劉海瓊， 譚建榮

（1. 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校，四川 成都 611730；2. 浙江大學(xué)，浙江 杭州 310027）

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造所依賴的圖樣表達(dá)形式已經(jīng)發(fā)生了重大變化，三維設(shè)計(jì)方法和數(shù)控加工技術(shù)更是得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品的全生命周期狀態(tài)也逐漸向信息化、數(shù)字化方向流動(dòng)[1]，但傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)表達(dá)在某些企業(yè)和行業(yè)依然存在。上個(gè)世紀(jì)九十年代初，美國(guó)、日本的主要工科院校就提出了與信息社會(huì)相適應(yīng)的現(xiàn)代“工程圖學(xué)”體系，開(kāi)始對(duì)基于兩種設(shè)計(jì)、制造表達(dá)需求的“工程圖學(xué)”課程進(jìn)行了一些教學(xué)改革和實(shí)踐[2-3]；自上世紀(jì)末以來(lái)，以清華大學(xué)的童秉樞、浙江大學(xué)的陸國(guó)棟、譚建榮等為代表的專家學(xué)者也開(kāi)始對(duì)該門(mén)課程在普通高等院校的教學(xué)進(jìn)行了廣泛關(guān)注、深入的探索和實(shí)踐[3-4]，取得了較為豐碩的成果，將工程制圖逐漸升華為“工程圖學(xué)”并賦予了新的內(nèi)涵。

高職院校也不乏對(duì)“工程圖學(xué)”課程持續(xù)的改革嘗試與探索，取得了一些成就如參考文獻(xiàn)[5]。但宏觀看來(lái)，這些改革和探索或者是教材體系的某一部分內(nèi)容處理技巧進(jìn)行分析，或者基于某一教學(xué)方法或教學(xué)手段、教學(xué)依托等進(jìn)行探討問(wèn)題，以致于該門(mén)課程多年來(lái)一直沒(méi)有大的實(shí)質(zhì)性的改革推進(jìn)。原有課程體系存在著諸多不能適應(yīng)高等職業(yè)教育改革需要的因素：在課程體系中更好的體現(xiàn)現(xiàn)代制造業(yè)（包括制造服務(wù)業(yè)）在設(shè)計(jì)制造方面對(duì)圖樣的表達(dá)新需求、對(duì)人才的職業(yè)技能新適應(yīng)及對(duì)創(chuàng)新思維的新需要，企待深層次的改革。

本文介紹以“廣義形體分析法”[6]為核心構(gòu)建的模塊化課程內(nèi)容新體系，擬創(chuàng)建針對(duì)高職高?！肮こ虉D學(xué)”改革適應(yīng)的一套完整改革方案。通過(guò)在教學(xué)中的初步應(yīng)用與實(shí)踐，取得了較為滿意的成效。

1 廣義形體分析法

1.1 方法構(gòu)想描述

1） 基于形體分析法的拓展

形體分析法如圖1作為“工程圖學(xué)”的一種重要和根本方法首次提出并廣泛應(yīng)用于組合體的結(jié)構(gòu)表達(dá)、分析讀圖及組合體的尺寸標(biāo)注。在各種版本的教材中，定義不盡統(tǒng)一，但都集中地體現(xiàn)出其重要的圖學(xué)思想精髓：即復(fù)雜的組合體總是由簡(jiǎn)單的基本幾何體（或其拓展）按照一定的方式組合而成，因此在繪圖和尺寸標(biāo)注時(shí)可以將復(fù)雜形體簡(jiǎn)單化（分解為基本形體或其拓展形體），反之讀圖時(shí)，則抓住積累基本或簡(jiǎn)單形體的視圖特征，分解并組合從而構(gòu)想出復(fù)雜形體。

圖1 形體分析法含義框圖

形體分析法在構(gòu)架完整的“工程圖學(xué)”思維體系方面起到了極為關(guān)鍵的作用，在教學(xué)實(shí)踐中，它更為我們提供了一種分析和解決問(wèn)題的重要思維方法，具有很強(qiáng)的拓展價(jià)值，因而在教學(xué)實(shí)踐中將此方法適度延伸至幾何結(jié)構(gòu)的幾何元素構(gòu)成基礎(chǔ)等，則更有利于知識(shí)的連貫學(xué)習(xí)和掌握。

2） 基于工程對(duì)象表達(dá)

圖2是基于全生命周期的產(chǎn)品過(guò)程。高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)主要定位于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造和服務(wù)的一線應(yīng)用型人才，其核心是職業(yè)適應(yīng)性。面向制造業(yè)或制造服務(wù)業(yè)需求的高職人才必須通過(guò)分析、研究并與實(shí)際工程對(duì)象不斷交流來(lái)實(shí)現(xiàn)職業(yè)適應(yīng)性。

一直以來(lái)“工程圖學(xué)”課程都是以工程對(duì)象和其表達(dá)圖樣（或圖形）為研究對(duì)象和教學(xué)目標(biāo)，但在高職的實(shí)際課程教學(xué)中，普遍存在過(guò)分繼承普通高等教育的模式（被稱為普通高等教育的壓縮餅干），沒(méi)有更充分考慮和結(jié)合培養(yǎng)對(duì)象及在此基礎(chǔ)上的目標(biāo)定位。而工程對(duì)象的結(jié)構(gòu)形成是以其功能需求和制造加工實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)和依據(jù)的，認(rèn)識(shí)并在學(xué)習(xí)過(guò)程中充分理解：工程對(duì)象的幾何結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)，零件裝配與產(chǎn)品功能需求，它們之間存在著和形體結(jié)構(gòu)分析本質(zhì)相似的邏輯關(guān)系。

3） 基于知識(shí)和能力的合理構(gòu)架

“工程圖學(xué)”課程內(nèi)容、知識(shí)和能力訓(xùn)練具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，將形體分析法的思想方法和理念應(yīng)用在整個(gè)內(nèi)容、知識(shí)和能力訓(xùn)練過(guò)程中，可以使得教學(xué)過(guò)程更為簡(jiǎn)潔、清晰化，學(xué)習(xí)思路更為明了。

圖2 全生命周期的產(chǎn)品過(guò)程

1.2 廣義形體分析法的定義及理解

源于以上3個(gè)方面，筆者在原形體分析法的基礎(chǔ)上構(gòu)想了使用面更廣，邏輯關(guān)系更明確，涵義更深的“廣義形體分析分析法”。所謂“廣義形體分析法”是指沿“形體分析”的基本思維，將“工程圖學(xué)”核心內(nèi)容及主線提煉為由幾何元素、幾何結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)、零件裝配、知識(shí)與能力拓展等5個(gè)相互關(guān)聯(lián)，并有著基本相似邏輯關(guān)系的塊元組成的一種教學(xué)改革思維方法。如圖3所示。

圖3 “廣義形體分析法”分解關(guān)系圖

對(duì)A、B、C、D、E組成塊元的理解：

A 幾何元素的“形體分析”：空間物體都可以分解為最基本的幾何元素點(diǎn)、線、面；

B 幾何結(jié)構(gòu)的“形體分析”：基本幾何體（或基本幾何體的拓展形體）是組合體的基本組成元素；

C 功能結(jié)構(gòu)的“形體分析”：零件的具體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)零件的具體功能，整個(gè)零件的結(jié)構(gòu)是零件功能的集合，并體現(xiàn)主次關(guān)系；

D 零件裝配的“形體分析”：零件裝配聯(lián)接及傳動(dòng)為裝配體的功能實(shí)現(xiàn)途徑，裝配體的功能組合對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的功能需求，并體現(xiàn)功能主次和產(chǎn)品服務(wù)；

E 知識(shí)與能力拓展的“形體分析”：a 幾何圖形基礎(chǔ)；b 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)是空間形體表達(dá)的基礎(chǔ)和手段；c 徒手繪圖；d 儀器繪圖；e 計(jì)算機(jī)軟件繪圖的基礎(chǔ)，不可或缺；f 部件是機(jī)器的形體組成基礎(chǔ)和功能分支（為了便于分析理解將該塊元再分為6個(gè)子塊元）。

不難看出，在這里的“形體分析”之所以被稱為“廣義形體分析法”，是因?yàn)樗窃谠袌D學(xué)體系“形體分析法”基礎(chǔ)上的大膽拓展，也可以理解為一種“適度分解”的綜合思維與能力訓(xùn)練方法[6]。

2 “廣義形體分析法”課程體系與實(shí)施

2.1 “廣義形體分析法”構(gòu)架體系解讀及實(shí)現(xiàn)

圖4所示是以“廣義形體分析法”思維貫穿的課程新體系，采用整體模塊化改革方案，5個(gè)模塊構(gòu)筑技能和知識(shí)的完整體系。體現(xiàn)的核心是職業(yè)技能適應(yīng)性，符合人類認(rèn)知事物和思維（尤其是形象思維）發(fā)展的一般規(guī)律。將原課程體系分解構(gòu)架為5個(gè)模塊，是基于知識(shí)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立和能力訓(xùn)練相結(jié)合角度考慮的。當(dāng)然根據(jù)實(shí)際專業(yè)不同、對(duì)象不同的需要可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合（比如二、三兩個(gè)模塊）或者分解。

圖4 “廣義形體分析法”貫穿的課程新體系

圖5 模塊與“廣義形體分析法”塊元關(guān)系圖

解讀構(gòu)架體系須將“廣義形體分析法”的5個(gè)塊元及知識(shí)能力的子塊元貫穿其中，如圖5所示。理解和貫徹“廣義形體分析法”是在繼承原有教學(xué)體系基礎(chǔ)上與學(xué)習(xí)對(duì)象具體情況實(shí)際結(jié)合，與產(chǎn)品的全生命周期過(guò)程結(jié)合，與人才需求和職業(yè)適應(yīng)結(jié)合。各模塊的內(nèi)容不同，特點(diǎn)不同，側(cè)重點(diǎn)不一樣，與塊元的主要關(guān)系當(dāng)然也就不同：如模塊一與各塊元的關(guān)系最為密切，涵蓋了所有的部分，屬于宏觀知識(shí)的引入、職業(yè)與學(xué)習(xí)興趣建立和技能訓(xùn)練的起步，而模塊二則主要涉及幾何元素、幾何結(jié)構(gòu)與基本技能的訓(xùn)練。在教學(xué)實(shí)踐的處理過(guò)程中，要注意塊元和子塊元的一些特點(diǎn)：⑤是貫穿過(guò)程的教學(xué)工具，依賴和技術(shù)技能綜合；ABCD和⑥是貫穿總體的架構(gòu)依據(jù)；①、②是知識(shí)基礎(chǔ)；③、④、⑤是技能基礎(chǔ)；因而⑤既是技能基礎(chǔ)也是技能綜合。再如③貫穿全體系，是因?yàn)椋浩湟?，伴隨著計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)的普及和發(fā)展，草圖的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛；其二，徒手繪圖能力練就需要一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的積累。

2.2 技術(shù)實(shí)施

基于“廣義形體分析法”的課程體系實(shí)施主要包括以下幾個(gè)方面：

1） 多媒體及軟件（包含 CAD技術(shù)軟件）貫穿教學(xué)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室交互使用。

2） 模塊1：從職業(yè)或工作對(duì)象直接引入，以標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、實(shí)踐意識(shí)、責(zé)任意識(shí)、形體意識(shí)的形成為目標(biāo)；不是輕描淡寫(xiě)，是全面引入，舉例典型，扎根深厚，可放可收，難易處置得當(dāng)；平面部分和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容可以采用教師引領(lǐng)下的自學(xué)與驗(yàn)收。

3） 模塊2、3：可以部分沿用原體系的主要思想，但須緊緊圍繞貫穿課程體系的核心實(shí)例與核心知識(shí)、能力目標(biāo)，有針對(duì)性的訓(xùn)練；結(jié)合學(xué)生個(gè)體情況區(qū)別性地進(jìn)行有選擇的拓展訓(xùn)練；兩個(gè)模塊最根本的聯(lián)系是狹義“形體分析”，適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)性的在教學(xué)中加入功能需求意識(shí)。

4） 模塊4、5：綜合體現(xiàn)知識(shí)與技能的應(yīng)用水平，結(jié)構(gòu)與功能需求結(jié)合緊密。學(xué)習(xí)與訓(xùn)練分為3步：

（1） 多媒體借助下的典型裝配體三維建模動(dòng)態(tài)演示與知識(shí)能力回歸（內(nèi)容體系的高度歸納）；

（2） 多媒體借助下的體驗(yàn)式、參與式結(jié)構(gòu)分析、知識(shí)拓展和專業(yè)視野拓展（裝配表達(dá)方法的講授與功能結(jié)構(gòu)分析相結(jié)合）；

（3） 核心技能訓(xùn)練主導(dǎo)下的多樣化遞進(jìn)式訓(xùn)練：裝配關(guān)系徒手圖（裝配示意圖）；典型結(jié)構(gòu)儀器繪制裝配圖；CAD軟件的二維三維建模轉(zhuǎn)換練習(xí)；裝配圖讀圖拓展練習(xí)；根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研、功能需求分析的創(chuàng)新設(shè)計(jì)初步。

核心實(shí)例引入選擇極為關(guān)鍵，常用性、典型性、貫穿性、職業(yè)結(jié)合性及難度把握是選擇的依據(jù)。如圖6的機(jī)用虎鉗就是較為合適的范例：使用廣泛，為工科類各行業(yè)基本應(yīng)用工具，學(xué)生普遍熟悉了解，結(jié)構(gòu)層次分明，功能分析和結(jié)構(gòu)組成清晰，零件的難易程度適中，多種繪圖方式均相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，零件結(jié)構(gòu)典型，裝配圖（圖7）對(duì)照理解相對(duì)容易。

圖6 機(jī)用虎鉗結(jié)構(gòu)裝拆圖

圖7 機(jī)用虎鉗裝配用裝配圖

3 初步實(shí)踐及成效分析

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)高職教育該門(mén)課程教學(xué)思考、不斷學(xué)習(xí)和實(shí)踐積累，以“廣義形體分析法”為主線的改革方案在2008年基本成型，并在08級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱機(jī)制）2班進(jìn)行初步探索實(shí)踐并已經(jīng)取得了較明顯的成效。

圖8 08機(jī)制2班綜合考核成績(jī)柱狀圖

圖9 08機(jī)制3班綜合考核成績(jī)柱狀圖

圖10 08機(jī)制4班綜合考核成績(jī)柱狀圖

圖8、圖9和圖10分別是08機(jī)制2、3、4班學(xué)年綜合考核成績(jī)分布柱狀圖，3個(gè)班級(jí)的成績(jī)合格率分別為：85.71%，75%，79.59%。從柱狀圖和表1可以明顯看出，改革實(shí)施的機(jī)制2班無(wú)論是從學(xué)生成績(jī)的分布狀況的正態(tài)率，還是總體知識(shí)和技能掌握狀況的驗(yàn)收結(jié)果較其他班級(jí)都更為理想。在這里稱之為初步探索實(shí)踐是因?yàn)樵诒据喐母镏?，其所需的教學(xué)條件在邊實(shí)踐邊建設(shè)過(guò)程中，許多方面還不夠齊備。如實(shí)驗(yàn)實(shí)作設(shè)備建設(shè)還不能夠很好的到位，也不夠齊備，原版本的教材也不能很好的詮釋這一改革主導(dǎo)思想（配套教材還未能及時(shí)編撰出版），但本輪改革仍取得了較令人滿意的效果。它不僅僅是反映在學(xué)年綜合成績(jī)考核方面，在課堂互動(dòng)、應(yīng)對(duì)具體工程對(duì)象及問(wèn)題的分析與思考、對(duì)專業(yè)知識(shí)的拓展與應(yīng)用等方面，學(xué)生們都能展現(xiàn)出更好的主動(dòng)性和參與性。在后續(xù)專業(yè)課程、專業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練的學(xué)習(xí)和考核中，也反映出該班級(jí)學(xué)生與其他班級(jí)在綜合思維能力和應(yīng)變創(chuàng)新能力的明顯優(yōu)勢(shì)。

表1 08機(jī)制2、3、4班綜合考核成績(jī)對(duì)照表

4 結(jié) 論

1） 基于“廣義形體分析法”的模塊式改革方案立足和圍繞工程對(duì)象及工程對(duì)象的功能需求，更能體現(xiàn)課程實(shí)踐特性和高職教育的職業(yè)適應(yīng)性。塊元的劃分使知識(shí)的學(xué)習(xí)和能力的訓(xùn)練思路更加清晰、明了，有利于教和學(xué)。CAD技術(shù)軟件教學(xué)與應(yīng)用支撐下的多媒體教學(xué)更符合現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)與制造表達(dá)方法需要。改革的實(shí)踐證明該改革方案能帶來(lái)滿意的教學(xué)成效，在職業(yè)意識(shí)、邏輯思維及創(chuàng)新能力的提升方面尤為明顯。

2） 該課程改革體系的實(shí)現(xiàn)涉及到諸多細(xì)節(jié)工作，理論體系的完善還需不斷探索，與理論體系相結(jié)合的實(shí)踐訓(xùn)練設(shè)施建設(shè)也需要一個(gè)過(guò)程，改革需要在實(shí)踐應(yīng)用中不斷推進(jìn)并不斷成熟。

3） 不斷實(shí)踐、探索和成熟起來(lái)的改革體系可以總結(jié)細(xì)化并建設(shè)適合現(xiàn)代制造及制造服務(wù)業(yè)發(fā)展的、適應(yīng)高職教育特點(diǎn)的精品教材和精品課程并加以推廣。

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