新工科背景下機(jī)械制圖課程教學(xué)思考

孫昂

（大連海事大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，遼寧 大連）

一 引言

隨著中國(guó)近些年科技水平的不斷進(jìn)步，社會(huì)對(duì)人才的需求也發(fā)生了深刻改變。傳統(tǒng)的靠知識(shí)重復(fù)運(yùn)用型人才已不能滿足科技高速發(fā)展的社會(huì)要求，新工科建設(shè)正是在此背景下產(chǎn)生，旨在促進(jìn)高校培養(yǎng)科學(xué)基礎(chǔ)厚、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的應(yīng)用型創(chuàng)新人才[1]。傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教為主，教師是課堂的主導(dǎo)和主體，注重知識(shí)講解的邏輯性，大部分時(shí)候?qū)W生只是聽眾，沒有真正成為課堂的積極參與者，聽得多想得少，因此培養(yǎng)出來的絕大部分學(xué)生不會(huì)“舉一反三”，不能理解知識(shí)的本質(zhì)，學(xué)到的知識(shí)是僵化的，難以適應(yīng)不斷變化的社會(huì)需要[2]。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，承擔(dān)學(xué)生培養(yǎng)的各門課程，應(yīng)主動(dòng)對(duì)接新工科教育理念，探索多種形式的以學(xué)生為中心的教學(xué)過程[3]。機(jī)械制圖是工科學(xué)生的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性與實(shí)踐性，課程的定位是，使學(xué)生了解工程制圖的知識(shí)和規(guī)范、培養(yǎng)手繪和使用軟件繪制與閱讀工程圖樣的能力，進(jìn)而在一定程度上提高學(xué)生的空間思維能力、基本的工程意識(shí)和創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計(jì)能力以及創(chuàng)新意識(shí)[4]。如何根據(jù)課程的特點(diǎn)并結(jié)合新時(shí)期人才培養(yǎng)的要求，探索適合本課程的教學(xué)方法一直是講授這門課的教師們思考的問題。筆者通過學(xué)習(xí)和多年的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出了下面幾點(diǎn)教學(xué)心得。實(shí)踐表明，將這些方法應(yīng)用到教學(xué)中可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，有利于課程人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

二 講好課程緒論

法國(guó)著名教育家第惠多斯說：“教學(xué)的藝術(shù)，不在于傳授的本領(lǐng)，而在于激勵(lì)、喚醒、鼓舞[5]。”現(xiàn)代教育理念更是強(qiáng)調(diào)，教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生是主角，教師是課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織者，教師傳授的知識(shí)必須通過學(xué)生的充分吸收才會(huì)內(nèi)化成學(xué)生的能力。因此，教師組織課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的主動(dòng)性、積極性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，從而激發(fā)出強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，引導(dǎo)學(xué)生自覺的思考和求學(xué)。

制圖課程主要講解“畫圖”與“讀圖”的原理和方法，要求學(xué)生有一定的立體感，但大部分學(xué)生欠缺這方面的能力，理解和想象立體存在困難，這導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣難以激發(fā)[6]。

因此上課伊始，就需要講好課程的緒論，使學(xué)生了解課程對(duì)于自己專業(yè)的重要性，從而有意愿克服困難學(xué)好本課程。在克服困難的學(xué)習(xí)過程中，他們的學(xué)習(xí)興趣就能不斷被激發(fā)出來。

如對(duì)于我校的機(jī)械類、輪機(jī)、航海等專業(yè)，緒論中會(huì)結(jié)合船舶、船上的甲板機(jī)械、機(jī)艙的主機(jī)、輔機(jī)等設(shè)備，使學(xué)生了解未來的工作對(duì)象，課程對(duì)于他們未來從事的工作必不可少。對(duì)于自動(dòng)化和通信類同學(xué)，可以展示高科技的智能設(shè)備，機(jī)器人、仿生魚等，讓學(xué)生們知道機(jī)電一化設(shè)備是智能制造的發(fā)展方向，他們的專業(yè)是負(fù)責(zé)其中的智能部分，智能部分與機(jī)械部分是有關(guān)聯(lián)的，因此需要了解設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)。

三 注重講練結(jié)合，讓學(xué)生參與課堂教學(xué)

講課過程中，為了提高教學(xué)效果，可以采用多媒體動(dòng)畫與三維模型等現(xiàn)代教學(xué)手段，把教學(xué)過程中枯燥的、復(fù)雜的、難以理解的內(nèi)容，通過生動(dòng)的、直觀的方式展現(xiàn)給學(xué)生[7]。除此之外，為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力，有些不太復(fù)雜的圖形可以讓學(xué)生先徒手繪制，然后再與講解對(duì)照。這樣讓學(xué)生融入到教學(xué)中，能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和思考。

這種方法也可以運(yùn)用到機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)的講解中。制圖標(biāo)準(zhǔn)是從事機(jī)械設(shè)計(jì)的工程人員必須了解的基本知識(shí)，但由于標(biāo)準(zhǔn)瑣碎枯燥，由老師一條條介紹無(wú)疑會(huì)降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課堂上老師介紹完圖紙和圖線等內(nèi)容后，可以讓學(xué)生們打開書，根據(jù)尺寸標(biāo)注的表格，由學(xué)生們一條條讀出尺寸的規(guī)定，使學(xué)生真正成為課堂的主人，成為傳授知識(shí)的主角，融入到課堂教學(xué)中，學(xué)生們就會(huì)對(duì)尺寸標(biāo)注印象深刻，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

四 教學(xué)生學(xué)會(huì)比較思考

基本體是學(xué)生在課程中首先接觸到的立體，在基本體截切求截交線和基本體相交求相貫線時(shí)，由于學(xué)生剛剛接觸到立體，他們很難想象出立體空間形狀，當(dāng)然也不能正確畫出投影。

為了培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，教學(xué)中可以從簡(jiǎn)單的截切入手，然后逐漸將截切變得復(fù)雜，但要注意保持每次截切體之間的遞進(jìn)，以方便學(xué)生想象。如下圖1 所示四棱錐（a）、（b）、（c）、（d）四個(gè)截切演化的過程。這樣學(xué)生便可以由易到難通過觀察比較，想象出復(fù)雜的立體。以后碰到復(fù)雜的截切也會(huì)自己采用類似的方法解決問題，教會(huì)了他們一種思考問題的方法。

圖1 四棱錐的截切

在工程制圖的教學(xué)中還包括一些規(guī)定的簡(jiǎn)化畫法的介紹。對(duì)于這些畫法，如果完全采用講授法教學(xué)，就會(huì)使學(xué)生淪為聽眾，而不會(huì)真正理解簡(jiǎn)化畫法的實(shí)質(zhì)，學(xué)完之后很容易忘記。以圖2 所示兩個(gè)垂直正交圓柱相貫線的簡(jiǎn)化畫法為例，如果采用對(duì)比、討論的方式進(jìn)行教學(xué)，可以促進(jìn)學(xué)生思考，深刻理解相貫線的投影特點(diǎn)和簡(jiǎn)化畫法。教學(xué)中首先請(qǐng)同學(xué)觀察（a）與（b）主視圖的區(qū)別，然后在圖3中找出與之相對(duì)應(yīng)的實(shí)體模型，構(gòu)建立體和投影之間的映射關(guān)系。最后請(qǐng)同學(xué)自己尋找并總結(jié)出相貫線的簡(jiǎn)化畫法。這樣的教學(xué)過程能引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，促進(jìn)了學(xué)生的思考。

圖2 圓柱垂直正交相貫線簡(jiǎn)化畫法

圖3 圓柱相貫實(shí)體圖

五 教學(xué)生學(xué)會(huì)畫立體圖

目前機(jī)械制圖課程大都采用多媒體課件進(jìn)行教學(xué)，希望借助軟件建立立體模型，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)立體空間形狀的了解。但依據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，效果并不理想，學(xué)生對(duì)課上見過的立體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并沒有清晰的印象，因此畫出的投影錯(cuò)誤也較多。

學(xué)生對(duì)立體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)把握不清的原因在于，學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之前，缺少對(duì)立體結(jié)構(gòu)的觀察。僅靠課堂上有限的時(shí)間觀察，難以建立深刻的印象。因此教會(huì)學(xué)生自己畫立體圖，是幫助他們?cè)鰪?qiáng)立體結(jié)構(gòu)了解的有效手段。落實(shí)到教學(xué)中就是將軸測(cè)圖盡早教會(huì)學(xué)生[8-9]。

軸測(cè)圖的介紹可放在基本體三面投影學(xué)習(xí)之后。講解正等軸測(cè)圖的基本知識(shí)和基本體軸測(cè)圖的畫法。然后在學(xué)習(xí)立體截切、相交時(shí)，鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生先根據(jù)正面投影徒手畫出立體的軸測(cè)圖，然后再繪制水平投影和側(cè)面投影。例如在學(xué)習(xí)課程難點(diǎn)空心圓柱的截切時(shí)，學(xué)生們理解起來都比較困難。因此選取兩道典型結(jié)構(gòu)，如圖4 所示，讓學(xué)生們先畫軸測(cè)圖，再結(jié)合軸測(cè)圖畫出三面投影，通過投影與軸測(cè)圖的結(jié)合與對(duì)比，學(xué)生就能理解立體結(jié)構(gòu)與投影之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，更好地掌握較難結(jié)構(gòu)的投影。

圖4 空心圓柱截切對(duì)比

教師平時(shí)授課時(shí)要經(jīng)常畫軸測(cè)圖，給學(xué)生做示范。課后練習(xí)時(shí)，也建議學(xué)生在繪制投影時(shí)，先在草紙上畫出相應(yīng)的軸測(cè)圖，弄清軸測(cè)圖結(jié)構(gòu)與投影的對(duì)應(yīng)關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)立體的感性認(rèn)識(shí)。這種方法簡(jiǎn)單易行,學(xué)生學(xué)會(huì)之后，課后就可以自己繪制，幫助理解立體的結(jié)構(gòu)，繪制出正確的投影圖。

六 讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會(huì)快樂

初學(xué)立體投影，難免會(huì)有多畫或漏畫圖線的情況發(fā)生，教會(huì)學(xué)生自己查找錯(cuò)誤的方法，比直接告訴學(xué)生正確答案更有意義。例如組合體讀圖有這樣一道題，如圖5 所示，要求根據(jù)已知的兩個(gè)視圖，補(bǔ)畫俯視圖。學(xué)生經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)如圖6 所示的兩種錯(cuò)誤視圖。如何教會(huì)學(xué)生檢查出錯(cuò)誤并正確理解立體呢？作業(yè)點(diǎn)評(píng)中讓學(xué)生們復(fù)習(xí)之前學(xué)過的垂面投影特點(diǎn)，找到立體所具有的側(cè)垂面，并從主視圖中復(fù)雜的線框入手，分析這個(gè)線框所代表的面的空間位置，得出俯視圖會(huì)有一個(gè)與之類似的線框存在，這樣就可以找到圖中畫錯(cuò)的地方。如何正確理解實(shí)體形狀？建議學(xué)生畫軸測(cè)圖。軸測(cè)圖的繪制按立體截切的過程繪制。如下圖7 所示，該立體的初始形狀為長(zhǎng)方體, 通過三次截切得到最終形體。首先用側(cè)垂面截切長(zhǎng)方體前后, 截切特征見左視圖, 然后用對(duì)稱的正垂面截切長(zhǎng)方體的左右, 截切特征見主視圖, 最后用兩個(gè)側(cè)平面和一個(gè)水平面挖出中間的通槽。通過軸測(cè)圖將每次截切所產(chǎn)生的截交線逐一畫出, 直觀表達(dá)出長(zhǎng)方體截切中的變化和最后截得的組合體的空間形狀。教會(huì)學(xué)生采用這種方法檢查錯(cuò)誤，使學(xué)習(xí)的過程直觀、生動(dòng)與有趣，也使學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)更有信心，促進(jìn)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情。

圖5 補(bǔ)畫俯視圖

圖6 兩種錯(cuò)誤俯視圖

圖7 軸測(cè)圖的繪制過程

七 結(jié)語(yǔ)

全球已進(jìn)入科技競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代，中國(guó)也要在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、自主創(chuàng)新發(fā)展、資源配置利用、經(jīng)濟(jì)質(zhì)量效益等方面轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)由富到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變，社會(huì)各行業(yè)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求也越來越多。高等院校肩負(fù)著培養(yǎng)高水平人才的重任，其人才培養(yǎng)的質(zhì)量直接關(guān)系著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，因此高校的教學(xué)必須適應(yīng)時(shí)代的要求，樹立以學(xué)生為中心的教育理念，注重學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生分析問題、解決問題及創(chuàng)新能力的提高。文中所提到的講好課程緒論、注重講練結(jié)合，讓學(xué)生參與課堂教學(xué)、教學(xué)生在比較中思考、教學(xué)生學(xué)會(huì)畫立體圖、讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會(huì)快樂的學(xué)習(xí)方法，都是踐行以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，以激發(fā)學(xué)習(xí)熱情為目的，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)方法探索。教學(xué)中學(xué)生們學(xué)習(xí)的熱情被激發(fā)，許多同學(xué)積極主動(dòng)融入到課堂的講解中，積極響應(yīng)老師的提問，學(xué)習(xí)有困難的同學(xué)也主動(dòng)通過微信與老師討論自己學(xué)習(xí)中的疑惑或困難，并樹立起克服困難的信心，機(jī)械制圖課程的教學(xué)取得了較好的效果。這些方法有效實(shí)用，對(duì)其他課程的教學(xué)也會(huì)有一定的借鑒作用。