一流課程建設(shè)背景下機械制圖教學(xué)改革與實踐

黃永貴，梁國星，趙 建

（太原理工大學(xué) 機械與運載工程學(xué)院，太原 030024）

制圖類課程是理工科院校相關(guān)專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究繪制和閱讀工程圖樣的理論與技術(shù)，普遍應(yīng)用于工程領(lǐng)域制造信息的表達和傳遞，在技術(shù)與管理工作中有著廣泛的應(yīng)用，具有很強的實踐性和應(yīng)用性[1]，對培養(yǎng)邏輯思維和激發(fā)創(chuàng)新潛力有重要影響。機械類專業(yè)作為理工科院校的標志性專業(yè)，機械制圖既是其一門單設(shè)課程，也貫穿于整個培養(yǎng)計劃中很多專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，此外，其內(nèi)容體系還可進一步輻射到近機類專業(yè)，為理工科學(xué)生專業(yè)能力提升和嚴謹細致態(tài)度培養(yǎng)提供有力支撐。因此，在一流專業(yè)、一流課程建設(shè)背景下，如何發(fā)揮機械制圖作為機械專業(yè)先修課的重要作用，充分支撐畢業(yè)要求指標點的達成，是眾多機械制圖類課程建設(shè)面臨的問題[2]。

我國高校自20 世紀50 年代引入工程制圖類課程后[3]，諸多圖學(xué)工作者結(jié)合課程教學(xué)中凸顯的問題先后進行了一系列的課程改革[4]，助推了制圖類課程的發(fā)展，并形成了較為完善的課程體系。但隨著近年來大學(xué)由精英教育向大眾教育的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)課程體系在內(nèi)容編排、教學(xué)方法、考核手段等方面整體變動很小，課堂教學(xué)滯后于業(yè)界對大學(xué)生的期望[5]，更嚴重落后于新興技術(shù)發(fā)展態(tài)勢，尤其在面臨“卡脖子”的尖端技術(shù)革新對復(fù)合型創(chuàng)新性人才的需求時，課程的適應(yīng)性更顯不足。因此，課程體系的深入改革仍是當前圖學(xué)工作者要重點開展的工作。

一 課程建設(shè)現(xiàn)狀

（一）課程內(nèi)容固化，滯后于業(yè)界新技術(shù)

傳統(tǒng)機械制圖教材沒有對培養(yǎng)對象做出明確的區(qū)分，因而無法體現(xiàn)各自的特點，在內(nèi)容編排上普遍是先介紹國家標準的基本規(guī)定，這項枯燥的內(nèi)容無法在一開始提起學(xué)生的濃厚興趣，甚至使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，更影響到后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)；其次，由點到線再到面的投影基礎(chǔ)理論部分，雖然是為后續(xù)形體學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)的必備知識，但因具有較強的理論性，學(xué)生難以與實際相聯(lián)系，因此學(xué)習(xí)起來感到晦澀難懂，以致失去學(xué)習(xí)制圖的信心；第三，在基本形體學(xué)習(xí)中，注重強調(diào)形體交線的取點畫法，而弱化交線自然形成的本質(zhì)，單純從理論高度來解釋自然現(xiàn)象，無法獲得較好的傳授效果；第四，在零部件及裝配圖學(xué)習(xí)中，其表達僅停留在課堂上，沒有注重與企業(yè)實際設(shè)計制造過程聯(lián)系一體，忽略了實踐的指導(dǎo)作用[6]。

（二）課程實踐薄弱，與培養(yǎng)目標不相符

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力，實踐教學(xué)必不可少，也是復(fù)合型人才培養(yǎng)過程的重要環(huán)節(jié)[7]。因此，培養(yǎng)復(fù)合型人才要兼顧“應(yīng)用”與“創(chuàng)新”，必須協(xié)調(diào)好實踐與理論的統(tǒng)一性，強化實踐環(huán)節(jié)在課程內(nèi)容中的重要性，走由實踐總結(jié)理論、再應(yīng)用于實踐的道路。認知實踐、手工繪圖實踐、上機實踐及測繪實踐等是制圖課程的重要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效手段，然而在當前人才培養(yǎng)大背景下，總課時壓縮導(dǎo)致制圖課程課時削減后，難以做到理論與實踐的兼顧統(tǒng)一。

（三）考核方式單一，與素質(zhì)教育相背離

考核是對學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的一種反饋，在一定程度上體現(xiàn)了學(xué)生對所學(xué)知識的理解運用水平。實踐教學(xué)是復(fù)合型人才培養(yǎng)的必修環(huán)節(jié)，實踐環(huán)節(jié)考核是課程全面考核體系的重要組成部分，且不同的實踐環(huán)節(jié)側(cè)重各不相同，其評價方法也應(yīng)差異化體現(xiàn)。然而目前仍多沿襲紙卷分數(shù)為主、平時成績?yōu)檩o的考核方式，使理論知識考核占到總評成績的80%～90%，盡管平時成績也包含了一定的實踐內(nèi)容，但難以凸顯其重要性，導(dǎo)致實踐環(huán)節(jié)成為簡單的機械性重復(fù)，難以吸引學(xué)生獨立思考，失去了實踐環(huán)節(jié)的意義[8]。其結(jié)果是過程評價的意義被忽略，不利于大學(xué)生的綜合素質(zhì)評價[9]，與當前大力推行的素質(zhì)教育大相庭徑。

綜上所述，當前的機械制圖課程在實際應(yīng)用中還存在著諸如課程內(nèi)容與培養(yǎng)計劃不相符、理論與實踐不統(tǒng)一、考核方式與教育理念相背離，以及課堂教學(xué)方法傳統(tǒng)單一等問題。為了使課程教學(xué)適應(yīng)一流課程建設(shè)背景下的現(xiàn)代教育發(fā)展，對現(xiàn)階段機械制圖課程存在的上述問題進行全面深入的改革并付諸實踐勢在必行。

二 課程改革探索

近年來，太原理工大學(xué)持續(xù)在“雙一流”建設(shè)上發(fā)力，在本科生人才培養(yǎng)方面實施了一系列改革舉措，基層教研室圍繞學(xué)校辦學(xué)定位和人才培養(yǎng)目標，積極開展教研、加強課程建設(shè)、實施改革探索，為學(xué)校“雙一流”建設(shè)添柴加薪。工程圖學(xué)教研室承擔(dān)著全校52 個理工科專業(yè)160 余個班級的制圖類課程教學(xué)任務(wù)，近年來，教研室積極推進教學(xué)改革，尤其在機械類專業(yè)制圖課程教研方面，以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標，以一流課程建設(shè)為載體，做出了一系列的改革舉措。

（一）課程內(nèi)容體系創(chuàng)新重構(gòu)

針對現(xiàn)有教材編寫普遍存在的“課程內(nèi)容固化，滯后于業(yè)界新技術(shù)”這一問題，探索適用于復(fù)合型人才培養(yǎng)的機械制圖課程內(nèi)容體系，解決當前高校畢業(yè)生的知識結(jié)構(gòu)與行業(yè)需求不匹配、培養(yǎng)的人才不適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展需求這一突出矛盾。如圖1 所示，首先從形體入手，通過三維造型設(shè)計展現(xiàn)不同類型基本體、組合體及典型零部件的結(jié)構(gòu)，重點培養(yǎng)形象思維能力；然后回歸教材將其與立體的投影表達相結(jié)合，繼而將計算機繪圖融入工程圖樣繪制；由立體分解出面，繼而到線再到點，通過自然過渡形成投影理論基礎(chǔ)，逐步探索建立自上而下的學(xué)習(xí)方法；在學(xué)習(xí)過程中按照國家標準的基本規(guī)定，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生貫徹標準的工程意識；將三維造型與二維繪圖、3D 掃描與打印融入課程內(nèi)容體系，在實踐環(huán)節(jié)將課程學(xué)習(xí)中遇到的典型零件進行建模及3D 打印，熟悉零部件成形過程，以解決復(fù)雜形體空間想象難以及無法判斷想象結(jié)果是否正確的問題，幫助學(xué)生正確理解視圖，提高空間想象的準確率。通過實際觀察進一步培養(yǎng)學(xué)生工程概念，找到與理論基礎(chǔ)的緊密聯(lián)系，也為實踐環(huán)節(jié)提供保障。

圖1 機械制圖創(chuàng)新教育課程體系

（二）探索理論實踐融合教學(xué)方法

針對復(fù)合型人才培養(yǎng)的實踐性和創(chuàng)新性強這一特點，從課程的理論與實踐協(xié)調(diào)統(tǒng)一方面開展了探索研究。首先，根據(jù)新的培養(yǎng)計劃確立實踐性環(huán)節(jié)占課程教學(xué)課時數(shù)的比重，進一步向?qū)嵺`性環(huán)節(jié)傾斜。其次，改變掌握大量理論的基礎(chǔ)上再開展實踐環(huán)節(jié)的常規(guī)安排，力求實踐先行、結(jié)合理論、二次實踐的教學(xué)安排。如零部件表達部分的學(xué)習(xí)先在工廠參觀實踐，在輕松有趣的氛圍下了解零部件的表達方法，然后帶著“為什么采用這樣的表達方案”等問題回歸課堂，學(xué)習(xí)零部件表達方案，通過給定常用零部件實體，各自采用自己的方案進行表達并交流自己的心得體會。最后，將計算機二、三維繪圖分別融入到投影理論與立體表達部分的學(xué)習(xí)中，訓(xùn)練計算機繪圖能力。通過運用先進的多媒體教學(xué)手段，將靜止抽象的結(jié)構(gòu)圖例設(shè)計成動態(tài)的三維形體進行演練，將零部件的制造方法及工作過程視頻穿插到課堂講解中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和課堂參與積極性，增強學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力。

（三）實施全程量化考核評價

為全面客觀地反映學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，有利于復(fù)合型人才的培養(yǎng)，改原來單一紙卷結(jié)課考試為全程動態(tài)考核形式，以加強對全學(xué)習(xí)周期的動態(tài)考核和評價，具體內(nèi)容如圖2 所示。首先，在考核內(nèi)容上強調(diào)實踐環(huán)節(jié)的比重，突出實踐環(huán)節(jié)的重要性，體現(xiàn)立體投影在紙卷中的重要地位，將投影理論基礎(chǔ)部分體現(xiàn)在形體表達中來考查；其次，強化過程管理的重要性，將平時作業(yè)、上課出勤、課堂表現(xiàn)等學(xué)習(xí)過程體現(xiàn)在平時成績中，增強考核的科學(xué)性；第三，考核形式上試行面試方案及分組考核方式，兼顧個人能力與團隊協(xié)作能力的考察，并設(shè)置具體量化指標。針對實踐環(huán)節(jié)表現(xiàn)突出的學(xué)生，給予面試考核的機會，在考前組成面試考核小組，對面試考核合格學(xué)生免筆試，不合格學(xué)生再參加筆試取得成績。為了充分體現(xiàn)考試的公平性，在紙卷考題命制上邀請同類院校專業(yè)教師命題，既有利于實現(xiàn)考教分離方案探索實施，又利于避免不同層次學(xué)校教師出題存在的偏差等問題。

圖2 機械制圖全程量化考核評價體系

三 課程改革成效

（一）學(xué)習(xí)達成度逐步提升

受學(xué)校專業(yè)調(diào)整和培養(yǎng)方案優(yōu)化等因素影響，機械制圖課程上課班級從2016 級的24 個班增加到2020級的35 個班，統(tǒng)計歷年來機械制圖課程考試成績，近五年考試及格率維持在85%，且總體呈現(xiàn)上漲趨勢，優(yōu)秀率（總評大于等于90 分）從2016 級的10%增長到2021 級的15%。其中課程改革的推行實施從2018 級開始，2017 級及以前主要沿用紙卷加平時成績的形式。從成績匯總數(shù)據(jù)可見：課程的及格率基本上維持在85%左右，說明學(xué)生對課程改革具有較好的適應(yīng)性，未因教學(xué)過程和考核方式的大幅變化導(dǎo)致成績的大幅波動，且及格率與課堂上學(xué)生狀態(tài)基本相符，即絕大部分學(xué)生能緊跟節(jié)奏、認真堅持、積極互動，但總有極少數(shù)學(xué)生課堂上心不在焉、課下三心二意，導(dǎo)致無法取得基本的及格成績。從成績優(yōu)秀率來看，自課程改革實施以來的近三年中有了4%的提升，每年惠及40 余名學(xué)生。說明課程改革的實施有利于展現(xiàn)學(xué)生的全方位學(xué)習(xí)能動性，提升學(xué)習(xí)成效。

（二）課外競賽效果明顯

“全國大學(xué)生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽”（簡稱“成圖大賽”）作為圖學(xué)界的奧林匹克，越來越受到學(xué)校相關(guān)部門的重視。太原理工大學(xué)自2016 年參加第九屆成圖大賽取得一定成績以來，在教學(xué)過程中逐步融入大賽元素，注重在理論知識講授、計算機參數(shù)化建模、數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計等方面培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能動性。教研室基于該項賽事所涉及的內(nèi)容進行創(chuàng)新項目內(nèi)容設(shè)計，以訓(xùn)練學(xué)生的個人創(chuàng)新實踐能力和團結(jié)協(xié)作能力，協(xié)調(diào)發(fā)展學(xué)生的知識、能力與素質(zhì)。正是在課程教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生競賽能力的持續(xù)改革，學(xué)生課外競賽熱情高漲，參與人數(shù)逐年遞增，競賽成效明顯，近五年教研室指導(dǎo)學(xué)生參加成圖大賽獲國家二等獎7 項，省級一等獎3 項、二等獎5 項、三等獎7 項。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，成圖大賽取得了一定的成績，其中很重要的一方面就在于課程改革中理論實踐融合教學(xué)方法和自主學(xué)習(xí)項目設(shè)計的實施，取得了明顯的成效。與此同時也注意到，同部分競賽實力強勁的高校相比，在該項賽事上還有很大的進步空間，尤其是在國家一等獎上亟待突破，這也堅定了我們在課程教學(xué)中繼續(xù)堅持理論指導(dǎo)實踐、項目驅(qū)動教學(xué)的改革路線。

（三）創(chuàng)新實踐能力增強

過去五年，制圖教研室共指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目7 項，其中國家級項目3 項，項目申報時尚處于大一年級的參與者達到60%。在項目實施過程中，大一新生因剛剛完成制圖課程學(xué)習(xí)，對國家標準的規(guī)定、繪圖技能要點等掌握牢固，可完成機構(gòu)裝置的裝配圖設(shè)計和零件圖表達，甚至可將自己的創(chuàng)新性思維體現(xiàn)到對零部件的優(yōu)化設(shè)計和表達中，表現(xiàn)出極強的創(chuàng)新實踐能力。其次，在老師們的各類縱橫向項目實施中，經(jīng)師生雙向選擇后部分本科生承擔(dān)了重要科研角色，包括文獻資料查閱、研究綜述撰寫、機械圖樣設(shè)計等，通過對各項目的參與和具體實施，學(xué)生的眼界變得開闊、思維更加縝密、創(chuàng)新實踐增強，表現(xiàn)出的科研熱情在大四保研中成為一種獨有優(yōu)勢，受到導(dǎo)師青睞。

四 結(jié)束語

一流課程建設(shè)背景下機械制圖課程教學(xué)改革與實踐是適應(yīng)新時期高等教育發(fā)展而做出的課程改革舉措，通過課程內(nèi)容的改革，重新設(shè)計適合于新時代人才培養(yǎng)計劃的課程體系，將業(yè)界前沿技術(shù)融入教學(xué)內(nèi)容，課程內(nèi)容安排上弱化理論性、突出實用性、體現(xiàn)先進性、培養(yǎng)創(chuàng)新性；通過對教學(xué)方法的改革，降低教師的主導(dǎo)作用，突出學(xué)生的自主性，以“提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強自主學(xué)習(xí)能力”為目標改進教學(xué)方法；通過對考核內(nèi)容與形式的改革，強化過程管理，創(chuàng)新考核方式，推行面試等考核形式，增強課程考核實踐環(huán)節(jié)比重，提高學(xué)生參與課堂的積極性，培養(yǎng)濃厚的學(xué)習(xí)興趣。最終實現(xiàn)學(xué)生成績有提升、課外競賽有實力、創(chuàng)新實踐有基礎(chǔ)的明顯成效，探索出一種“實踐先行、總結(jié)理論、指導(dǎo)實踐”的復(fù)合型人才培養(yǎng)模式，極大地促進機械制圖課程教學(xué)質(zhì)量提升，為一流課程建設(shè)奠定堅實基礎(chǔ)，服務(wù)于普通高校復(fù)合型人才培養(yǎng)需求。