高愛民，張克平，楊小平

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，蘭州 730070)

【教育教學(xué)方法研究】

基于項目教學(xué)法的機械類專業(yè)“工程圖學(xué)”教學(xué)模式探討

高愛民，張克平，楊小平

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，蘭州 730070)

“工程圖學(xué)”課程的學(xué)習(xí)需要通過大量實踐環(huán)節(jié)進行訓(xùn)練和培養(yǎng)。項目教學(xué)法把圖學(xué)問題與工程實踐相結(jié)合，使學(xué)生按照圖學(xué)課程的思維方式不斷探求知識，解決問題，其具體實施過程需包括項目主題的確定、項目的框架與計劃、項目的實施和項目的評價四個階段。應(yīng)用項目教學(xué)法對齒輪泵裝配圖和零件圖的教學(xué)實踐表明，該教學(xué)模式能明顯提升學(xué)生繪制零件圖和裝配圖的合理性、正確率和繪圖速度，是提高裝配圖和零件圖教學(xué)效果的有效途徑。

工程圖學(xué)；項目教學(xué)法；教學(xué)模式

圖樣是工程與產(chǎn)品信息的載體，是工程界表達與交流的語言。通過“工程圖學(xué)”課程的學(xué)習(xí)要培養(yǎng)學(xué)生用二維圖形表達三維形體能力、形象思維能力、構(gòu)型設(shè)計能力、繪圖和讀圖能力及工程意識、標(biāo)準(zhǔn)化意識等，這種綜合能力的培養(yǎng)更是“工程圖學(xué)”課程教學(xué)的難點。近年來，廣大圖學(xué)教育工作者對如何培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用圖學(xué)理論正確表達工程形體，以培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的人才進行了廣泛研究，取得了很多成果，但仍存在許多問題。項目教學(xué)法是一套系統(tǒng)的教學(xué)方法，它是對復(fù)雜的、真實的問題的探究過程，是以現(xiàn)代認知心理學(xué)思想、自適應(yīng)學(xué)習(xí)理論和探索性學(xué)習(xí)架構(gòu)為基礎(chǔ)，采用類似科學(xué)研究與工程實踐的教學(xué)方法，促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)、自主發(fā)展的一種新型的教學(xué)方法[1-2]。

一、工程圖學(xué)課程的特征與教學(xué)難點分析

1.工程圖學(xué)課程的特征

圖是人類描述世界、表達思想、交流知識的基本工具，是人類共同的語言，協(xié)助人的思考與交流。[3]圖樣是科學(xué)技術(shù)界的語言，用于傳遞設(shè)計與加工的構(gòu)想。工程圖學(xué)課程是高等院校中一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，用圖形來研究工程與產(chǎn)品的圖形信息表達、圖形理解和圖樣的繪制，具有較強的系統(tǒng)性、抽象性和實踐性。工程圖學(xué)的教學(xué)是以圖形為主，研究由空間抽象到平面，再由平面想象到空間的復(fù)雜轉(zhuǎn)化過程。最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生對三維空間幾何形體的想象和二維工程圖樣的繪制與閱讀能力。

2.工程圖學(xué)課程的難點分析

工程圖學(xué)課程內(nèi)容包括投影理論、構(gòu)型方法、表達技術(shù)、繪圖方法、工程規(guī)范及專業(yè)繪圖技術(shù)六個部分，對學(xué)生能力要求較高。

(1)思維方式新穎，影響學(xué)習(xí)積極性。利用投影理論將三維物體表達成二維圖形，或根據(jù)二維圖形想象空間形體，對于大學(xué)新生而言，需要具備較強的空間想象能力，這種能力在先行課程的學(xué)習(xí)中很少得到鍛煉，學(xué)生在學(xué)習(xí)工程圖學(xué)課程時積極性容易受到打擊，部分學(xué)生會對課程學(xué)習(xí)喪失興趣，影響學(xué)習(xí)效果。

(2)工程圖樣涵蓋信息豐富，學(xué)習(xí)難度增加。工程圖樣既反映設(shè)計者的意圖，也是制造和檢驗的重要依據(jù)，涵蓋了產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢驗等諸多信息，其各個階段所需要的信息在圖樣中以圖形、尺寸、技術(shù)要求、材料等信息體現(xiàn)出來，這些信息的表達往往與設(shè)計意圖、加工工藝、裝配安裝要求、材料性能等方面緊密聯(lián)系。傳統(tǒng)的教學(xué)過程往往是將這些信息單獨講授，而未形成統(tǒng)一的體系，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完圖學(xué)課程以后，大都按照投影原理繪制圖形，尺寸標(biāo)注不合規(guī)范、技術(shù)要求不會標(biāo)注或者標(biāo)注不完全等問題層出不窮，未能反映設(shè)計和制造等要求，不能用于生產(chǎn)實際。

(3)工程圖學(xué)課程與生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)銜接不緊，制圖能力得不到及時訓(xùn)練，影響學(xué)習(xí)效果?！肮こ虉D學(xué)”課程是所有工科專業(yè)學(xué)生上大學(xué)后接觸的第一門與專業(yè)有關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)課，其后要經(jīng)過生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，從圖學(xué)課程學(xué)習(xí)到畢業(yè)設(shè)計結(jié)束，圖紙上所表達的信息是逐步被學(xué)生理解和消化的，而這些訓(xùn)練環(huán)節(jié)都間隔一個甚至幾個學(xué)期，這就勢必造成知識鏈、記憶鏈的斷裂，使專業(yè)知識學(xué)習(xí)的連續(xù)性、系統(tǒng)性和完整性受到影響，導(dǎo)致課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計圖紙中圖樣表達不清或表達不規(guī)范等問題普遍存在[4-6]。

二、基于項目教學(xué)法的機械類本科專業(yè)“工程圖學(xué)”教學(xué)模式構(gòu)建

機械類學(xué)科具有應(yīng)用性和實踐性強的特點，一個完整的機械產(chǎn)品的設(shè)計最終需要用機械圖樣表現(xiàn)出來。一個產(chǎn)品的設(shè)計到制造完成可看作一個項目的完整實施過程。項目完成的質(zhì)量取決于設(shè)計的質(zhì)量和制造水平的高低，而設(shè)計的質(zhì)量體現(xiàn)在工程圖樣的質(zhì)量上。學(xué)生只有完全了解了設(shè)計對象的功能、性能要求及制造方法和過程后，才會給出正確的尺寸、合理的技術(shù)要求，這對于初學(xué)機械設(shè)計的學(xué)生來說難度可想而知。因此，工程圖學(xué)課程的教學(xué)必須與生產(chǎn)實踐結(jié)合起來，要讓學(xué)生了解產(chǎn)品設(shè)計和制造是一個復(fù)雜的過程，必須通過實踐檢驗才能完成設(shè)計任務(wù)。

基于項目教學(xué)法的“工程圖學(xué)”教學(xué)模式是在學(xué)習(xí)時給學(xué)生首先設(shè)定一個設(shè)計項目，學(xué)生通過對現(xiàn)有實物模型的拆裝、測繪、生產(chǎn)實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)，了解了產(chǎn)品的功能、配合要求、制造過程之后再進行學(xué)習(xí)的過程。教師在這些環(huán)節(jié)中需要給學(xué)生進行啟發(fā)指導(dǎo)，使學(xué)生帶著問題不斷探索，直至繪制出正確的工程圖樣。教師也可以按照一些學(xué)生繪制的工程圖樣進行加工制造，最后完成一個小部件的裝配，然后分析存在的問題，讓學(xué)生明白自己設(shè)計的圖樣為什么不能制造，或者制造的零件不能用于實踐，從而達到熟練掌握這門課程的目的。

項目教學(xué)法是以項目的實施為主線，讓學(xué)生參與項目，從實踐中探索知識，進而掌握知識的過程。與傳統(tǒng)教學(xué)模式的根本區(qū)別在于其通過項目的實施調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，是學(xué)生通過接觸項目后掌握知識的過程，而非傳統(tǒng)的課堂灌輸知識。教師能否科學(xué)地引導(dǎo)學(xué)生進行學(xué)習(xí)，項目實施環(huán)節(jié)能否保質(zhì)保量是項目實施成功與否的關(guān)鍵。項目的實施是一個系統(tǒng)工程，教師必須負責(zé)協(xié)調(diào)好各個環(huán)節(jié)的銜接與聯(lián)系，為項目的順利實施做好保障。

項目教學(xué)法包括項目主題的確定、項目的框架與計劃、項目的實施和項目的評價四個階段。項目主題的好壞直接影響教學(xué)效果，教師要以教學(xué)大綱為依據(jù)，緊扣教學(xué)目標(biāo)確定項目主題并提出明確的項目要求，制定的項目既要涵蓋教學(xué)基本知識點，又要難易適中，制定的項目既要使學(xué)生有學(xué)習(xí)興趣又要能夠完成。項目主題確定后，教師要認真研究教學(xué)內(nèi)容，在教師的引導(dǎo)和組織下，經(jīng)充分討論制定詳細的項目框架和實施計劃，以小組為單位確定任務(wù)分工，制定詳細的技術(shù)路線圖，明確每個環(huán)節(jié)所要達到的目標(biāo)要求，最好提出具體可控的衡量指標(biāo)，以便對項目的實施情況進行評價。項目的實施環(huán)節(jié)要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,教師是項目完成的幫助者和促進者,學(xué)生在教師的指導(dǎo)下開展探索式的主動學(xué)習(xí)，大多數(shù)學(xué)生可能對如何進行探索式學(xué)習(xí)束手無策，教師要不斷對學(xué)生進行啟發(fā)引導(dǎo)，為學(xué)生指明研究方向。該環(huán)節(jié)可采取師生互動、共同討論的交流方式，教師且不可只負責(zé)為學(xué)生確定項目而不去參與項目的實施環(huán)節(jié)，因為這樣可能會導(dǎo)致部分學(xué)生對項目產(chǎn)生畏難情緒而敷衍了事，影響項目的實施，也不利于各小組任務(wù)的銜接。項目實施完成以后，最好根據(jù)項目任務(wù)指標(biāo)制定詳細的評分表，學(xué)生先將自己任務(wù)的完成情況與任務(wù)指標(biāo)進行對照，做出自我評價，然后教師根據(jù)學(xué)生的自評情況進行點評，分析項目的執(zhí)行情況，掌握學(xué)習(xí)情況，針對具體問題進行講解分析，同時對學(xué)生的實踐能力、分析能力、合作能力和解決實際問題的綜合能力進行綜合評價，寫出總結(jié)報告。最后，教師要依據(jù)教學(xué)大綱要求，把基本知識串聯(lián)起來講解一遍，對項目中沒有涉及的知識進行補充。

專業(yè)繪圖部分是“工程圖學(xué)”課程教學(xué)的重點，也是整個課程學(xué)習(xí)的根本落腳點。專業(yè)圖樣涵蓋了投影理論、表達方法、技術(shù)制圖、專業(yè)規(guī)范等幾乎所有圖學(xué)知識，是對所學(xué)圖學(xué)知識的高度概括和應(yīng)用。其中由于設(shè)計意圖、加工工藝、裝配安裝要求、材料性能等方面體現(xiàn)出來的圖形信息理解而不能正確繪制圖形，已成為制約工程圖學(xué)教學(xué)效果的技術(shù)難點。把項目教學(xué)法引入機械類專業(yè)“工程圖學(xué)”課程的教學(xué)就是要把工程圖學(xué)知識同工程實際應(yīng)用結(jié)合起來，讓學(xué)生真正理解工程圖樣的意義，能將其繪制正確。為此，項目教學(xué)法的實施應(yīng)該重點放在專業(yè)繪圖部分的教學(xué)中進行，即放在“工程圖學(xué)”課程教學(xué)的后半程進行。

三、基于項目教學(xué)法的機械類本科專業(yè)“工程圖學(xué)”教學(xué)案例分析

1.項目主題與要求

項目主題：教師負責(zé)準(zhǔn)備一臺能正常工作的齒輪泵，并指導(dǎo)學(xué)生完成齒輪泵的拆裝實習(xí)，之后完成齒輪泵零件圖和裝配圖的學(xué)習(xí)任務(wù)，并能正確繪制零件圖和裝配圖。最后進行總結(jié)歸納，對項目實施做出自我評價。

項目要求：(1)完成齒輪泵拆裝實習(xí)，了解齒輪泵的性能、用途、結(jié)構(gòu)、工作原理及其部件中各個零件的裝配關(guān)系和定位關(guān)系。(2)繪制被測部件的裝配示意圖和裝配圖。畫裝配圖時教師要提示學(xué)生注意從裝配圖所表達的目的出發(fā)，重點表達齒輪泵的工作原理、主動齒輪與從動齒輪的安裝關(guān)系，齒輪與軸的配合性質(zhì)、主從動軸與泵體的配合關(guān)系、泵體和泵蓋的連接關(guān)系、安全裝置的工作原理及安裝關(guān)系。畫圖時應(yīng)該先從裝配基準(zhǔn)件——主動軸，并按先近后遠、先上后下、先小后大的順序畫圖。(3)繪制被測零件的零件圖。分小組分別完成齒輪泵重要零件的零件圖。畫零件圖時教師要提示學(xué)生從零件與部件的關(guān)系出發(fā)，搞清楚零件表達方案的選擇必須以能清楚表達零件的形體特征為原則。零件圖與零件在部件中的作用和零件的加工工藝密切相關(guān)，如主動軸需與聯(lián)軸套、鍵、主動齒輪、泵體、泵蓋共同配合才能完成其將外部動力傳遞給主動軸并帶動從動軸轉(zhuǎn)動的目的，因此主動軸的形狀與其他配合零件相互影響，并要滿足一定的強度要求。配合部位需提出表面質(zhì)量要求以保證正確安裝和工作壽命。根據(jù)功能要求，零件和零件之間需形成間隙、過盈、過渡三種不同的配合性質(zhì)，這些配合性質(zhì)需通過尺寸公差加以保證，間隙和過盈量可通過測繪感知。最后教師要帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場參觀軸的加工過程，讓學(xué)生弄清尺寸、形狀誤差的由來，并在圖中加以標(biāo)注。(4)標(biāo)注被測零部件的尺寸和技術(shù)要求。

2.項目框架和計劃

項目教學(xué)法是師生通過共同實施一個完整的項目而進行教學(xué)活動的教學(xué)方法。根據(jù)裝配圖和零件圖教學(xué)大綱要求，具體實施框架計劃如表1所示。制定計劃時需注意對各組任務(wù)之間的相互銜接和小組之間的通力協(xié)作，避免各小組只關(guān)注自身任務(wù)而忽略其他環(huán)節(jié)，不能將知識形成完整的體系而影響了學(xué)習(xí)效果。

表1 裝配圖、零件圖項目教學(xué)計劃書

3.項目的實施

項目的實施環(huán)節(jié)是教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，教師要組織各小組一起拆卸部件，并測繪零件，繪制草圖，其間教師要組織各小組進行討論、交流。對于零部件的裝配，教師先組織學(xué)生拆卸，啟發(fā)學(xué)生按照裝配干線進行拆裝，告訴學(xué)生裝配圖的表達只有堅持以各條裝配干線為序進行繪圖，才能符合裝配圖的表達要求。要清楚裝配關(guān)系的表達和零件圖的表達是不同的。裝配環(huán)節(jié)要特別注意配合的松緊程度與零件在部件中的工作狀態(tài)的關(guān)系，注意記錄相鄰零件之間的定位關(guān)系。由于圖形信息的表達已在前面章節(jié)進行了學(xué)習(xí)，在零件草圖繪制過程中，教師要讓學(xué)生重點討論零件尺寸標(biāo)注的合理性以及技術(shù)要求的標(biāo)注。教師可組織學(xué)生深入車間參觀實習(xí)，完成齒輪泵軸的加工，以此了解零件的加工和檢驗過程，啟發(fā)學(xué)生探索零件制造和零件圖上標(biāo)注信息之間的關(guān)系。教師要先提出問題，讓學(xué)生帶著問題參觀實習(xí)。學(xué)生在經(jīng)過小組討論后確定本組草圖和技術(shù)要求的標(biāo)注。學(xué)生在教師規(guī)定的時間內(nèi)完成項目后上交。教師可采取小組討論、答辯的形式對作業(yè)進行批閱。針對普遍存在的問題進行講解，以解決裝配圖和零件圖的繪制問題。

4.項目的評價

教師將各小組完成的圖形和正確的圖形進行對比分析，從項目的實施情況，各小組的任務(wù)完成情況，部件和零件的表達方案選擇，尺寸標(biāo)注的正確性、完整性和合理性，技術(shù)要求選擇的合理性等方面對各小組的作業(yè)進行打分，而后以討論的形式形成組內(nèi)評價、組件互評和教師評議結(jié)果。教師最后再引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)一遍裝配圖和零件圖，以便建立形成完整的知識體系。

5.項目的實施效果

筆者在教學(xué)過程中對甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化、農(nóng)業(yè)機械化及其自動化、交通運輸三個專業(yè)進行了三年對比教學(xué)試驗，其中在機械設(shè)計制造及其自動化、農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)工程圖學(xué)教學(xué)中采取了項目教學(xué)法，交通運輸專業(yè)采用傳統(tǒng)教學(xué)法，結(jié)果表明，采取項目教學(xué)法教學(xué)的班級，繪制零件圖和裝配圖時對技術(shù)要求的標(biāo)注方面較采取傳統(tǒng)教學(xué)方式的班級更加全面，正確率更高，繪圖速度也有明顯提升。

四、結(jié)語

項目教學(xué)法的特點適應(yīng)于工科專業(yè)課程特征，改變以往傳統(tǒng)的教學(xué)模式，將“工程圖學(xué)”的學(xué)習(xí)與生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合，將課堂轉(zhuǎn)移到實驗室，邊動手、邊思考、邊探究、邊學(xué)習(xí)，在實訓(xùn)過程中，使書本上靜止不動的知識成為活的知識，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增加了學(xué)習(xí)主動性，又強化了知識的記憶和應(yīng)用，極大提高了教學(xué)效果。

[1] 宗亞妹，封世新，汪木蘭.系列化探究式項目教學(xué)的管理模式與方法[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011，(23):13-16.

[2] 周明虎，汪木蘭，封世新.項目教學(xué)法的實施與典型案例分析[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010，(13):6-8.

[3] 王曉紅，單鴻波，金怡，等.基于空間想象的工程圖學(xué)思維邏輯分析[J].東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，39(4):449-552.

[4] 劉梅英，任奕林，王巧華，等.工程圖學(xué)系列課程實踐教學(xué)探討[J].機械制造，2013，41(1):82-84.

[5] 馬亞麗.機械類本科專業(yè)“工程圖學(xué)”課程內(nèi)容體系與教學(xué)方法探討[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2013，29(1):66-67.

[6] 楊建中.項目教學(xué)法教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的比較研究[J].昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)報，2008，24(2):13-15.

【責(zé)任編輯 曹 靜】

Teaching Model of “Engineering Graphics” Course for Mechanical Engineering Majors Based on Project-teaching Method

GAO Ai-min, ZHANG Ke-ping, YANG Xiao-ping

(College of Mechanical Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Learning the course of “Engineering Graphics” needs a lot of practice to train and develop. Project-teaching method can make graphics problems combining with engineering practice. Project-teaching method can make students to search for knowledge and solve the problem according to the graphics course way of thinking. The implementation of the process of project-teaching method includes four stages, which are the determination of subjects, the framework of project, the implementation of the project and the evaluation of the project. Application of project-teaching method in assembly drawing and part drawing teaching about the gear pump shows that the project-teaching method can significantly improve the rationality of drawing, accuracy and drawing speed. Project-teaching method is the effective way to improve the teaching effect of about assembly drawing and part drawing.

engineering graphics; project-teaching method; teaching mode

2015-04-24

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)重點課程建設(shè)項目：機械原理

高愛民(1981—)，男，甘肅慶陽人，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院講師，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士研究生，主要從事作物栽培學(xué)與耕作學(xué)研究。

G642

A

1009-5128(2015)16-0037-04