熊 巍， 劉 林， 陳錦昌

（華南理工大學(xué)設(shè)計學(xué)院，廣東 廣州 510006）

現(xiàn)代工程制圖課堂教學(xué)改革的探索與實踐

熊 巍， 劉 林， 陳錦昌

（華南理工大學(xué)設(shè)計學(xué)院，廣東 廣州 510006）

針對當前多媒體教學(xué)存在的問題，對工程制圖課堂教學(xué)改革提出一些思路和方法?；诮?gòu)主義學(xué)習(xí)理論，遵循學(xué)生的認知心理，設(shè)計工程制圖課堂教學(xué)過程和教學(xué)方法；以傳統(tǒng)教學(xué)手段為基礎(chǔ)，創(chuàng)建一種新式的多媒體教學(xué)法。通過“粉筆板書”和多媒體技術(shù)的完美融合，模擬真實的手工繪圖過程情境；通過手勢動作和課件動畫的巧妙配合，實現(xiàn)組合體的構(gòu)形過程情境；通過實物模型和繪圖軟件的嫻熟運用，創(chuàng)造師生互動的學(xué)習(xí)情境。學(xué)生的成績和評價證明這種新穎的教學(xué)法是對工程制圖課堂教學(xué)改革的有益嘗試；另外，通過公開示范課和教學(xué)競賽對該教學(xué)法進行推廣，也獲得了同行認可和肯定。

工程圖學(xué)；教學(xué)改革；建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論；課堂教學(xué)

近年來，各高校對制圖課程展開了全面且深入的教學(xué)改革，特別是多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用取得了卓有成效的效果[1]。由于制圖課堂教學(xué)需要大量的圖例及繪圖過程的演示，采用粉筆板書為代表的傳統(tǒng)教學(xué)手段往往工作量大、效率低，而且對青年教師的基本功要求高，因此多媒體教學(xué)已經(jīng)成為目前高校制圖課堂教學(xué)的主要手段。不可否認，多媒體教學(xué)形象生動、信息量大，在提高制圖課堂教學(xué)效率方面有著傳統(tǒng)教學(xué)手段無法比擬的優(yōu)勢。但是，由于對多媒體教學(xué)手段的認識與應(yīng)用存在一定的誤區(qū)，導(dǎo)致課堂教學(xué)的效果往往不盡如人意[2]，例如：

（1）有些年輕教師缺少教學(xué)經(jīng)驗，將多媒體教學(xué)變成了機械的放幻燈片、念講稿，照本宣科，缺少變化，學(xué)生昏昏欲睡；

（2）教師為操作電腦而偏居一角，學(xué)生只見屏幕，難見教師，師生缺乏交流與溝通，課堂氣氛沉悶；

（3）學(xué)生普遍反映跟不上教師的講課速度，上課時就像走馬觀花，學(xué)生缺乏積極性；

（4）課件設(shè)計形式呆板，只是簡單的將教材上的文字和圖片進行堆砌，填鴨式教學(xué)。

然而，傳統(tǒng)教學(xué)手段注重黑板繪圖過程，一筆一劃，一招一勢，學(xué)生清晰明了，樂于接受；同時，教師充分利用聲音、動作等元素來吸引學(xué)生的注意力，使課堂教學(xué)成為學(xué)生全程參與、師生充分互動的過程，課堂氣氛自然、和諧。

深入分析多媒體教學(xué)手段存在的問題，其實原因不在于這種現(xiàn)代化教育技術(shù)本身，而是未能清晰地認識課堂教學(xué)的4個要素，包括教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境之間的關(guān)系，未能將課堂教學(xué)手段從教師的講授知識的輔助工具，轉(zhuǎn)變成學(xué)生主動學(xué)習(xí)、協(xié)作、探索、完成意義建構(gòu)的認知工具，在使用先進的教育技術(shù)的同時，缺乏更適合的教育理論來指導(dǎo)當前的工程制圖課堂教學(xué)的設(shè)計和實施。

現(xiàn)代建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為制圖課堂教學(xué)改革提供了新的方向。建構(gòu)主義認為，學(xué)習(xí)是獲得知識的過程，知識不是通過教師傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境下，借助他人的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資源，通過意義建構(gòu)方式獲得的[3]。建構(gòu)主義理論為我們提供了全新的教學(xué)觀，對師生在教學(xué)過程中的作用和地位進行了重新界定，真正能從學(xué)生的心理生理和認知結(jié)構(gòu)特點出發(fā)來改變現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)方法[4]。

因此，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的工程制圖課堂教學(xué)改革有其理論和現(xiàn)實意義。

1 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的工程制圖課堂教學(xué)設(shè)計和策略

根據(jù)建構(gòu)主義理論的要求，教學(xué)過程中要創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境、進行教學(xué)設(shè)計，針對不同的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計不同的教學(xué)方法，促進學(xué)生建構(gòu)良好的認知結(jié)構(gòu)。課堂教學(xué)設(shè)計不僅要對教學(xué)內(nèi)容全面把握，還要對學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)和心理過程進行分析，挖掘與學(xué)生認知結(jié)構(gòu)有效結(jié)合的學(xué)習(xí)主題，提供符合學(xué)生認知心理的外部刺激，使得課堂的教學(xué)活動過程適應(yīng)于學(xué)生的心理活動過程，最終實現(xiàn)學(xué)生對新知識的同化、順應(yīng)和意義建構(gòu)。

1.1 遵循認知心理的教學(xué)過程設(shè)計

目前多媒體課堂教學(xué)存在的問題之一是學(xué)生反映跟不上教師的教學(xué)進度，上課走馬觀花，課后印象不深。其根本原因在于，課件制作和教學(xué)活動沒有充分考慮學(xué)生的認知心理，認為教學(xué)過程只是為了完成教學(xué)任務(wù)，而忽視了學(xué)生才是教學(xué)過程的主體[5-6]。

（1）主線清晰，結(jié)構(gòu)完整。雖然多媒體課件教學(xué)信息量大、面廣，且便于發(fā)散和擴充，但操作時每個頁面只是短暫停留，如果一堂課所用的課件頁面較多時，學(xué)生很難全面把握教師的教學(xué)思路。因此，在教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，要有明確的主線，加深學(xué)生對重要知識點的印象。另外，教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)也要有整體性。首先設(shè)立思考問題，埋下伏筆，引入學(xué)習(xí)主題，然后對知識點的剖析講解，最后解決問題，前后呼應(yīng)。

（2）內(nèi)容細分，層層展開。學(xué)生反應(yīng)難以跟上教師的教學(xué)進度，并非多媒體技術(shù)本身的問題。教學(xué)媒體的呈現(xiàn)方式和節(jié)奏須以認知心理學(xué)為依據(jù)，仔細分析注意、知覺、記憶、概念形成等4種心理活動所具有的特性以及與媒體表現(xiàn)之間的關(guān)系，做到教學(xué)活動的展開能與學(xué)生心理活動一致。在對知識點的講授時，切忌整頁的播放幻燈片，而應(yīng)按學(xué)生的思維過程進行細分，然后動態(tài)地表現(xiàn)出來。

（3）從體切入，形圖對照。人是生活在三維世界中，因此學(xué)生對立體圖的掌握與理解是直接的。以體為切入點，由三維的立體形到二維的投影圖，在形與圖的轉(zhuǎn)換和對比過程中，幫助學(xué)生快速建立空間概念，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，這也更符合學(xué)生的認知規(guī)律和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的要求。

（4）控制節(jié)奏，張弛有度。在以教師為主導(dǎo)的課堂講授過程中，學(xué)生很難保持整節(jié)課的高度注意力集中。如果教師為了完成教學(xué)任務(wù)而采用“滿堂灌”的授課方式，反而會適得其反，教學(xué)效果大打折扣。因此，在教學(xué)過程中，應(yīng)該控制節(jié)奏，恰當“留白”，為學(xué)生提供實現(xiàn)意義建構(gòu)的空間。例如，講完重要知識點后布置課堂練習(xí)，為學(xué)生嘗試使用新知識提供實踐的機會。

1.2 營造雙向互動的學(xué)習(xí)情境設(shè)計

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認為，學(xué)習(xí)總是與一定的情境相聯(lián)系的，學(xué)生需要一定的情境來同化和順應(yīng)新知識才能實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)，因此要把創(chuàng)設(shè)情境作為意義建構(gòu)的必要條件和教學(xué)設(shè)計的重要內(nèi)容。根據(jù)學(xué)生原有的知識經(jīng)驗背景、動機以及情感態(tài)度等，通過從現(xiàn)實生活中尋找、挖掘符合學(xué)生心智水平、與現(xiàn)實生活相關(guān)的真實材料，把學(xué)生引入一種與問題有關(guān)的情境中。學(xué)生要在已知的知識平臺上通過不斷激活原有的經(jīng)驗，在“平衡-不平衡”的認知活動中展開新的思維活動，獲得自己的意義，建構(gòu)自己的理解。

（1）學(xué)習(xí)情境，要真實、自然。首先，學(xué)習(xí)情境的設(shè)計要真實，來自于工程實際的真實素材營造的學(xué)習(xí)情境，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而對情境創(chuàng)設(shè)的真實性也決定了學(xué)生對學(xué)習(xí)主題認知和意義建構(gòu)的程度。其次，學(xué)習(xí)情境的設(shè)計要自然，用最符合學(xué)生認知心理的外部刺激去促進對知識的理解和應(yīng)用，完成學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義建構(gòu)。

（2）學(xué)習(xí)情境，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。有效的教學(xué)是逐步減少外部控制、學(xué)生自我實現(xiàn)意義建構(gòu)的過程。在教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)是教師教的出發(fā)點和歸宿，教師的教是為了學(xué)生的學(xué)，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，同時也是知識獲取的主動建構(gòu)者。制圖課堂的教學(xué)設(shè)計要解決如何讓學(xué)生主動、全面參與教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)各種情境。一方面，學(xué)習(xí)情境要具有開放性，促使學(xué)生全身心投入，自由發(fā)表觀點，讓學(xué)習(xí)在平等對話中進行，使師生積極互動共同發(fā)展；另一方面，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)并非教師的放任自流，教師還要適當調(diào)控，為學(xué)生學(xué)習(xí)目標導(dǎo)向，靈活控制學(xué)習(xí)的進程，有效評價學(xué)習(xí)的成果，真正成為學(xué)生意義建構(gòu)的推手。

2 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的工程制圖課堂教學(xué)方法和實施

有了好的教學(xué)設(shè)計，接下來就是利用怎樣的教學(xué)方法和手段，營造真實的學(xué)習(xí)情境，組織和諧的教學(xué)課堂。而只有充分認識和理解教學(xué)四要素中的教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)境之間的關(guān)系，才能保證生動有效的課堂教學(xué)的實施。

2.1 傳統(tǒng)板書教學(xué)與多媒體教學(xué)手段相融合

對于工程制圖中繪圖方法的講解，多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)的板書教學(xué)都有各自無法替代的優(yōu)勢，如何保留傳統(tǒng)教學(xué)法的課堂互動性好，注重講解過程，師生進行有效溝通等優(yōu)點，又能充分發(fā)揮多媒體的高效、形象、信息量大的特點。已有許多文獻提出了在工程制圖課堂教學(xué)中將傳統(tǒng)的教學(xué)手段與多媒體教學(xué)相結(jié)合，但如何有效甚至無縫地結(jié)合并沒有深入的探討和實踐。

2.1.1 全新的“板書式”多媒體教學(xué)法

傳統(tǒng)的制圖課堂教學(xué)中，教師在黑板上作圖，邊畫邊講解，學(xué)生通過這個過程逐漸理解和消化，實際上這對繪圖能力的培養(yǎng)起到潛移默化的作用；邊講邊畫切合人們的思維過程及作圖過程，非常有利于學(xué)生理解吸收并掌握繪圖方法。通過對多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)特點的全面分析，充分挖掘教師的主觀能動性，設(shè)計一種全新的課堂教學(xué)方法 ——“板書式”多媒體教學(xué)法。通過該方法，教師脫離了計算機的束縛，直接在投影屏幕上進行“粉筆板書”教學(xué)演示，一筆一劃地示范作圖過程，真正實現(xiàn)多媒體技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)的完美融合，如圖1所示?！鞍鍟健倍嗝襟w教學(xué)法的本質(zhì)仍然是多媒體教學(xué)，但完全模擬手工板書畫圖的教學(xué)形式，實現(xiàn)的關(guān)鍵在于教師對多媒體技術(shù)的嫻熟運用，教師一只手通過遙控翻頁器控制PPT課件中的圖線動畫，另一只手握教鞭跟隨著屏幕上的動畫方向運動，學(xué)生看到的則是教師竟然用教鞭“畫出”了一條條線。教師在“畫圖”過程中，伴隨語言講解、眼神交流，創(chuàng)設(shè)全真的手工繪圖情境。但是要自如的使用這種教學(xué)法，達到以假亂真的效果，對教師提出了更高的要求。一方面，要充分準備，熟悉教學(xué)內(nèi)容，包括課件每個頁面的內(nèi)容和每個作圖步驟的動畫，因此課件最好親手制作；另一方面，要精確控制，為了能夠使用教鞭模擬出粉筆作圖的效果，就要對所有的圖線動畫的出現(xiàn)順序、時間、位置、方向和速度都進行準確預(yù)判，將教鞭成為教師手中的“畫筆”。

2.1.2 多媒體教學(xué)中的板書設(shè)計

“板書式”多媒體教學(xué)法雖然很好的模擬了手工畫圖過程，但板書這種傳統(tǒng)教學(xué)手段本身并不能舍棄，在制圖課堂教學(xué)中的兩個環(huán)節(jié)可以很好的利用板書進行精心設(shè)計。首先，根據(jù)粉筆板書概括性和持久性的特點，隨著教學(xué)進程的展開，將重要的知識點按其邏輯關(guān)系列舉在黑板上，教學(xué)過程的主線清晰可見，如圖2(a)所示；其次，通過板書，提出具有啟發(fā)性、開放性的課堂小問題，并鼓勵學(xué)生上臺回答，粉筆板書成為師生互動的理想工具，如圖2(b)所示。

圖2 各種教學(xué)手段輔助的課堂教學(xué)實踐

2.2 直觀教學(xué)與計算機技術(shù)相結(jié)合

工程制圖是一門形象思維很強的課程，要不斷地由物畫圖，由圖想物?？臻g想象能力和形象思維能力離不開感性認識的積累與形象思維的啟發(fā)。

2.2.1 實物模型和肢體語言

實物模型作為工程制圖傳統(tǒng)教學(xué)方法的重要手段，看得見，摸得著，帶給學(xué)生的感性認識也最為直觀。精心選擇的實物模型，可以串聯(lián)起教學(xué)內(nèi)容中的各個知識點，形成明確的教學(xué)主線。例如，在講解組合體的構(gòu)形、形體分析和畫圖時，選擇同一個組合體實物模型貫穿各個教學(xué)單元，從引入問題到解決問題，保證了知識建構(gòu)的連續(xù)性，如圖3所示。另外，在課堂的“留白”時間引入組合體小積木組織手工課堂，安排學(xué)生分小組討論、拼裝組合體造型并畫圖，營造會話、協(xié)作和學(xué)生互動的課堂氛圍。

圖3 選擇實物模型，串聯(lián)知識

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)手段有更強的感染力，是因為教師不僅通過語言，還通過豐富的表情和動作全面吸引學(xué)生的注意力。其實，在多媒體教學(xué)中同樣可以更好地利用動作“抓住”學(xué)生，成為師生互動的橋梁。例如，在組合教學(xué)時，我設(shè)計了各種手勢和動作，虛實結(jié)合，通過動作引導(dǎo)，講解構(gòu)形的過程；用各種手勢，來展示不同的構(gòu)形方法。圖4所示為使用現(xiàn)實的“切割”手勢配合虛擬的分解動畫，一步一步地營造真實的構(gòu)形過程情境。

圖4 用手“切割”組合體

2.2.2 計算機繪圖軟件輔助教學(xué)

在實際教學(xué)中，往往實物模型資源不足，并且實物模型本身難于動態(tài)的表現(xiàn)立體的構(gòu)型過程；而大多數(shù)多媒體課件都不是開放性的，難于適應(yīng)教學(xué)方式、教學(xué)策略各不相同的廣大教師，更不能適應(yīng)不同的教學(xué)內(nèi)容、不同教學(xué)對象等千變?nèi)f化的情況。因此，在制圖課的教學(xué)中，對某些抽象難理解的內(nèi)容，可以使用計算機三維繪圖軟件，作為輔助教學(xué)手段，幫助學(xué)生快速理解空間形體，建立空間概念。另外，通過繪圖軟件，靈活調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，按照學(xué)生的思路，快速建立三維模型，營造互動的學(xué)習(xí)情境。

為了引入組合體的形體分析法，給學(xué)生布置了一個“回字形”立體的多解題（如圖2(a)所示），鼓勵學(xué)生積極思考。對于學(xué)生的答案，教師并不立即指出正確與否，而是根據(jù)學(xué)生的想法快速建立對應(yīng)的三維立體來進行驗證，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)錯誤，如圖2(b)所示。在這個“思考-嘗試-驗證”的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生完全成為課堂的主角，教師只是實現(xiàn)學(xué)生意愿的幫助者。

立體表面交線中的相貫線，特別是立體形狀變化對于相貫線投影的影響，一直是學(xué)生學(xué)習(xí)制圖課程中的難點。在講解這部分內(nèi)容時，可以使用CAD軟件的模型動態(tài)顯示功能（如SolidWorks軟件的Instant 3D），可隨意拖動來改變立體的形狀大小，而相貫線在空間上和投影圖上也會相應(yīng)的實時變化，如圖5所示。因此，原本學(xué)生難以理解的變形過程，通過計算機繪圖軟件的巧妙展示，變得清晰易懂，一目了然。

圖5 交互式動態(tài)展示相貫線的變化

3 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的工程制圖課堂教學(xué)評價和推廣

通過該教學(xué)法的實施，取得了非常好的教學(xué)效果。學(xué)生樂于接受這種新式的教學(xué)形式，認為工程制圖課程與眾不同，教師上課就像魔術(shù)師，神奇的教鞭可以在屏幕上自由地繪畫。因此，學(xué)生的制圖課程成績得到逐年提高，本人的學(xué)生評教分數(shù)也每年都居于學(xué)院的前5%。圖6為對2012級某專業(yè)學(xué)生采用了該教學(xué)法授課與 2011年未采用該方法授課的期末考試成績對比。

圖6 同一專業(yè)兩學(xué)年學(xué)生課程成績對比

本人通過教學(xué)研討會和公開示范課對該教學(xué)法進行推廣，也獲得了同行和專家的認可和好評，如圖7所示。為了擴大影響，通過參加教學(xué)競賽，將這種新穎的教學(xué)法向廣東省乃至全國的同行進行介紹。我在 2012年分別參加了學(xué)校青年教師課堂教學(xué)競賽、廣東省首屆高校教師教學(xué)基本功大賽和首屆全國高校青年教師教學(xué)競賽，均獲得一等獎。

圖7 為浙江大學(xué)等高校演示在線公開課

4 結(jié) 論

本人在教學(xué)實踐過程中不斷總結(jié)創(chuàng)新，設(shè)計了一套新穎的教學(xué)法。該教學(xué)法以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，分析學(xué)生的認知心理和認知結(jié)構(gòu)進行教學(xué)過程和課件制作，營造真實、自然的學(xué)習(xí)情境；通過分析多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)手段的特點，充分發(fā)揮教師和學(xué)生的主觀能動性，真正實現(xiàn)了一種能融合多媒體和粉筆板書的教學(xué)方法。本教學(xué)法實際上是將多種教育技術(shù)手段靈活應(yīng)用到工程制圖課堂教學(xué)上的大膽創(chuàng)新，目前在同行中已經(jīng)取得了一定的認可和影響；接下來，將從技術(shù)哲學(xué)的層面針對制圖課堂教學(xué)的創(chuàng)新和實踐作進一步的研究和探討。

[1] 藍曉民, 王盛智. “工程制圖”課程多媒體教學(xué)方法探討[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報, 2013, 34(1): 120-121.

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[3] 高 文, 徐斌艷, 吳 剛. 建構(gòu)主義教育研究[M].北京: 教育科學(xué)出版社, 2008: 32-40.

[4] 何克抗. 建構(gòu)主義的教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)設(shè)計[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版), 1997, (5): 74-81.

[5] 陳彩萍, 譚建榮. 工程制圖CAI課件中學(xué)習(xí)情境的設(shè)計[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報, 2011, 32(1): 138-142.

[6] PRJ Simons. Constructive learning: The role of the learner [J]. NATO ASI Series, 1993, 105(2): 291-313.

Exploration and Practice of Teaching Reform of Engineering Drawing

Xiong Wei, Liu Lin, Chen Jinchang
(School of Design, South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510006, China)

Some ideas and methods for class teaching reform on current problems of multimedia teaching are proposed. Based on constructivist learning theory, following the students' cognitive psychology, engineering drawing classroom teaching process is designed. Based on traditional teaching, a new multimedia teaching method is established. By the melange of "chalk blackboard" and multimedia technology, a real hand-drawing process context can be simulated. By the cooperation of gesture and animation, a configuration process scenarios can be achieved. By the use of physical models and graphics software, an interactive learning environment can be brought about. The evaluation of students and peers proves that this novel method is a useful attempt to reform classroom teaching on engineering drawing.

engineering graphics; teaching reform; constructivism; class teaching

TB 23

A

2095-302X (2014)02-0296-05

2013-12-10；定稿日期：2014-03-06

2012年度廣東省教育教學(xué)改革資助項目；2012年華南理工大學(xué)校級教學(xué)研究資助項目

熊 巍（1979-），男，江西南昌人，講師，碩士。主要研究方向為工程圖學(xué)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)。E-mail：WeiXiong@scut.edu.cn

劉 林（1960-），男，湖南株洲人，教授，研究生導(dǎo)師。主要研究方向為計算機圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)。E-mail：liuling@scut.edu.cn