姜文銳， 宮 娜

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，高等教育需要深化改革和創(chuàng)新精神，需要注重培養(yǎng)在各個領(lǐng)域有強烈社會責(zé)任感與進(jìn)取心，具有出眾的學(xué)術(shù)才能和獨特的人格魅力，能夠獨立創(chuàng)造性地進(jìn)行科學(xué)研究的高素質(zhì)拔尖創(chuàng)新人才[1-2]。這要求我們積極創(chuàng)建自由探索和勇于創(chuàng)新的教學(xué)科研環(huán)境，設(shè)計符合拔尖人才特色的課程培養(yǎng)方案與教學(xué)方法[3]。工程圖學(xué)作為工程界的語言，是一門非常重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，對學(xué)生設(shè)計、創(chuàng)新能力以及技術(shù)交流能力的培養(yǎng)具有指導(dǎo)意義[4]。傳統(tǒng)的工程圖學(xué)課程注重教師的教授環(huán)節(jié)，以講課為主輔助大量習(xí)題作業(yè)，耗費學(xué)時較多，學(xué)生負(fù)擔(dān)較重，教學(xué)效果并不理想。為適應(yīng)拔尖人才的培養(yǎng)模式，充分認(rèn)識工程制圖在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的重要作用，我校廣泛借鑒國內(nèi)外同類課程的成功經(jīng)驗，建立新的工程制圖課程體系，實現(xiàn)以學(xué)生為本的自主型交互式工程圖學(xué)教學(xué)改革。其中，為滿足日益密切的國際學(xué)術(shù)交流活動，采用中英雙語教學(xué)模式，使學(xué)生能夠逐步實現(xiàn)工程圖學(xué)的國際互認(rèn)；設(shè)置基于構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計實驗課，使學(xué)生能夠更快、更扎實地掌握制圖的基礎(chǔ)知識，減少了授課學(xué)時，減輕了學(xué)生負(fù)擔(dān)；并且，開展了以創(chuàng)新機械設(shè)計為主的自主型交互式機械制圖實驗課，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性與創(chuàng)造性，使制圖基礎(chǔ)課程與設(shè)計專業(yè)課程有機結(jié)合，取得了很好的效果。

1 工程圖學(xué)中英雙語教學(xué)模式的探討與實踐

工程圖學(xué)作為工程界的語言，在日益廣泛的國際學(xué)術(shù)交流活動中起到很重要的作用[5]。開展工程圖學(xué)中英雙語教學(xué)可以使得學(xué)生在掌握課程知識的同時，了解國外該學(xué)科的基本情況及發(fā)展方向，滿足高等教育國際化的需求，對創(chuàng)新型拔尖人才的培養(yǎng)具有很重要的意義。因此，我校挑選出一批能力強、基礎(chǔ)好的學(xué)生，成立了英才班，并配備具有很強專業(yè)知識與英語能力的教師，開展工程圖學(xué)中英雙語教學(xué)。通過連續(xù)在三屆英才班學(xué)生中的試點，總結(jié)出一定的教學(xué)經(jīng)驗與方法。

首先，編寫適合拔尖人才的中英雙語工程圖學(xué)教材，使學(xué)生在有限的教學(xué)學(xué)時內(nèi)能完全掌握各國制圖標(biāo)準(zhǔn)，比較性學(xué)習(xí)各國工程描述方法，能完整、有機地將不同的標(biāo)準(zhǔn)融合在一門課程之中。教材內(nèi)容信息表達(dá)方式生動多樣化，除了常見的圖表外，還有正誤對比圖、產(chǎn)品真實照片圖、三維造型計算機截圖等，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教材包含的信息量盡量豐富。在保證基礎(chǔ)知識內(nèi)容豐滿的前提下，強調(diào)工程圖學(xué)與機械設(shè)計、機械原理等學(xué)科的交叉，注重學(xué)科的前沿性，使理論與實踐充分結(jié)合，不但對培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力很有幫助，而且也便于教師的備課和開展教學(xué)。

第二，雙語教學(xué)應(yīng)該以掌握課程知識為主要目的，以英語學(xué)習(xí)為輔，分清主次，不能將其變成一門語言課。因此，在教學(xué)過程中，應(yīng)把精力更多地放在專業(yè)知識的學(xué)習(xí)上，輔助專業(yè)術(shù)語的英文表述，將中英文有機結(jié)合。為了提高教學(xué)效果，教師在上課前充分的進(jìn)行備課與教學(xué)設(shè)計，認(rèn)真制作雙語教學(xué)課件。在授課前，將上課所用到的專業(yè)術(shù)語翻譯成英文，要求學(xué)生記住這些專業(yè)詞匯。授課時，對于比較容易理解的基礎(chǔ)內(nèi)容采用全英文講解，重點介紹專業(yè)詞匯的英文表達(dá)方法。對于重點、難點內(nèi)容采用中英文雙語講解，側(cè)重學(xué)生理解課程內(nèi)容，掌握知識。課后以英文形式布置作業(yè)，以便學(xué)生進(jìn)一步掌握專業(yè)術(shù)語的使用。

第三，在雙語教學(xué)的過程中，要充分利用實物模型和三維造型計算機軟件等輔助教學(xué)手段，制作新穎、有趣的CAI課件，采用適當(dāng)?shù)募畲胧?，調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與興趣，使學(xué)生能夠更加主動地接受知識。教師與學(xué)生建立平等的、合作的、互信的、和諧的師生關(guān)系，建立一個思維開放、課堂活躍、積極向上的教學(xué)環(huán)境，開展互動式教學(xué)，實現(xiàn)老師與學(xué)生互動、學(xué)生與學(xué)生互動的新型授課模式。落實以學(xué)生為本的教學(xué)理念，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，提高工程圖學(xué)的學(xué)習(xí)效率。

最后，由于歐美、日本等發(fā)達(dá)國家的工程圖學(xué)采用“第三角投影”，而我國采用的是“第一角投影”，學(xué)生很難接受國外圖紙的表述方式，這對學(xué)生進(jìn)行國際學(xué)術(shù)交流活動十分不利。為了解決這一矛盾，我們對雙語教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行了新的設(shè)計。采用以“第一角投影”為主，“第三角投影”為輔，二者對照性講解的方法，使學(xué)生不但能夠加深對投影理論的理解，也能夠使其適應(yīng)國外圖樣的畫法。此外，世界各國的工程圖學(xué)教學(xué)均以貫徹“國標(biāo)”為己任，各國制圖標(biāo)準(zhǔn)的不同直接導(dǎo)致了工程制圖教學(xué)內(nèi)容上的巨大差異，在新課程中將增加國標(biāo)、美標(biāo)、歐標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，通過工程圖學(xué)雙語教學(xué)可以實現(xiàn)工程圖學(xué)的國際互認(rèn)。

2 基于構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的工程圖學(xué)實驗課開展

畫法幾何是工程圖學(xué)的基礎(chǔ)知識，包括國家標(biāo)準(zhǔn)的一般規(guī)定、投影方法、立體投影、組合體畫圖與讀圖等內(nèi)容，是該課程的難點與重點，在傳統(tǒng)的課程體系中占有重要地位。教師在授課過程中往往要耗費大量精力與學(xué)時來講解這部分內(nèi)容，課后還需要學(xué)生完成較多的習(xí)題作業(yè)來鞏固這些知識。這不但導(dǎo)致學(xué)生負(fù)擔(dān)過重、降低學(xué)習(xí)興趣，而且不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，教學(xué)效果不理想。因此，我校在英才班工程圖學(xué)課程改革過程中開展基于構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的工程圖學(xué)實驗課，著重培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力、工程意識和創(chuàng)新思維能力。

在實驗課開展之前，學(xué)生要有一定的知識與技能儲備。首先，需用傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)時的一半時間講解制圖的基礎(chǔ)知識，著重概念與基本作圖方法的講解。要求學(xué)生能夠掌握各種立體投影的畫法、截交線和相貫線的基本作圖方法、組合體的畫圖與讀圖方法等知識。其次，由于構(gòu)型設(shè)計的主要目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生的空間立體思維能力，實驗要在solidworks軟件平臺上進(jìn)行，所以要使學(xué)生掌握這種三維建模軟件的使用方法。

構(gòu)型設(shè)計是創(chuàng)新性設(shè)計的一種表達(dá)形式，是培養(yǎng)學(xué)生工程制圖能力的關(guān)鍵，更是培養(yǎng)學(xué)生的工程思維的關(guān)鍵[6]。因此不能簡單的為了構(gòu)型而構(gòu)型，要設(shè)置一定的評價標(biāo)準(zhǔn)與約束。首先，構(gòu)型設(shè)計的出發(fā)點之一是提高學(xué)生學(xué)習(xí)工程圖學(xué)的興趣，加深對制圖基礎(chǔ)知識的掌握。教師在設(shè)計實驗課內(nèi)容的時候就要充分考慮構(gòu)型的約束條件，盡量通過構(gòu)型的設(shè)計使學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識，加深理解。例如，在實驗課中，要求學(xué)生的構(gòu)型滿足以下條件：所構(gòu)型必須由4個以上的基本形體按照疊加和切割的組合方式組合；所構(gòu)型必須含有平面立體與曲面立體相交、兩曲面立體相交的情況；所構(gòu)型必須含有孔和槽的結(jié)構(gòu)；繪出所構(gòu)型的三維立體圖與二維投影圖。通過這項構(gòu)型設(shè)計，既訓(xùn)練了組合體畫圖與讀圖又加深了對截交線與相貫線等難點的理解。第二，通過構(gòu)型設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的工程意識與創(chuàng)新思維。雖然構(gòu)形設(shè)計有別于其他的專業(yè)性功能設(shè)計，不能把實現(xiàn)某一特定功能作為其評價指標(biāo)，但是應(yīng)該盡量鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性思維、師法自然、將設(shè)計與生活相結(jié)合，使之所構(gòu)型能夠滿足一些應(yīng)用，具有簡單的實際用途，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。由于學(xué)生并不具備相關(guān)的工藝知識，設(shè)計的結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)無法加工或者加工成本高等問題。這時要求教師進(jìn)行相關(guān)的輔導(dǎo)，使學(xué)生通過構(gòu)型設(shè)計對工程實際情況有初步的了解。最后，我們所進(jìn)行的構(gòu)型設(shè)計還要滿足一定的美學(xué)要求。在完成構(gòu)型設(shè)計之后，組織學(xué)生一起討論各自的設(shè)計結(jié)果，其中可以引入一些美學(xué)元素，例如所構(gòu)型的各基本形體的布局與比例、結(jié)合方式、穩(wěn)定些與協(xié)調(diào)性等，使學(xué)生將來能夠成為一名有一定審美能力的工程師。

我校對連續(xù)三屆英才班共75名學(xué)生開展構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計實驗課試點，經(jīng)統(tǒng)計共完成設(shè)計方案81個，均符合設(shè)計要求。其中58種構(gòu)型能夠?qū)崿F(xiàn)一定的實際功能，具有獨特的創(chuàng)新之處，充分鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，使之萌芽了一定的工程意識。如圖1所示，為學(xué)生構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的典型三維立體圖示例。通過三維立體圖以及二維投影圖的繪制，不但使學(xué)生建立了空間思維，而且加深了對制圖基礎(chǔ)知識的掌握。經(jīng)測驗發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在進(jìn)行組合體“二補三”讀圖時，處理截交線、相貫線等細(xì)節(jié)問題的能力明顯提高。

圖1 構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的典型三維立體圖

3 自主型交互式機械設(shè)計制圖實驗課開展

零件圖與裝配圖的畫法一直是工程圖學(xué)的重點與難點，也是學(xué)習(xí)機械設(shè)計專業(yè)課程的必備基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的工程圖學(xué)教學(xué)過程中，這部分內(nèi)容主要依靠教師理論講解，配合簡單機械零部件的測繪，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中往往只知其然，不知其所以然。在教師的反復(fù)指導(dǎo)下，參考例圖，也只是勉強地把機器或零件表達(dá)出來，而不明白某些細(xì)節(jié)處為什么這樣設(shè)計，為什么要如此表達(dá)，甚至無法獨立完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機器的裝配圖繪制。究其原因是因授課方式的理論與實踐聯(lián)系不緊密，不注重工程圖學(xué)與機械原理、機械設(shè)計等學(xué)科的交叉結(jié)合造成的。這不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維與動手能力，不利于提高學(xué)生團隊合作素質(zhì)。為了解決這個問題，我們嘗試對英才班工程圖學(xué)課程中“零件圖與裝配圖繪制”這部分內(nèi)容的授課方式進(jìn)行一定的改革，開展自主型交互式機械設(shè)計制圖實驗課。

首先，教師用一部分課時講解零件圖與裝配圖繪制的基本知識與方法，通過對一些簡單結(jié)構(gòu)的機器零部件進(jìn)行測繪，使學(xué)生對這部分知識初步理解。與此同時，每周安排學(xué)生到金工廠參觀實踐，結(jié)合授課的理論知識，現(xiàn)場學(xué)習(xí)相應(yīng)零部件的加工工藝與流程，從而使學(xué)生直觀地掌握各種零部件的結(jié)構(gòu)形式與加工、工作原理。此時再與所學(xué)的理論知識相聯(lián)系印證，進(jìn)一步明確零部件的畫法與表達(dá)方式。

其次，哈爾濱工業(yè)大學(xué)擁有國家級的機械設(shè)計創(chuàng)新實驗基地，具有多種機器實物供學(xué)生拆裝實驗。在此實驗平臺上，可開展自主型交互式機械設(shè)計制圖實驗課，進(jìn)行復(fù)雜機器的拆裝及裝配圖繪制。所謂“自主型”是指將學(xué)生分成若干實驗小組，每組5～7人，在實驗過程中，教師不主動參與實驗規(guī)劃與進(jìn)程安排，完全由學(xué)生自己獨立設(shè)計拆裝實驗流程，選擇測繪的表達(dá)方式，從而提高學(xué)生獨自發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，加強動手實踐能力的培養(yǎng)。而“交互式”是指在實驗的過程中，每名學(xué)生分別承擔(dān)一部分零部件的測繪，之后進(jìn)行匯總，再由學(xué)生小組集體討論各零部件的結(jié)構(gòu)、功能，分析機器的傳動路線、裝配干線以及工作原理，最終完成裝配圖的繪制。通過這種方法充分訓(xùn)練學(xué)生的團隊合作意識。

最后，通過實驗課的開展，將機械設(shè)計與工程圖學(xué)有機地結(jié)合起來，不能單單為了表達(dá)而繪圖，應(yīng)注重工程意識的培養(yǎng)，使學(xué)生初步明白機械設(shè)計的思路與方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。并且，應(yīng)注意鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維，要求學(xué)生在測繪機器的過程中，嘗試對機器某些零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)。教師結(jié)合專業(yè)知識對學(xué)生的創(chuàng)新方案進(jìn)行分析、評定。需要注意的是，即使對于一些不符合實際的異想天開式的創(chuàng)意，也應(yīng)予以鼓勵，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新積極性。如圖2所示，為學(xué)生完成的齒輪泵裝配圖示例。

圖2 齒輪泵裝配圖

4 過程化、分段式成績考核方法

隨著教育改革的深入，對工程圖學(xué)課程的考試方法也進(jìn)行一定的改進(jìn)，以適應(yīng)拔尖人才的培養(yǎng)。不再以一張期末考試試卷決定學(xué)生的課程成績，充分參考學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，結(jié)合每一階段實驗課的實驗結(jié)果，實施新的過程化、分段式成績考核方案。其中工程圖學(xué)的基礎(chǔ)知識內(nèi)容采用筆試考核方法，占總成績的50%，平時的習(xí)題作業(yè)占總成績的10%，構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計工程圖學(xué)實驗課的成績占總成績的10%，自主型交互式機械設(shè)計制圖實驗課的成績占總成績的30%。

對于實驗課的成績評定，采用教師打分與學(xué)生互評相結(jié)合的方法，力求公平公正。教師從專業(yè)的角度對實驗結(jié)果進(jìn)行評分，對于學(xué)生在實驗過程中的創(chuàng)新性工作適當(dāng)加分。學(xué)生互評應(yīng)依據(jù)實驗過程中個人分工的完成情況進(jìn)行，對于實驗各階段起到主導(dǎo)作用的部分學(xué)生予以加分，鼓勵其學(xué)習(xí)積極性。

5 結(jié) 論

總結(jié)三屆英才班學(xué)生考試測評，學(xué)生成績優(yōu)秀率分別達(dá)到40.8%，42.3%，45.1%，合格率為100%?；卦L專業(yè)課教師，這些學(xué)生制圖基本功扎實。在專業(yè)課的理論學(xué)習(xí)過程中，接受能力強，思維敏捷；在專業(yè)課的實驗階段，創(chuàng)新能力、動手能力較強，具有一定的團隊合作素質(zhì)。

通過開展適合拔尖人才培養(yǎng)模式下的工程圖學(xué)教學(xué)改革實踐，改善了工程圖學(xué)的教學(xué)效果，提高了學(xué)生的制圖能力，培養(yǎng)了其創(chuàng)新思維與工程意識，鍛煉了學(xué)生實踐能力與團隊合作素質(zhì)，為專業(yè)知識的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

隨著課程改革的不斷深化，總結(jié)改革實踐的成果與不足，在接下來的工程制圖教學(xué)工作中，應(yīng)安排好授課內(nèi)容與學(xué)生自學(xué)內(nèi)容的比例關(guān)系，加重實驗課的比例。不斷地發(fā)展和完善，以期望達(dá)到更好的教學(xué)目標(biāo)。

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