的教學內容進行調整、壓縮與刪減是必要的。首先，單純點線面等空間幾何元素的投影具有較強的幾何抽象性與理論性，留學生難以深入理解。為此將點線面對象調整至典型形體上，借助三維形體上的頂點、邊線與平面（曲面），對其投影規律與特征進行分析與講解，留學生很容易接受，對后期深入理解復雜的三維形體也具有一貫性作用，如圖4所示。其次，對截交線與相貫線內容進行適度壓縮。目前任一三維CAD軟件都能方便快速地生成此類特征，因此僅講授求解的方法原理，介紹各種基本形體截切面的形狀特點，以及相貫線隨形體變化的規律等內容，如圖5，圖6所示。最后，不再講授幾何性較強應用性較弱的知識點，僅將其作為課后興趣的自學內容。如直線與投影面夾角的求解、直線與平面求交、最大斜度線的圖解法、換面法與旋轉法等制圖環節應用較少的知識點。

（三）增強實踐性環節并與課堂講授融合

作為工程界交流的語言，應用與實踐是制圖課程教學的導向也是最終目的。在基礎理論教學方面作出調整與縮減后，增強制圖的實踐應用是可行的，也是激發留學生自主學習的有效手段。筆者曾以訪學身份對英國高校進行調研，其中和制圖課程相關的課程有“CAD for BME”和“Mechanical Engineering and Design”等，累計兩門課程的課堂講授為16%，實驗課為30%，大作業為8%，個人自學為46%，其中“CAD for BME”課程中的實驗課達到了36%，可見實踐環節對提高學生工程實踐能力的重要作用。當前基于CAD軟件的設計表達幾乎被工程界接受并應用。因此，制圖課程的實踐性教學環節主要包括CAD軟件實踐與工程實物實踐。其中，CAD軟件實踐與教學內容相互融合[4]，如復雜形體的結構特征與投影規律、截交線與相貫線的形狀與求解原理、零件建模與裝配等，非常有利于留學生建立三維形體與二維投影之間的對應關系，提高形象思維能力與空間想象力。在實物實踐方面，當前主要分為兩類，第一類為典型機件的測繪與表達，一般由2位留學生小組配合完成，考查常用的表達方法、加工工藝、尺寸標注等知識點的掌握情況。第二類為常用機械設備的自主設計與表達，一般由3～5人一組協作完成，如螺旋式千斤頂、平口鉗等，檢驗標準件常用件的選用、零件結構與裝配關系設計、方案的可行性等。以上工作最終將全部借助CAD軟件如Solidworks完成設計表達。實踐表明，課堂講授—軟件建模—實物實踐緊密融合的“三合一”教學模式，非常適用于留學生群體。