許良瓊，吳波，舒金波

(中南大學機電工程學院，湖南長沙410083)

在工程圖學課程中貫穿工程設計理念*

許良瓊，吳波，舒金波

(中南大學機電工程學院，湖南長沙410083)

突破傳統(tǒng)的教育理念和模式，培養(yǎng)“明體達用”的高級人才，從工程基礎課程開始，在教學過程中貫穿工程意識和設計理念，正確引導學生逐步認識自己的專業(yè)以及相關的行業(yè)，讓課堂貼近工程實際，突出學生綜合應用能力的培養(yǎng)。本文以機械專業(yè)和相關的工程實際為背景，對機械專業(yè)“工程圖學”課程教學內容、課件制作、教學方法和手段等教學工作進行一些探索和改革，以期激發(fā)學生學習動機，鼓勵學生積極主動地思考問題，培養(yǎng)學生自己帶著問題進行認知的工程創(chuàng)新能力。

工程圖學;工程設計理念

一、工程意識在工程圖學教學改革中的意義

在當今的知識經濟時代，加速建設和發(fā)展國家經濟對知識創(chuàng)造和人才培養(yǎng)的創(chuàng)新體系提出了越來越高的要求，而研究型大學在國家知識和人才培養(yǎng)的創(chuàng)新體系中發(fā)揮著重要作用。厚基礎寬口徑教育理念的特點，是加強基礎，淡化專業(yè)，增強對就業(yè)市場的適應性，強調知識、素質、能力的全面發(fā)展。為適應新的知識人才的創(chuàng)新體系，大學教育在厚基礎寬口徑教育理念的基礎上，應該加強學生廣義上的專業(yè)意識，也即工程意識，以突出強化學生的工程創(chuàng)新能力。

工程圖學是工科專業(yè)的重要基礎課程，也是機械專業(yè)的專業(yè)基礎課程。機械專業(yè)的工程圖學課程一共有兩期的學習，上期主要是理論部分，學習制圖、讀圖的基本理論和方法，下期則主要是工程實際應用部分，培養(yǎng)工程圖的繪制與閱讀的基本功。工程圖學課程涉及許多尚未學習認知的其它課程領域，如工程材料及熱處理、冷熱加工、機械原理、機械設計、公差配合及技術要求等加工制造類與工程設計類課程。如果只是簡單的照本宣科，依靠書本上的理論知識，對學生而言，是非常抽象而難以理解的，因而就會感覺乏味和枯燥，因此往往難于達到最佳的學習效果。并且，因為下期只是考查課程，學生只要完成一般的作業(yè)，基本上就都可以通過。而事實上，在每一期的圖學課程結束之后，很多學生還屬于一知半解，并未真正理解和掌握學習內容，以至于在以后的各種專業(yè)設計課程等運用環(huán)節(jié)之中，屢屢出錯，嚴重影響后續(xù)專業(yè)課程的學習。

實際上，每一個學科的相關課程之間應該是有緊密聯(lián)系的，因此課程并不是孤立的，課程之間應該可以相互滲透，既然工程制圖課程涉及專業(yè)設計、機械制造等專業(yè)實踐課程，我們就把涉及到的工程意識和工程設計理念加入到該課程的學習中來，幫助學生建立起一種神圣的工程設計思想和嚴謹?shù)膶W習態(tài)度，讓學生感覺到自己有一種學習使命感，因而更認真、更積極主動地進行思考和自主學習。那么，如何把工程設計與機械制造的思想和理念貫穿到工程制圖課程之中，以激發(fā)學生的學習興趣，調動學生的學習積極性，這個就是我們教師肩負的教學重任。

課程教學改革的指導思想就是基于這樣的思路，從頭至尾始終把機械設計的思想和理念貫穿在教學內容之中，讓學生一開始就建立一個機械設計與制造的理念，嘗試以工程相關的專業(yè)思想的態(tài)度和角度來進行認知學習。雖然學生會有很多疑惑，但重要的是我們應該引導學生以積極的心態(tài)主動思考、主動進行探究式學習，讓帶著的疑惑在學習過程中引刃而解。

二、把有關工程設計的理念融入教學內容

在教學內容的安排和取舍上，要強化工程意識，循序漸進的把學生引入工程實際的基礎認知之中，以增強學生對工程的適應能力。因此，對工程圖學課程教學內容作了如下的設計安排和精心處理。

(一)工程圖學教學內容的安排

工程制圖下期的教學內容，包括三大部分:機械零件的類型(標準件、常用件、一般件);機械圖的繪制(零件圖、裝配圖、工藝圖);計算機CAD二維繪圖。根據(jù)本期的教學課時及教學要求，以上內容一共分為十二講，分別為課程引言、標準件、常用件、零件圖的內容和畫法、零件圖的尺寸標注、零件圖的技術要求、裝配圖的內容和畫法、裝配圖的尺寸和技術要求、讀裝配圖、讀機械圖并由裝配圖拆畫零件、CAD繪圖基礎、CAD繪圖管理等。教學課時為4×14周=56學時，其中40課時用于講課及測繪、手工制圖，16課時用于CAD實驗上機繪圖。

(二)工程圖學教學內容的處理

緒論開頭，在課程引言中切入工程理念，把對零件圖、裝配圖的認識從機械設計、機械制造、機械設備的使用和維護幾個方面的簡要介紹來進行引入，并舉工程實例，既認識了零件圖、裝配圖的作用和地位，同時也認識了機械設計與制造的一些專業(yè)方向。同時，以齒輪油泵為例進行簡單分析，認識組成一般機械的三類零件:標準件、常用件、一般件。

在整個課程教學之中，始終圍繞齒輪油泵部件，測繪零件圖、拼畫裝配圖來學習相關的知識，如螺紋連接、齒輪嚙合、零件圖及裝配圖的畫法、工藝結構、尺寸標注及尺寸基準選擇、技術要求等。其中，尺寸標注、技術要求是難點，為了使學生易于理解，均圍繞機械設計理念、加工知識，直接以典型零件和油泵部件為例進行分析。并把技術要求內容分開，零件圖中學習公差、表面粗糙度，裝配圖中學習配合，以分散難度。

具體考慮如下:尺寸標注及基準選擇首先以四種典型加工零件(軸套、輪盤、叉架、箱體)為例分析基準和尺寸標注特點，然后再來分析齒輪油泵各零件的基準和尺寸;尺寸公差、形位公差、表面粗糙度結合零件的加工要求進行認識分析，并根據(jù)油泵的功能設計要求分析對其各零件的加工要求，講解初步確定機械設計零部件技術要求方法的基本原則和方法;裝配圖中的必要尺寸根據(jù)油泵部件的設計要求來進行分析;孔軸的配合及選用，放在裝配圖中學習，并按設計要求分析油泵各處的配合選擇，強調類比法的使用。

讀機械圖中的零件圖，直接選用典型零件主軸、法蘭盤、分離式減速器箱蓋的零件圖來進行分析，以加強認識和理解這些常用零件的結構和加工要求;除了學習測繪的齒輪油泵模型、讀圖認識的球形閥、綜合訓練的機油泵之外，為了擴寬視野，加強認識齒輪油泵和流體閥，另外加入一些工程實例圖。這些實例與工程實際相結合，直接引用實物圖片，以幫助學生認識實際生產之中的產品，如各種閥、各種油泵，都是來源于市場之中的實例。

三、精心設計制作教學課件并滲入工程設備和產品

教學過程是一個以學為主、以教為輔的學習認知過程，學生是主體，教師是引導和指導者。教學過程還應該是一個人性化的過程，應該從學生學習思維的角度進行考慮和關懷，滿足學生求知的一些人文需求。在和一些學生的接觸和交流之中發(fā)現(xiàn)，不少學生在某些課程的整個教學過程之中處于一種迷糊狀態(tài)，每一堂課學到哪里怎么學習都不可而知，缺一堂課就似乎變得很嚴重似的，或者去上課也是被滿堂灌，灌得迷迷糊糊。學生沒有學習的目的和興趣，只要上課就可以迷糊過關，這樣學到頭來因為沒有真正自己主動去認知過、也沒有深刻去思考過，最終的學習結果就是沒有心得，什么不也不會，畢業(yè)設計難于完成。因此，學生應該明確本期課程的教學內容、教學進度、每一堂課的學習要求以及學習訓練的方式方法，其實這些可以在課件的設計和制作之中表達出來，讓學生有權自主選擇適合自己學習的方式方法。讓學生了解這些，就是讓學生可以選擇自主學習，只要達到預期的教學效果，學生學習的方式方法可以是個性化多樣化的。

同時，為了在教學之中培養(yǎng)學生的工程戰(zhàn)略意識和學習認知能力，啟迪學生的形象思維能力，開拓學生對工程產品由簡單認識、進入思考、發(fā)展到創(chuàng)新設計的空間，以逐漸培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新能力。因此，在課間的制作中滲入了與教學內容相關的工程設備以及加工制造產品的內容，以圖片、實物照片或者錄像的方式適時引入。

綜上考慮，精心而又人性化的設計制作了教學課件。課件以PPT為平臺，適時采用超級鏈接，應用了大量圖片、二維動畫，為幫助學生理解和認知，使用了部分三維動畫以及視頻剪輯，制作了400多張幻燈片。主要考慮如下:首先，為了使學生在整個學習過程之中始終了解本期課程的教學內容和要求，明確每一堂課的學習任務和學習方式，以便對本期課程內容心中有數(shù)，把該期課程教學計劃與時間安排和首頁作超級鏈接，每次課前讓學生看到教學的進度和安排;目錄頁，一共十二講的標題，共采用十二個超級鏈接，分別鏈接到各講內容之處，各講有關鍵詞、思考題、作業(yè)訓練題;在教學過程中重要的相關內容之間，也作了必要的超級鏈接;齒輪油泵部件，是本期課程的主題內容，在各相應的教學內容中，分別使用了四個不同的零部件的三維動畫，演示了齒輪油泵的組成、齒輪油泵的工作原理、齒輪油泵的裝配過程、齒輪油泵裝配圖的拆卸畫法;螺紋及螺紋連接、齒輪傳動、鍵連接等多處，分別采用三維動畫進行演示，以幫助學生理解相應結構;螺紋加工、退刀槽、越程槽、加工中心等相關切削加工的內容采用了視頻剪輯，演示實際加工狀態(tài);較復雜零件，如蝸桿減速箱、軸承座、法蘭盤、閥體、閥蓋，作了旋轉三維動畫，以分別看清楚零件的結構;讀裝配圖時的球形閥的裝配結構，應用了三維動畫演示，以幫助學生綜合想象整體;實際生產之中的加工設備及產品，如各種加工機床、加工刀具、各種閥、各種油泵、圓錐齒輪、蝸桿蝸輪、滾動軸承、機械手等采用了真實照片，以讓學生有一個簡單而真實的認識;對基本概念和基本圖形，制作了大量文字動畫和二維動畫;讀典型零件的零件圖時，分別配合二維圖形使用了各零件的立體圖片，以加深對典型零件的印象。對減速器箱蓋，還采用了減速器的裝配模型、裝配分離結構的圖片，以使學生初步認識減速器，為以后減速器的設計課程的學習奠定基礎。

四、采用與工程理念緊密聯(lián)系的教學手段與方法

采用信息技術和計算機軟件等教學手段，進行多媒體教學。在教學過程中，適時配合教學內容使用CAD、PRO/E軟件展示和分析二維模型、三維模型，并進行必要的演示;CAD軟件教學，主要講授計算機二維繪圖。

在教學方法上，注意啟發(fā)、引導鼓勵學生提出問題、討論問題、解決問題。主要如下:

1．啟發(fā)式:分析概念，分析機械工作原理，學習機械圖中的工藝結構要求和技術要求，強調工程設計與加工時的工藝性、經濟性問題，采用的是啟發(fā)式教學。

2．引導式:以認識零件圖、裝配圖的意義，引導學生建立機械設計的思想和理念;在標準件、標準結構的學習中，指導學生翻閱機械工程設計手冊，都是為了引導學生進行研究式的學習。

布置自主作業(yè)，引導學生注意觀察生活之中隨處可見的各種機械的運動，如汽車、建筑機械、健身機械、家用機械等，對它們的結構和運動方式提出問題，以幫助學生進行自主認知學習。

3．討論式:讀機械圖中，如典型零件主軸、法蘭盤、減速箱蓋的零件圖，機油泵的裝配圖，以相互提出問題的方式來進行討論。

4．教育式:教學過程中，隨機進行現(xiàn)身說教，以自己的親身經歷或所見所聞教育學生，希望他們嚴格要求自己，用心設計自己的學習，嚴謹求學，在四年的大學生涯中，不斷提升自己的學習技能，培養(yǎng)較強的工程適應能力和綜合素養(yǎng)，以適應工程就業(yè)市場的需求。

五、進行工程測繪訓練與教學效果測試

(一)學生作業(yè)與成績評定

在整個學習過程之中，學生完成的作業(yè)要求有以下六項:

(1)測繪齒輪油泵的零件圖;

(2)由測繪的零件圖拼畫裝配圖;

(3)大齒輪(多種鑄鐵齒輪件)的測繪作業(yè)，并對優(yōu)秀作業(yè)進行展示，以交流認識工程應用之中的各種輪輻的繪制;

(4)綜合測試作業(yè):首先進行機油泵裝配圖讀圖，然后拆畫泵體或泵蓋零件圖，最后要求根據(jù)自己的理解進行尺寸標注并標注技術要求，包括材料、公差、粗糙度、文字技術要求;

(5)CAD上機作業(yè)，完成齒輪油泵裝配圖以及自選兩個零件圖;

(6)自主作業(yè):要求自行觀察和分析認識身邊的機械，自行觀察一個機械的運動，提出問題;自行測繪一個機械零件，畫出零件圖，并最后用CAD繪制出來。

學生本期最終成績，是根據(jù)以上六個方面的成績，再結合平時情況(課堂、測繪等)綜合評定。

(二)教學效果測試

本期課程是考查課程，機油泵綜合測試作業(yè)算是一次考試，具體做法是:每個學生發(fā)一張裝配圖，要求獨立進行讀圖、測繪泵體或者泵蓋零件圖，并要求綜合所學零件圖的知識，標注尺寸、技術要求。針對機械專業(yè)11級的選課學生進行測試分析，該綜合測試的結果令人滿意，絕大部分的學生讀圖測繪的零件圖圖形表達正確，技術要求規(guī)范，表示了學生對課程的重視和理解。這樣的學習結果，對以后的設計類課程來說是一種好的開始。

對自主作業(yè)，學生也表示了濃厚的興趣，認真參與思考和提問。自主作業(yè)中的問題的提出是為了在以后的學習中，讓學生帶著自己的這些問題學習后續(xù)相關課程。

教育教學改革是教育之中的一個長期而艱巨的任務，需要不斷地去學習探索、深入研究。因此也要求我們教學人員要不斷進取，完善自己對教學教改的認知學習和探索研究，才能更好地建設和服務于國家教育事業(yè)。

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2012－05－14

許良瓊(1964－)，女，云南普洱人，副教授。