工程制圖與CAD課程的教學融合*

殷東華 梁海龍 于景華 郝利華 金巍

1 山西工學院智能制造產業學院 山西朔州 036000 2 中北大學信息與通信工程學院 太原 030051

0 引言

認知學習就是通過研究人的認知過程來獲取知識結構，而一位教師如何對知識體系進行重構取決于知識之間的關系。目前，我國的融合式教學方式有很多。劉會燕[1]認為為滿足學生培養需求，需將線上和線下教學進行融合并付諸實踐以提高課堂效果。汪瀟瀟等[2]在構建全體系融合式教學的基礎上，實現深度與廣度的拓展，并提出進一步健全機制、研發應用信息技術、持續拓展“融合”的概念，以及未來研究深化探索的方向。馬武林等[3]提出，為保障慕課的生命力需通過增補教學PPT 等手段來對內容進行更新，以及通過增減教學視頻和增補教學PPT 的方式進行校本融合式教學改革。在融合式教育實踐的方式上，賴文斌等[4]認為，融合式教育實踐的方式有多種，可以是單門課程內的多學科融合式，也可以是多門課程的多學科融合式等。王常松等[5]對融合式教學中的教師角色與感性思維如何把握問題提出一種團隊式學習、師生角色融合式學習的教學新模式，即在教學過程中根據教學課程的特點和該階段學生自身特點而設計的教學方法。

新工科的建設目標是實現中華民族偉大復興，培養滿足國家戰略需求的創新型人才，因此新工科的建設重點需從學與教、本土化與國際化、實踐與創新創業[6]這三個方面入手。而工程制圖類課程還承擔著為近機類專業對應相關課程打牢基礎的艱巨任務。鑒于此，本文提出基于OBE 理念的工程制圖與CAD課程的教學融合。

1 教學融合現狀

制圖類課程主要培養學生對工程圖的識圖和繪制能力，CAD 作為一個設計工具，是工程人員必備的實操技能之一，將工程制圖與CAD課程融合可以為學生學習后續課程打下基礎。隨著計算機繪圖的普及，為了使工程制圖的發展現狀與科學技術和生產制造迅速發展的需要相適應，傳統的制圖類課程理論及實踐體系迎來了強大的挑戰，同時也是機遇。所以為了工程制圖的可持續發展，需將一些工程建模課程與制圖類課程進行融合。因此，如何將工程制圖與CAD課程有效融合方面的研究與探索是課程教改的方向之一。

董曉英[7]提出傳統知識是基礎、計算機繪圖為輔助的觀點，認為制圖類課程教學應該先模塊化分割所講的知識，然后再根據學生的需要進行各個模塊之間的融合。尚衍壯[8]認為計算機繪圖與機械制圖兩門課程具有相同的圖學理論基礎，應該在制圖教學中將其融合起來，進而滿足時代需要。陳玉霞等[9]在課程體系的構建及實施中，通過對傳統制圖與AutoCAD 輔助設計兩門課程進行優勢互補，將其進行融合。丁喬等[10]針對“卓越工程師計劃”，提出了將工程制圖與CAD 繪圖這兩門課程進行融合的教改方案。李曉玲[11]提出將工程制圖和三維CAD 軟件課程二者同步進行的融合式教學方法和基本觀點，認為這種教學方法既可以達到事半功倍的教學效果，又可以使新體系內容與現有課時限制的矛盾得到很好的解決。邱炎兒[12]認為在教學中采取機械制圖與AutoCAD 相融合的教學方式，能有效提高教學質量和教學效果。

2 融合的必要性

作為工程界的技術語言，工程制圖是近機類專業學生的一門重要專業基礎課，它主要解決繪制與識讀工程圖樣問題，因此，在教學中應該著重培養學生的構型、繪圖和識圖的能力。課程的重要任務就是通過學習制圖的國家標準和作圖技巧，培養學生的空間想象能力和空間思維能力，并將其應用于實踐中。然而大部分學生空間想象能力不足，這就給學習制圖帶來了一定的困難，學生對制圖知識的掌握效果一般，再加上傳統的教學模式有一定的局限性，不利于提高學生的空間思維能力和激發其學習興趣。尤其在知識信息量增大而課程學時逐漸壓縮的情況下，傳統教學方法就顯得效率不高，不能提高教學效果。

近年來，企業里基本上采用計算機繪圖，放棄手工繪圖，而在CAD 應用軟件中，AutoCAD 是最主流的繪圖軟件。對于產業學院來說，以培養高素質應用型人才為目標，軟件工具的學習既可以提高學生的專業技能，又能夠提高制圖類課程的教學效果，同時也為后續的專業課學習奠定良好的基礎。制圖類課程不再是單純地進行繪圖和識圖基本技能的訓練，需緊跟時代背景，將其與工程建模相融合。在制圖類課程的教學過程中，融入建模的原理和方法，可以使課程中抽象的內容更加直觀地被學生所理解并接受，同時增強學生的空間構思能力和表達能力。

3 CAD 與制圖課程的有效融合

鑒于制圖課程學時有限，在教學過程中要合理應用CAD。制圖類課程主要培養學生的空間思維能力，如果占用大量學時使用CAD 軟件進行繪圖的話，表面上雖然使課堂教學過程變得輕松也容易操作了，但是很容易使學生產生懶惰心理，不利于學生空間思維能力的培養，所以在整個教學過程中應仔細考慮如何更好地將CAD課程融合進來。

本課程的教學設計如圖1所示。在本課程的融合教學改革過程中，應該將三維造型原理、方法、設計思想貫穿于教學過程，由具體到抽象，使學生能夠應用軟件和工程制圖的方法來表達工程設計的思想，依此來彌補工程圖樣直觀性差的缺點，而不是單純地讓學生在制圖課程教學的課前或課后學習CAD 軟件，教師在講授過程中應補充CAD 軟件的使用。以工程制圖基礎理論為主線，引導學生快速掌握理論知識，CAD 軟件的應用作為輔助，做到對計算機繪圖的重視，但不能完全甩掉手工繪圖，將CAD課程有機地融入制圖教學過程，提高本課程的教學效果，通過訓練提高學生的動手繪圖能力和空間想象能力，為產業學院培養應用型人才作準備。

圖1 制圖課程的教學設計

3.1 教學內容的融合

隨著計算機的發展，工程上三維建模技術也在快速發展，并且其應用也在日益普及，進而我國制造行業也發生了很大的變化。大多數企業、研究院等已經放棄尺規作圖，在產品的研發、分析等環節采用了三維軟件。因此，從產業院校培養應用型人才的定位出發，在工程制圖教學中融入三維建模技術，通過豐富的動畫演示來激發學生的空間思維和想象能力，幫助學生鍛煉二維平面圖形和三維空間實體的互相對應轉換，這是有必要的。

對學生而言，學習工程制圖往往無法發揮自己的空間想象能力和空間思維能力，沒有辦法把工程實體和投影聯系起來。所以在工程制圖學習中利用建模軟件可以使學生頭疼的這些問題更直觀地表現出來。講授建模軟件時，結合工程制圖識圖基本內容和具體要求，可以使學生加深對工程制圖的理解和掌握。鑒于此，本課題在教學過程中，將工程制圖和CAD課程相融合。

在理論教學內容上首先需要考慮如何將工程制圖和工程建模課程相融合。比如，將國標基礎知識和CAD 軟件中的工作界面的相關知識融合到一起；在幾何作圖這一部分知識點處，可以將尺規繪圖方法和CAD 軟件中繪圖命令融合到一起；在投影制圖這一部分知識點處，可以將表達方法與CAD 軟件中圖案填充、比例縮放命令等融合到一起。在課程理論學時縮減的情況下，為了保證學生能夠全面掌握課程內容，采用這樣的融合式教學，可以激發學生的學習能動性，進而減少單純講解理論知識時的枯燥乏味。

3.2 教學資源的融合

首先，將工程制圖教學課程與CAD 工程師認證證書相融合。為了促進應用型人才的培養，將理論課程的教學與認證證書的考試大綱相銜接。AutoCAD 作為一個設計工具，不是簡單地抄圖，其高端三維應用是大學生在高校時要掌握的一項技能。目前，隨著各國技術交流的越發緊密，具有專業知識和實踐技能的高素質人才方面的競爭成為企業之間的主要競爭，所以市場對高端CAD 應用人才的需求也越來越大。根據人才培養方案，以就業為目標，將認證證書的學習內容融合到本課程的教學中，為我國的應用型人才事業作出貢獻。

其次，將工程制圖教學課程與先進成圖大賽相融合。將繪圖和識圖的技能要求貫穿于課程中，以賽促教。這種技能大賽，既要求學生對工程制圖的理論知識掌握得很全面，又要求學生要有一定的計算機操作水平，同時還要精通CAD 軟件。依此來多維度地提高學生的專業知識和實踐技能。

鑒于此，本課程開發一種以證書為導向、以比賽為手段的融合性的教學資源庫，將CAD 工程師認證證書考試大綱和先進成圖大賽融入制圖課程，并制作新的教學課件。以CAD 部分的教學視頻、先進成圖大賽樣題、認證證書考證樣題為主建立題庫，上傳學習通，供學生參考。學生可以根據自身需求隨時隨地自由選擇教學資源，進行有目的性的學習。

3.3 教學模式的融合

在新工科背景下，課程教學必須以學生為中心。本課程實踐性強，在教室進行理論教學、在機房進行實訓教學的單一傳統教法不利于學生實操技能的提高。經過不斷完善教學過程，并進行修改與總結，現基于OBE 理念提出工程制圖與CAD課程的融合式教學模式，如圖2所示。

圖2 工程制圖與CAD課程的融合式教學模式

學生課前要利用教學資源庫進行線上學習，并按要求完成相應的學習任務，每個學習任務都是以下節課要學習的內容來設計的。課中完成面授交流，教師以具體完整的工作過程來實施教學，教學活動圍繞“做什么—怎么做—成效如何”等環節對學生進行能力訓練，并且要針對學生課前的疑惑進行針對性的答疑和歸納總結。課后學生要完成教師布置的作業任務，同時延伸所學的基礎知識，將其應用到證書考證樣題、先進成圖大賽樣題等中。

新的教學模式發揮了學生的主體作用，并激發其學習興趣，進而提高其創新意識，使其具備一定的繪圖和識圖的技能，并為相關專業學生后續課程的學習打下基礎，真正體現了以學生為中心的教育理念。

3.4 教學評價的融合

為了全面督促學生，并提高其對知識的掌握程度，本課程采用過程和結果相結合的考核方式。過程考核包括學生作業完成情況、實驗完成情況、線上學習等方面的評價考核，通過學習通、釘釘等網絡平臺設置不同環節的測試題對每位學生的學習過程進行觀察、評估以及監督。此項考核為學生對所學知識的掌握程度提供參考，幫助學生明確自己應該掌握哪些基礎的知識，并將其應用到什么場合。過程考核內容包括：考查基本知識點的客觀題，這部分是以線上作業形式完成；線下主觀題作業，主要是課程配套習題冊部分，每頁作業教師批閱給出成績，期末計算平均成績；基本知識點深化，這部分以線上測驗形式完成；項目式繪圖技能提高，對應的是大作業部分。教師根據以上內容給出平時成績。結果考核指傳統意義上的期末理論考試。考試內容上既保留傳統的期末筆試形式，又適當增加平時成績的記錄，包括課堂表現、課后作業完成情況、實踐環節等，既體現學習過程，又體現考試結果。通過完善考核方式，對學生采用過程和結果相結合的考核方式，形成整個課程教學過程的閉環。

4 結束語

近幾年，隨著制圖類課程的學時數不斷被壓縮，教師不能及時了解學生對所學知識與技能的掌握情況，再加上許多學生的空間想象力不足，本課程的教學質量與效果不能得到有效檢驗。通過將工程制圖與CAD課程教學的有效融合，學生提高了課堂學習效率，并提高了對工程圖的識讀和繪制能力，同時，教師也可以做到全過程、全方位的教學質量評定，進而使教學設計更合理有效。