汪 敏

汪敏/南京大學(xué)金陵學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院助教，碩士（江蘇南京210089）。

圖樣不但是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要技術(shù)文件，而且是進(jìn)行技術(shù)交流的重要工具，是每個(gè)工程技術(shù)人員必須掌握的“工程界的語言”[1]。工程圖學(xué)作為工科院校機(jī)械類專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生徒手繪圖、尺規(guī)繪圖、計(jì)算機(jī)繪圖，閱讀機(jī)械圖樣的能力以及對(duì)物體的三維形狀的空間邏輯思維能力和形象思維能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及學(xué)生日后從事工程設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和方法改革的必要性

工程圖學(xué)是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，主要培養(yǎng)學(xué)生繪圖、看圖能力，要求學(xué)生具有良好的空間想象力和空間分析能力。在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生從平面擴(kuò)展到空間，再從空間回歸到平面的過程。這種抽象的思維過程教師難教，學(xué)生也難學(xué)。另外，隨著近年來大學(xué)人數(shù)不斷增加，新的課程不斷出現(xiàn)，工程圖學(xué)課時(shí)量減少，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方法已不能滿足社會(huì)的要求，問題主要表現(xiàn)在以下方面：第一，直觀性差。教師教學(xué)中常采用板書、掛圖、模型等手段，模型小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并不是每位學(xué)生都能仔細(xì)觀察到，而掛圖是平面的，線型比較多，學(xué)生很難建立空間概念。很多圖形需要教師靠語言描述，直觀性差，學(xué)生興趣不強(qiáng)，增加授課難度。第二，理論性強(qiáng)，課程間缺乏有效整合。課程內(nèi)容理論性偏多，重視知識(shí)點(diǎn)的詳細(xì)講解，缺乏實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)例詳細(xì)探討，在課程設(shè)置上，作為技術(shù)基礎(chǔ)課，內(nèi)容多且具有一定專業(yè)性，學(xué)生很難較好理解和掌握。第三，學(xué)生動(dòng)手和創(chuàng)新能力不強(qiáng)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)主要老師講、學(xué)生聽，學(xué)生缺乏對(duì)繪圖的深刻認(rèn)識(shí)和全面理解，缺少鍛煉的機(jī)會(huì)，綜合設(shè)計(jì)能力差。因此，迫切需要改變傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，從全方位角度出發(fā)對(duì)工程圖學(xué)課程進(jìn)行改革。

二、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革探索

1.整合課程群。工程圖學(xué)的授課對(duì)象主要面向大一新生。他們剛?cè)胄?，?duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程缺乏直觀的感受，對(duì)機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)、加工工藝、技術(shù)要求等更是一無所知。因此，在教學(xué)過程中，直接灌輸大量的理論知識(shí)效果不大，也很難提起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，并借鑒一些高校的方法，我們將工程圖學(xué)課程劃分為兩部分，在課程編排上進(jìn)行整合（見表1）。在第一學(xué)年上學(xué)期學(xué)習(xí)畫法幾何及工程制圖基礎(chǔ)，即制圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、基本繪圖方法、三視圖畫法、軸測(cè)圖畫法、機(jī)件形狀的基本表示方法。下學(xué)期進(jìn)行金工實(shí)習(xí)課程實(shí)踐，了解零件加工的主要方法和典型零件的加工工藝，知道主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)、操作以及刀具、量具等工具的使用，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。第二學(xué)年上學(xué)期學(xué)習(xí)金屬工藝學(xué)、極限公差與配合、機(jī)械制圖內(nèi)容。機(jī)械制圖內(nèi)容包含零件圖、常用標(biāo)準(zhǔn)件和齒輪、彈簧的表示法以及裝配圖畫法，有了前面理論和實(shí)踐的鋪墊，與本學(xué)期課程的相互聯(lián)系，學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)識(shí)會(huì)更深入。這樣，專業(yè)內(nèi)多門課程合理安排，知識(shí)點(diǎn)有個(gè)循序漸進(jìn)的積累過程，并有其他課程為其鋪墊，學(xué)生更容易理解和聯(lián)系。

表1 工程圖學(xué)課程劃分

2.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。教材的好壞直接影響教學(xué)的質(zhì)量。國(guó)內(nèi)教材特點(diǎn)是內(nèi)容詳細(xì)，理論性、概念性內(nèi)容偏多，實(shí)際應(yīng)用和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性的內(nèi)容偏少。國(guó)外的一些優(yōu)秀教材的典型特點(diǎn)是內(nèi)容新，學(xué)術(shù)水平高，比較注重應(yīng)用性、廣泛性和時(shí)代性，重視將制圖課程與機(jī)械加工、機(jī)械設(shè)計(jì)等融合起來[2]。吸收國(guó)外教材的優(yōu)點(diǎn)，在課程內(nèi)容安排上，我們降低部分理論知識(shí)的要求，增加徒手繪圖及綜合設(shè)計(jì)實(shí)例的講解。比如，截交線和相貫線這部分內(nèi)容是傳統(tǒng)工程制圖課程學(xué)習(xí)的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，往往會(huì)花較多的學(xué)時(shí)來講解這部分內(nèi)容。但從教學(xué)效果來看，學(xué)生普遍反映很難真正理解和掌握，并且實(shí)用性不強(qiáng)。因此，減少這部分內(nèi)容教學(xué)課時(shí)量，讓學(xué)生把更多精力用在創(chuàng)新或?qū)嵱玫膬?nèi)容上。增加徒手繪圖的講解，徒手繪圖是現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)人員構(gòu)思設(shè)計(jì)所必備的一種能力。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖技術(shù)的日益普及和完善，尺規(guī)作圖將逐漸被計(jì)算機(jī)繪圖取代，徒手繪圖的方法和技能將顯得更加重要。雖然我國(guó)的高校教學(xué)也比較注重學(xué)生這方面能力的培養(yǎng)，但所占的學(xué)時(shí)比重仍不夠大，對(duì)學(xué)生這方面技能的訓(xùn)練也不夠。同時(shí)增加綜合設(shè)計(jì)實(shí)例的講解，將零件圖和裝配圖與具體機(jī)械設(shè)計(jì)案例聯(lián)系起來講解，讓學(xué)生體會(huì)到零部件的原理、功能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及加工工藝等，而不是簡(jiǎn)單的作圖目的[3]。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，不僅把知識(shí)裝進(jìn)學(xué)生頭腦中，更要引導(dǎo)學(xué)生會(huì)分析和思考問題。新教學(xué)內(nèi)容的安排更符合學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)和綜合技能的培養(yǎng)，有助于教學(xué)質(zhì)量的提高。各學(xué)校也可以根據(jù)本校的特點(diǎn)，編寫適合的工程圖學(xué)課程講義，便于更好開展教學(xué)工作。

3.增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)。工程圖學(xué)是實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，光靠知識(shí)講解而缺乏練習(xí)是很難學(xué)好的。以往教學(xué)是在知識(shí)點(diǎn)講解后通過大量作業(yè)來鞏固知識(shí)，但從練習(xí)效果來看，往往不盡如人意。有些學(xué)生并沒有真正用心去完成作業(yè)，還有些學(xué)生空間想象能力不強(qiáng)，無論再努力、做再多練習(xí)，成效依舊不大。總結(jié)發(fā)現(xiàn)，單靠書本練習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而要在實(shí)踐中逐漸培養(yǎng)這些能力。我們?cè)诿空聝?nèi)容講解后，安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。難度由淺入深，先以日常生活常接觸的實(shí)物或?qū)嶋H零部件為模型讓學(xué)生去觀察，比如課桌、手機(jī)、空調(diào)。日常的實(shí)物是學(xué)生熟悉的，也便于觀察，將它們作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生興趣，然后測(cè)量，徒手繪制草圖。再逐漸增加難度，畫一些復(fù)雜零件的三視圖、剖視圖。實(shí)驗(yàn)中穿插一些自行設(shè)計(jì)的內(nèi)容，讓學(xué)生分組自行設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的具有一定功用的零部件，發(fā)揮學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。裝配圖實(shí)驗(yàn)部分可以做一級(jí)齒輪減速器拆裝實(shí)驗(yàn)，了解減速器的功能，通過動(dòng)手拆裝，拆開后觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)由哪些零件組成，弄清楚每個(gè)零部件的工作原理，測(cè)量各個(gè)零件尺寸，并徒手繪制零件圖和裝配圖。在課程結(jié)束時(shí)，要求學(xué)生完成一個(gè)實(shí)際的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，綜合考慮選材、原理、功能、配合要求等。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大大激發(fā)了學(xué)生興趣，鞏固了知識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

4.強(qiáng)化三維繪圖能力。傳統(tǒng)工程圖學(xué)的教學(xué)常常采用黑板、模型、幻燈片等方式，不斷由物畫圖，再由圖想物，反復(fù)練習(xí)，逐步培養(yǎng)空間想象能力。講解中，教師很難形象地表現(xiàn)出空間立體結(jié)構(gòu)、零部件裝配及拆卸的動(dòng)態(tài)過程，枯燥的描述講解使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣[4]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多高校在教學(xué)中采用PPT和AUTOCAD繪圖相結(jié)合教學(xué)。但無論是尺規(guī)作圖還是AUTOCAD作圖，都是二維視圖表達(dá)形式。繪圖者思維方式是設(shè)計(jì)者先在頭腦中想象立體圖再用二維視圖表達(dá)出來，而讀圖者根據(jù)二維圖形在頭腦中想象并構(gòu)建出空間實(shí)體結(jié)構(gòu)。在此過程中都經(jīng)過一個(gè)中間環(huán)節(jié)，并對(duì)繪圖和讀圖者都提出較高的要求。相比較而言，三維視圖更符合人們讀圖習(xí)慣，它直觀地將頭腦中的三維圖像快速表達(dá)出來，學(xué)生更容易看懂。并且，現(xiàn)在越來越多企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維軟件，比如：UG，Pro/E，SolidWorks。由于三維軟件能直接進(jìn)行三維建模，形象生動(dòng)地展現(xiàn)出產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)，可以和其他軟件結(jié)合對(duì)產(chǎn)品綜合性能進(jìn)行分析，并且，三維軟件能自動(dòng)生成二維圖形方便用于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，因此，三維軟件在今后生產(chǎn)實(shí)際中逐漸占據(jù)重要地位。在教學(xué)中，要增加三維軟件的教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生的繪圖技能，同時(shí)注重將圖型構(gòu)型設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)繪圖相融合[5]。改變單純地只教學(xué)生畫圖和讀圖、輕實(shí)踐的不足之處，將“畫”和“讀”提升到機(jī)械設(shè)計(jì)的層面，表現(xiàn)其原理、方法和圖形設(shè)計(jì)思想。

5.采用CAI課件教學(xué)。CAI課件是綜合WORD、PPT、投影儀、錄影機(jī)以及SWF動(dòng)畫手段的一體計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)教學(xué)課件。工程圖學(xué)課程教學(xué)中涉及大量的圖形表達(dá)，注重學(xué)生空間能力的培養(yǎng)。多媒體技術(shù)作為一門新技術(shù)，它是把文本、圖形、圖像、動(dòng)畫、視頻圖像、聲音等多種運(yùn)載信息的媒體結(jié)合一起，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合處理和控制，將多媒體的各個(gè)要素進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，完成一系列隨機(jī)交互操作的信息技術(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)正好滿足工程圖學(xué)課程的教學(xué)需要。這種課件配有動(dòng)畫、解說，形象生動(dòng)，可以隨時(shí)暫停，詳細(xì)解說，很好地控制講課進(jìn)度，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。課件制作首先應(yīng)用先進(jìn)的視頻、三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)、平面圖形繪制、圖像處理等技術(shù)，進(jìn)行大量素材制作，然后在Authorware多媒體集成平臺(tái)上進(jìn)行課件集成。整個(gè)課件制作需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，剛開始階段可以先借鑒部分網(wǎng)絡(luò)上的CAI課件，再逐步完善，形成自己的CAI教學(xué)體系。

6.輔助手段。網(wǎng)絡(luò)在生活中逐漸扮演重要角色，越來越多的教師將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在教學(xué)中，成為課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充。課堂教學(xué)的時(shí)間和信息量有限，而網(wǎng)絡(luò)具有信息儲(chǔ)存量大、互動(dòng)性強(qiáng)、時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，有利于學(xué)生及時(shí)回顧和鞏固知識(shí)[6]。建立工程圖學(xué)教學(xué)輔導(dǎo)網(wǎng)站，將教學(xué)大綱、電子教案、電子習(xí)題、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等資料放在網(wǎng)上，讓學(xué)生能方便下載，提高教學(xué)效果。減少尺規(guī)作圖作業(yè)量，減少學(xué)生不必要的課業(yè)負(fù)擔(dān)。對(duì)課程考核方式采用筆試、平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)綜合的評(píng)價(jià)方式。降低筆試成績(jī)比重，增大實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)項(xiàng)目成績(jī)比重，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及社會(huì)對(duì)高層次創(chuàng)新型人才需求的日益增多，作為機(jī)械類的重要基礎(chǔ)課程，現(xiàn)代工程圖學(xué)的教育肩負(fù)的任務(wù)越來越重。教育方式要順應(yīng)時(shí)代的腳步，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的教學(xué)方法，與我國(guó)實(shí)際相結(jié)合，在有限的課時(shí)里首先保證教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)著力培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出更多社會(huì)需求的合格人才。

[1]唐克中，朱同鈞.畫法幾何及工程制圖[M].北京：高等教育出版社，2009

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[3]舒宏，胡清泥，高菲.中日機(jī)械制圖教材的比較及對(duì)教學(xué)改革的啟示[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（4）：166-171

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[5]靳萍，彭正洪.基于工程圖學(xué)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，（11）

[6]江洪，張培耘，吳巨龍.美國(guó)工程圖學(xué)教材對(duì)我國(guó)圖學(xué)教育和精品課程建設(shè)的啟示[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（6）