徐 健1，張承譜1，丁伯慧1，徐 慧2，楊 林2

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高等工程教育體系中工程圖學(xué)課程的改革謅議

徐 健，張承譜，丁伯慧，徐 慧，楊 林

（1. 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300072；2. 中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京100083）

論文探討如何建立適應(yīng)于中國國情的高等工程教育體系中工程圖學(xué)課程的改革方向。突出特色以增強(qiáng)圖學(xué)教育在高等工程教育中的地位，把思維能力、創(chuàng)造性意識、實(shí)踐能力培養(yǎng)作為工程圖學(xué)教育改革的首要目標(biāo)。立體造型與投影、軸系零件測繪、工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體構(gòu)型等實(shí)驗(yàn)項目在工程圖學(xué)課程中的實(shí)施，對提高學(xué)生的投影繪圖能力，掌握科學(xué)思維方法，增強(qiáng)工程和創(chuàng)新意識有重要的作用。

工程圖學(xué)；高等工程教育；教學(xué)改革；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

面對國內(nèi)社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新局面、國際環(huán)境的新變化，繼科教興國戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略之后，國家又提出了人才強(qiáng)國的發(fā)展戰(zhàn)略。在高等工程教育中，工程圖學(xué)教育面臨著新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。新形勢下，從全局的觀點(diǎn)和戰(zhàn)略的角度，分析我國圖學(xué)教育的現(xiàn)狀，思考和把握圖學(xué)教育在高等工程教育人才培養(yǎng)中的作用和任務(wù)，探索圖學(xué)教育改革和發(fā)展的新思路，有著非常重要的意義。本文探討如何建立適應(yīng)于中國國情的、能夠良好自相適應(yīng)與匹配的工程教育體系中的工程圖學(xué)課程的改革方向。

1 高等工程教育中素質(zhì)教育的含義

一般來說，高等教育中的素質(zhì)教育是針對高等學(xué)校的教育教學(xué)過程中的科學(xué)主義與人文主義的割裂而提出來的；而在高等工程教育中，素質(zhì)教育概念所包含的內(nèi)容還要廣泛，即它不僅要克服普通高等教育中的科學(xué)主義與人文主義的分離，還要克服工程類大學(xué)生在技術(shù)性素質(zhì)與非技術(shù)性素質(zhì)發(fā)展中的不均衡問題。隨著知識經(jīng)濟(jì)時代的來臨，人們對工程師的非技術(shù)素質(zhì)的要求甚至超過了對技術(shù)素質(zhì)的要求。具體地說，工程師意識就是支持他們在面對實(shí)際工程任務(wù)時，做“值不值得做”、“可不可以做”、“應(yīng)不應(yīng)該做”等回答所需要的知識和能力，在承擔(dān)具體的工程任務(wù)時，具有良好的責(zé)任意識、成本意識和市場意識。

2 我國高等工程素質(zhì)教育的改革方向

為了培養(yǎng)能夠適應(yīng)21 世紀(jì)工程事業(yè)發(fā)展需要的新型工程師，我們在未來的高等工程教育中，應(yīng)注意處理好以下幾種對應(yīng)關(guān)系。

2.1 理論教育與實(shí)踐技能培養(yǎng)之間的關(guān)系

我國所培養(yǎng)的各類工程師，在技術(shù)素質(zhì)與非技術(shù)素質(zhì)方面兩者之間，前者好于后者；在技術(shù)素質(zhì)中，專業(yè)知識的掌握水平又要好于專業(yè)技能。但是，強(qiáng)調(diào)對實(shí)踐技能的培養(yǎng)鍛煉，并不否認(rèn)理論知識學(xué)習(xí)的重要性，我們可以從美國工程教育改革的一系列變化中得到一些很好的啟示：美國工程教育在100 多年的發(fā)展改革中，先后經(jīng)歷了技術(shù)學(xué)院期、工程科學(xué)期以及現(xiàn)在呼聲正高的“回歸工程”期，“回歸工程”就是強(qiáng)調(diào)工程教育不能忽視工程實(shí)踐的特殊作用，即在強(qiáng)調(diào)工程科學(xué)教育的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力的鍛煉培養(yǎng)，忽視其中任何一個方面的工程教育都很難說是成功的。

2.2 專業(yè)教育與“大工程”教育之間的關(guān)系

專業(yè)教育的含義是指以面向當(dāng)前專業(yè)為主所進(jìn)行的工程教育；“大工程”教育則主要是指工程教育不僅應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)前專業(yè)需要的工程師，還應(yīng)當(dāng)使學(xué)生具有適應(yīng)未來職業(yè)變遷所需要的基本知識與能力要求。經(jīng)濟(jì)全球化提出了教育的國際化問題，也提出了工程教育適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的任務(wù)，協(xié)調(diào)的、跨國的工程則正向新世紀(jì)走來。工程師已逐漸擺脫了工藝工程師、研究與開發(fā)工程師、設(shè)計工程師、管理工程師等狹窄的分工范圍，要求在分工的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)全面素質(zhì)的綜合，提出了現(xiàn)代工程師的新的要求。

在教學(xué)觀念與教學(xué)方法方面，美國有較好的傳統(tǒng)，即放手讓學(xué)生去實(shí)踐，鼓勵創(chuàng)新，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。十分重視“企業(yè)與高?！苯Y(jié)合來推動工程教育改革，而且有重點(diǎn)、有示范、有計劃在進(jìn)行。如NSF 的ERC pro2gram 等值得我們借鑒。在這點(diǎn)上，我國的差距尚大，所以雖然普遍的數(shù)理基礎(chǔ)強(qiáng)，但創(chuàng)新精神及動手能力、團(tuán)隊合作與交流能力卻普遍較弱。

3 高等工程教育體系中工程圖學(xué)教育改革的若干思考

3.1 圖學(xué)教育的發(fā)展基礎(chǔ)與機(jī)遇并存

一方面，經(jīng)過我國圖學(xué)教育工作者幾十年的辛勤工作和無私奉獻(xiàn)，圖學(xué)教育為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)，同時也使自身得到發(fā)展；另一方面，工程建設(shè)信息化，產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化等先進(jìn)生產(chǎn)方式來勢迅猛，圖學(xué)學(xué)科領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，研究不斷深入，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和學(xué)科研究又迅速作用于圖學(xué)教育教學(xué)的改革，在教育思想、課程體系、內(nèi)容體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核辦法等方面呈現(xiàn)出全方位、立體化的教改熱潮，獲得了一批成果。一個“大圖學(xué)”的學(xué)科構(gòu)架正初見端倪。廣大圖學(xué)工作者，應(yīng)該不失時機(jī)地總結(jié)和鞏固現(xiàn)有的教改成果，增強(qiáng)學(xué)科研究和教育的實(shí)力，探索圖學(xué)教育發(fā)展的新思路，為高等教育人才培養(yǎng)做出新的貢獻(xiàn)。

3.2 突出特色增強(qiáng)工程圖學(xué)教育在高等工程教育中的地位

工程圖學(xué)屬于技術(shù)科學(xué)，其目的是要滿足高級工程科技人才對圖學(xué)素質(zhì)的需求，與高等工程教育目的相協(xié)調(diào)，培養(yǎng)的目標(biāo)主要包括知識和能力（含技能）兩方面。

（1）心智技能和能力 主要指邏輯空間和形象空間的幾何分析和綜合能力，通過這種能力的遷移，有效地提高學(xué)生的研究和創(chuàng)造能力。形象思維能力的培養(yǎng)是圖學(xué)教育的重心之一，也是圖學(xué)區(qū)別于其他學(xué)科教育的一個顯著特點(diǎn)。

（2）信息技能和能力 主要指生產(chǎn)對象形態(tài)信息的構(gòu)成、記憶、表達(dá)和交流能力，重點(diǎn)在表達(dá)，包括二維和三維的表達(dá)能力，以及自我學(xué)習(xí)的能力。

（3）社會技能與能力 包括嚴(yán)謹(jǐn)工作的能力，技術(shù)協(xié)調(diào)能力，遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的能力，技術(shù)實(shí)踐的能力等。

工程圖學(xué)課程是理工科學(xué)生在校4 年中唯一一門把形象思維作為專項訓(xùn)練和教學(xué)目標(biāo)之一的課程，而形象思維能力對于設(shè)計與制造類專業(yè)學(xué)生工程素質(zhì)能力的培養(yǎng)是不可或缺的，它們對學(xué)生的作用和影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出課程所涉及的理論和方法本身。其鮮明地反映了圖學(xué)教育的特點(diǎn)，從而確立了圖學(xué)教育在高等工程教育中的地位。

由此可見，就大學(xué)本科生而言，則應(yīng)該比較系統(tǒng)地掌握工程圖學(xué)的基礎(chǔ)理論和基本的、相關(guān)的工程技術(shù)專業(yè)知識。其中基礎(chǔ)知識可以提煉得更精一點(diǎn)，要求更嚴(yán)一些，橫向的知識面可以更寬一些，深度淺一些，形成縱橫交織，有機(jī)結(jié)合的寬厚的知識結(jié)構(gòu)。

3.3 把能力培養(yǎng)作為工程圖學(xué)教育改革的首要目標(biāo)

（1）注意思維能力的培養(yǎng) 思維能力是可以訓(xùn)練的，但必須是在一種知識性內(nèi)容和思維方法內(nèi)容共存的體系內(nèi)，通過兩種內(nèi)容的整合與互補(bǔ)，才能達(dá)到最佳的訓(xùn)練效果。工程圖學(xué)課程恰是把圖學(xué)知識和思維（特別是形象思維）訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合的一門課程。因而，圖學(xué)教育在教給學(xué)生表達(dá)設(shè)計對象方法的同時，應(yīng)充分發(fā)揮課程特色，強(qiáng)化課程思維訓(xùn)練載體的作用，更有效地?fù)?dān)負(fù)起創(chuàng)新人才培養(yǎng)的責(zé)任。

（2）注意創(chuàng)造性意識的培養(yǎng) 要培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，教師不但要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，更要掌握提高工程能力的培養(yǎng)方法。圖學(xué)教育中應(yīng)努力探索人才培養(yǎng)的新模式，比如以學(xué)生為中心的發(fā)現(xiàn)型學(xué)習(xí)，基于自學(xué)的創(chuàng)造型學(xué)習(xí)，以問題為核心的研究型學(xué)習(xí)，面向多門類資源的開放型學(xué)習(xí)等等。轉(zhuǎn)變學(xué)生在傳統(tǒng)教學(xué)中的被動地位，使學(xué)生真正成為教學(xué)中的主體和中心，融入主動學(xué)習(xí)的良性環(huán)境。

（3）注意實(shí)踐能力的培養(yǎng) 長期以來影響我國高等工程教育質(zhì)量的主要問題就是學(xué)生的工程實(shí)踐不夠、綜合能力較差。因?yàn)榻虒W(xué)實(shí)踐性環(huán)節(jié)往往從課程知識掌握的訓(xùn)練考慮而設(shè)置的，未能結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行綜合訓(xùn)練。傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)局限于實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)的掌握，缺乏對學(xué)生實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)設(shè)計、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、觀察能力、分析與表達(dá)力和創(chuàng)新能力的綜合訓(xùn)練與培養(yǎng)。在這種教學(xué)條件下，所培養(yǎng)的學(xué)生普遍表現(xiàn)為：觀察力差、動手能力差。由于實(shí)際動手少，自然發(fā)現(xiàn)新問題就少，也就難以調(diào)動他們的創(chuàng)造力。所以，課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革與建設(shè)的思路就是要逐漸減少演示性和統(tǒng)一性的實(shí)驗(yàn)，研制和開發(fā)學(xué)生能親自動手組裝、調(diào)試、測試及數(shù)據(jù)處理的綜合性、設(shè)計性、研究性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，建立由必修實(shí)驗(yàn)、選修實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)三個層次組成的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，并逐步走向獨(dú)立設(shè)課。

4 改革與實(shí)踐

根據(jù)教育部高等教育司下發(fā)教高〔2007〕10號文件“教育部關(guān)于開展高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)和評審工作的補(bǔ)充通知”精神，工程圖學(xué)課程獲得了天津大學(xué)“國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”資助經(jīng)費(fèi)重點(diǎn)支持，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和創(chuàng)新，研究開發(fā)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項目，探索建立適應(yīng)學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)制，并在2009級本科生中試點(diǎn)實(shí)施。

4.1 立體造型與投影

觀察是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的起點(diǎn)，在觀察基礎(chǔ)上進(jìn)行造型、投影表達(dá)，以獲取空間立體與平面投影間的關(guān)系。通過體察、發(fā)掘和思維互動，培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知、思辨素養(yǎng)，使他們成為實(shí)踐教學(xué)過程中的主體，而不是對象。在工程圖學(xué)課程中開設(shè)“立體造型與投影”實(shí)踐環(huán)節(jié)對培養(yǎng)學(xué)生的構(gòu)型能力、投影繪圖能力，掌握科學(xué)思維方法，增強(qiáng)工程和創(chuàng)新意識有重要作用，為學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后續(xù)內(nèi)容，以及后續(xù)課程提供必備的基礎(chǔ)知識與基本技能。

本項目的預(yù)期建設(shè)成效是：教師設(shè)計、制造符合教學(xué)基本要求、適合教學(xué)基本條件、能夠滿足學(xué)生使用需求的“組合體拼裝模型”，如圖1所示。將基本立體、截切立體、相貫立體、組合體和圖樣畫法等內(nèi)容貫穿于相關(guān)實(shí)踐教學(xué)中，重點(diǎn)突出課程體系的有機(jī)銜接。學(xué)生可通過自行選定一個、或按一定要求拼裝多個模塊成為一個有效的模型，進(jìn)行徒手投影表達(dá)、計算機(jī)繪制（造型或投影圖）。旨在進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的構(gòu)型、徒手投影繪圖、計算機(jī)繪圖能力，有助于理解、掌握課堂教學(xué)中講授的基本概念和基本理論。使學(xué)生在實(shí)踐過程中，有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)造。引導(dǎo)學(xué)生有科學(xué)創(chuàng)新的理想，技術(shù)創(chuàng)新的追求。

圖1 組合體拼裝部分模型

4.2 軸系零件測繪

有計劃地開發(fā)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的設(shè)計型實(shí)驗(yàn)，完善那些有助于理解和掌握基本概念、基本理論的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。增加學(xué)生的勇氣和膽識，鼓勵他們不要怕犯錯誤，因?yàn)楹芏喟l(fā)現(xiàn)、發(fā)明都是在錯誤和問題的堆積中脫穎而出的。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)造，有科學(xué)創(chuàng)新的理想和技術(shù)創(chuàng)新的追求。

本項目的預(yù)期建設(shè)成效是：設(shè)計、制造軸系零件上典型結(jié)構(gòu)的多種軸段，供學(xué)生自主拼接成滿足一定要求、有實(shí)際意義的軸類零件，進(jìn)行測繪，如圖2所示。在傳統(tǒng)零件測繪實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將軸類零件特征的認(rèn)知過程和表達(dá)方法引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生既了解基本的測繪步驟和測量技術(shù)，又能夠自主創(chuàng)新、提高辨識能力、開闊眼界，避免全班統(tǒng)一的軸型。

圖2 軸系結(jié)構(gòu)拼裝部分模型

4.3 工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體構(gòu)型

目前，三維實(shí)體構(gòu)型技術(shù)在產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)過程中起著十分重要的作用，它是企業(yè)CAD/CAM/CAPP一體化技術(shù)的重要組成部分。自機(jī)械制圖課程引入三維實(shí)體繪圖軟件之后，學(xué)生們對這部分的學(xué)習(xí)興趣十分濃厚，為使繪圖軟件的學(xué)習(xí)與生產(chǎn)實(shí)際更加密切的聯(lián)系起來，提出“工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體構(gòu)型”，旨在通過將已有工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)構(gòu)件組建成不同的傳動機(jī)構(gòu)，并對其進(jìn)行三維實(shí)體構(gòu)型，鍛煉學(xué)生自主創(chuàng)新能力以及熟練使用三維實(shí)體繪圖軟件的能力；在查閱資料的基礎(chǔ)上，使學(xué)生對工業(yè)機(jī)器人的各種運(yùn)動副和傳動機(jī)構(gòu)有個初步了解，為機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；了解工業(yè)機(jī)器人的種類、形狀和功能，為產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)，開闊思路和眼界。

本項目預(yù)期建設(shè)成效是：在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計上，體現(xiàn)知識性和趣味性，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生在強(qiáng)烈興趣的驅(qū)使下完成整個實(shí)驗(yàn)過程；培養(yǎng)對空間形體的形象思維能力、培養(yǎng)創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計能力、養(yǎng)用二維平面圖形表達(dá)三維空間形狀的能力；培養(yǎng)徒手繪圖和計算機(jī)造型、繪圖的能力，培養(yǎng)工程意識和標(biāo)準(zhǔn)化的意識；初步了解工業(yè)機(jī)器人的各種運(yùn)動副和傳動機(jī)構(gòu)，為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中奠定基礎(chǔ)。

5 后 記

科學(xué)發(fā)展觀是21世紀(jì)中國高等工程教育改革和發(fā)展必須牢固樹立的指導(dǎo)思想。高等工程教育有著自身的規(guī)律和特點(diǎn)，同樣的學(xué)科，面對各自的服務(wù)對象，就要形成不同的特色方向，培養(yǎng)的人才和產(chǎn)出的成果都應(yīng)直接服務(wù)于社會生產(chǎn)力的進(jìn)步。黨的十七大報告把優(yōu)先發(fā)展教育放在社會建設(shè)首位。胡錦濤總書記在今年優(yōu)秀教師座談會上，對教育的投入和保障提出了“三個優(yōu)先”，為高等工程教育的發(fā)展提供了政治和經(jīng)濟(jì)上的保障。我們要抓住機(jī)遇，積極探索工程圖學(xué)的改革與發(fā)展，用自己的實(shí)踐和努力，為高等工程教育的科學(xué)發(fā)展盡心盡責(zé)，為加快走中國特色新型工業(yè)化道路的步伐和建設(shè)創(chuàng)新型國家做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1] 劉少雪. 21世紀(jì)工程素質(zhì)教育芻議[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(社科版), 2000, 8(3): 111-114.

[2] 余壽文. 21世紀(jì)初我國高等工程教育面臨的幾個問題[J]. 中國大學(xué)教學(xué), 2002, (2): 9-11.

[3] 葛文杰. 機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版), 2003, 23(3): 83-85.

[4] 王多. 組合式制圖教學(xué)模型: 中國, ZL200410020335.6[P]. 2005-03-23.

[5] 楊 波. 科學(xué)發(fā)展高等工程教育的理性思考[J]. 山西高等學(xué)校社會科學(xué)學(xué)報, 2008, 20(9): 1-4.

A Dicussion of Engineering Graphics Curriculum Reform in Higher Engineering Education System

XU Jian, ZHANG Cheng-pu, DING Bai-hui, XU Hui, YANG Lin

( 1. Mechanical Engineering College, Tianjin University, Tianjin 300072, China;2. Beijing School of China University of Mineral and Technology, Beijing 100083, China )

How to set up the reform direction of the engineering graphics courses in the higher engineering education system fitting China's national situation is discussed, to give prominence to features so as to enhance graphics education status in higher engineering education, to include cultivation of the abilities of ideation, creativity, and practice as a primary goal of engineering graphics education reform. The implementation of a series of pilot projects in engineering graphics courses, such as solid modeling and projection, shaft parts mapping and the three-dimensional entity modeling of industrial robot drive, plays an import role for students to improve projection drawing ability, master scientific way of thinking, enhance awareness of engineering and innovation.

engineering graphics; higher engineering education; educational reform; experimental teaching

TB 23

A

1003-0158(2011)03-0086-05

2009-11-27

徐 健（1963-），女，北京人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)輔助設(shè)計。