朱科鈐， 劉善淑， 丁建寧,2， 張 琳， 袁惠新，盧章平， 袁寧一， 蔡永茂

(1. 常州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 常州 213164；2. 江蘇省光伏科學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 常州 213164；3. 江蘇大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；4. 常州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 常州 213164；5. 常州大學(xué)教務(wù)處，江蘇 常州 213164)

美國(guó)教授圖學(xué)課程短期授課的實(shí)踐及啟示

朱科鈐1， 劉善淑1， 丁建寧1,2， 張 琳1， 袁惠新1，盧章平3， 袁寧一2,4， 蔡永茂5

(1. 常州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 常州 213164；2. 江蘇省光伏科學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 常州 213164；3. 江蘇大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；4. 常州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 常州 213164；5. 常州大學(xué)教務(wù)處，江蘇 常州 213164)

常州大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)的工程制圖與 CAD課程聘請(qǐng)美國(guó)教授短期授課。詳細(xì)分析外教的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教材及授課特點(diǎn)等實(shí)踐情況，提出此次嘗試對(duì)我國(guó)工程圖學(xué)教育的借鑒和思考。

工程制圖；CAD；教育教學(xué)；過(guò)程裝備與控制

工程制圖是高校理工科在校生的必修課之一，近年來(lái)廣大圖學(xué)教師對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行了深入探索，提出了許多有益的教學(xué)改革思路和方法[1-3]。許多高校也嘗試了雙語(yǔ)教學(xué)[4-6]，由專(zhuān)業(yè)制圖教師以英語(yǔ)講授圖學(xué)知識(shí)和技巧。聘請(qǐng)外教進(jìn)行成套的教學(xué)實(shí)踐是有益的探索。2014年5月，常州大

學(xué)機(jī)械工程學(xué)院特聘美國(guó)普渡大學(xué) Douglas Acheson教授為過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)133班開(kāi)設(shè)了“工程制圖與CAD”雙語(yǔ)課。Acheson教授是專(zhuān)業(yè)的制圖教師，在普渡大學(xué)講授制圖課程近三十年。該課程采用外教全程短期授課，本校教師輔助上機(jī)輔導(dǎo)的教學(xué)模式。本文對(duì)這種模式的實(shí)踐情況進(jìn)行總結(jié)和討論，供同行參考。

1 前期準(zhǔn)備

過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)的前身是化工設(shè)備與機(jī)械專(zhuān)業(yè)，對(duì)制圖的要求很高，畢業(yè)后行業(yè)內(nèi)常見(jiàn)的圖樣為歐美標(biāo)準(zhǔn)，需要有扎實(shí)的圖樣閱讀和表達(dá)能力。如何選用合適的教材，安排合理的課程內(nèi)容，使學(xué)生既能獲得“原汁原味”的美式教育，又能適應(yīng)國(guó)內(nèi)的后續(xù)課程？教研組在Acheson教授來(lái)華前互相溝通了兩校的相關(guān)教學(xué)資料，并進(jìn)行了多次網(wǎng)上探討。

1.1 教材選用

Acheson教授提供了普渡大學(xué)三類(lèi)制圖課的教學(xué)大綱，分別編號(hào)為10400、20400和32800。10400講授傳統(tǒng)(手工)制圖和 AutoCAD計(jì)算機(jī)繪圖技巧；20400講授SolidWorks軟件操作；32800是對(duì)有一定制圖基礎(chǔ)的學(xué)生進(jìn)行參數(shù)化建模訓(xùn)練，要求掌握SolidWorks和MasterCAM兩種軟件。教研組選擇了與過(guò)程裝備專(zhuān)業(yè)原課程最接近的10400。Acheson教授根據(jù)教研組提出的要求，在10400的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些調(diào)整，使上課內(nèi)容更適于該專(zhuān)業(yè)要求。為了幫助學(xué)生掌握準(zhǔn)確的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，教材選用的是普渡大學(xué)自編的 10400課程教材。該教材包括13個(gè)章節(jié)，其中除了兩章介紹建筑制圖知識(shí)外，其余知識(shí)點(diǎn)均依照先手工繪圖后計(jì)算機(jī)繪圖的順序逐一闡明。

1.2 課程安排

由于受Acheson教授時(shí)間的限制，需將60學(xué)時(shí)的課程安排在 1個(gè)月內(nèi)完成?？紤]學(xué)生課時(shí)太密集，理解課程的內(nèi)容和完成作業(yè)的壓力過(guò)大，課程安排在每周的周一、二、四、五、六，每次3個(gè)學(xué)時(shí)，4周結(jié)束。教學(xué)內(nèi)容包括制圖基礎(chǔ)知識(shí)、基本體的投影、組合體、軸測(cè)圖、機(jī)件表達(dá)、螺紋、零件圖、裝配圖以及AutoCAD平面圖形繪制和簡(jiǎn)單三維建模。Acheson教授將畫(huà)法幾何和尺規(guī)作圖替換成3D打印內(nèi)容，并增加了一次生產(chǎn)實(shí)習(xí)、一次講座。授課時(shí)按中國(guó)的第一角投影，但是考慮到 Acheson教授更熟悉美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，而且該專(zhuān)業(yè)學(xué)生工作后接觸的大部分是國(guó)外圖紙，因此繪圖標(biāo)準(zhǔn)仍采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。另外，每次課學(xué)生都會(huì)提前一天收到教學(xué)講義，每周四都安排一次小測(cè)驗(yàn)，及時(shí)追蹤學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況和對(duì)外教的適應(yīng)程度。

2 授課實(shí)踐及特點(diǎn)

實(shí)際課堂以三維形體為主體，徒手繪圖與計(jì)算機(jī)繪圖“雙管齊下”，將各知識(shí)點(diǎn)的“理”與“技”一起融匯到圖樣中。教學(xué)手段很少采用多媒體課件，而是用板書(shū)、膠片投影儀和手勢(shì)輔以解釋。Acheson教授將整個(gè)課程分為五大章節(jié)：三視圖、尺寸標(biāo)注、軸測(cè)圖、機(jī)件表達(dá)和工程圖樣。各教學(xué)要點(diǎn)有機(jī)結(jié)合在各個(gè)章節(jié)中，所用學(xué)時(shí)及作業(yè)等情況見(jiàn)表1。計(jì)算機(jī)繪圖始終貫穿全課程，是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。從第二次課引入CAD后，Acheson教授每次先闡述相關(guān)圖學(xué)概念，然后舉例板書(shū)說(shuō)明手工繪圖部分的內(nèi)容，最后講解CAD作圖命令。案例相對(duì)簡(jiǎn)單而基本。授課安排在機(jī)房，所以要求學(xué)生盡可能在課上用 CAD完成教師演示的案例，遇到問(wèn)題當(dāng)場(chǎng)解決，這相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的上機(jī)實(shí)踐課。未完成的案例連同手工作業(yè)和新布置的CAD作業(yè)在課后提交。外教授課的主要特點(diǎn)如下：

(1) 課堂氣氛活躍，舉例形象生動(dòng)，貼合實(shí)際生活。Acheson教授在一周內(nèi)就記住了所有學(xué)生的英文名，上課很親民，叫學(xué)生名字的時(shí)候會(huì)用“唱”的方式，對(duì)學(xué)生提出的任何問(wèn)題都耐心解答，直到聽(tīng)懂為止。平時(shí)枯燥的制圖概念，他會(huì)形象地打些比方。比如他用骰子的六面展開(kāi)圖(如圖1)引出六個(gè)基本視圖；用剖切蘋(píng)果來(lái)比喻機(jī)件表達(dá)中的全剖(圖2(a))、半剖(圖2(b)、2(c))和局剖(圖2(d))。局剖中吃蘋(píng)果的蟲(chóng)子還放上了自己的頭像，讓人忍俊不禁，印象深刻。

(2) 內(nèi)容精心組織，知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合。各教學(xué)要點(diǎn)圍繞形體表達(dá)組織安排，而不是離散孤立的存在。以三視圖投影為例，該部分結(jié)合了截交相貫、基本體的投影和組合體的內(nèi)容。圖3(a)是被要求投影的立體，圖3(b)是繪制的結(jié)果。截交相貫等內(nèi)容在繪圖中自然過(guò)渡。這樣的安排使工程制圖中各部分的內(nèi)容有機(jī)結(jié)合在一起，不再是割裂的知識(shí)點(diǎn)。值得一提的是，Acheson教授要求的三視圖以表達(dá)清晰為前提，自行選用所需視圖，如圖3，形體就選擇了“主俯右”表達(dá)，避免了選用左視圖出現(xiàn)虛線(xiàn)的情況。

表1 教學(xué)要點(diǎn)實(shí)際學(xué)時(shí)、作業(yè)情況

圖1 骰子的六面投影圖

圖2 剖視圖的種類(lèi)

圖3 三視圖舉例

(3) 立足三維形體。除了尺寸標(biāo)注外，所有知識(shí)點(diǎn)都從立體出發(fā)，向二維視圖輻射，突出多種表達(dá)方式在設(shè)計(jì)過(guò)程中的綜合應(yīng)用。例如 CAD平面圖形繪制和編輯命令是以拉伸體或旋轉(zhuǎn)體等為構(gòu)形目的，結(jié)合建模命令同時(shí)講解，沒(méi)有明顯二維平面圖形和三維形體的分界線(xiàn)。

(4) 注重徒手繪圖和尺寸標(biāo)注。所有手工作業(yè)都采用草圖繪制，用美國(guó)特制的方格紙(正交、軸測(cè))按比例徒手繪出相應(yīng)的視圖和軸測(cè)圖。圖4為某學(xué)生軸測(cè)圖作業(yè)的截圖。雖然是草圖，但是Acheson教授對(duì)圖中線(xiàn)型、字體等仍有很高要求，例如虛線(xiàn)的畫(huà)法，什么時(shí)候在實(shí)線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上，什么時(shí)候留有間隙，如果畫(huà)得不正確會(huì)扣很多分。尺寸標(biāo)注也是授課的一大重點(diǎn)，在 Acheson教授僅有的4個(gè)教學(xué)PPT中，尺寸標(biāo)注是其中之一，而且占的篇幅最大。即使是徒手繪圖也要求按標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注尺寸。

圖4 軸測(cè)圖作業(yè)

(5) 知識(shí)點(diǎn)“超前”運(yùn)用，提倡自主學(xué)習(xí)。Acheson教授往往會(huì)“超前”運(yùn)用一些知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生先有感性認(rèn)識(shí)，等下次課再傳授該要點(diǎn)的概念

和繪圖注意點(diǎn)。授課的內(nèi)容也是少而精，許多知識(shí)點(diǎn)需要學(xué)生課后自學(xué)完成。這樣，激發(fā)了學(xué)生課后探求的積極性，新概念不再新，學(xué)生掌握起來(lái)更得心應(yīng)手。

(6) 理論與實(shí)踐相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)實(shí)用性。Acheson教授設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)：一是參觀騰普(常州)精機(jī)有限公司；二是3D打印學(xué)生自己設(shè)計(jì)的“印章”。騰普精機(jī)有限公司是一家生產(chǎn)硅鋼片鐵芯的美國(guó)獨(dú)資企業(yè)，其產(chǎn)品大多是通過(guò)CAD/CAM線(xiàn)切割或鍛造而成，這可以幫助學(xué)生進(jìn)一步了解所學(xué)課程，是一次非常對(duì)口的生產(chǎn)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)?！坝≌隆笔侵咐肅AD建模、3D打印機(jī)打印得到的形狀和功能都類(lèi)似真實(shí)印章的三維形體。通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)學(xué)生不僅接觸了3D打印這樣的前沿概念，而且還能擁有自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品(圖5)，從虛擬到現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

(7) 靈活的考核方式。最終的成績(jī)由平時(shí)作業(yè)、每周的測(cè)驗(yàn)成績(jī)以及設(shè)計(jì)項(xiàng)目——“印章”綜合評(píng)定。這樣有利于督促學(xué)生在平時(shí)下功夫，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。

圖5 學(xué)生“印章”作品

3 思考與啟示

這次外教短期授課實(shí)踐讓我們有機(jī)會(huì)接觸國(guó)外教育，重新審視我國(guó)教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)圖學(xué)教育改革有許多借鑒之處，建議結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際環(huán)境，從以下3個(gè)方面消化吸收外教的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)：

(1) 轉(zhuǎn)換先進(jìn)的教育教學(xué)理念，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展。外教培養(yǎng)學(xué)生遵循“認(rèn)識(shí)實(shí)踐再認(rèn)識(shí)”的哲學(xué)規(guī)律，著眼實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造，引導(dǎo)學(xué)生在“做中學(xué)”，注重培養(yǎng)工程意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。師生平等，教師既是提供有效幫助的良師，又是熱心、耐心的朋友，為學(xué)生創(chuàng)建了一個(gè)心態(tài)開(kāi)放、思維開(kāi)放、知識(shí)開(kāi)放的民主和諧的教學(xué)環(huán)境。圖學(xué)教育者應(yīng)適應(yīng)當(dāng)前形勢(shì)，轉(zhuǎn)變?cè)械慕逃虒W(xué)理念，從工程出發(fā)，以人為本，學(xué)習(xí)外教的角色轉(zhuǎn)換，在高校與企業(yè)間發(fā)揮橋梁作用，產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，努力充實(shí)自己、與時(shí)俱進(jìn)，努力培養(yǎng)新一代應(yīng)用型的創(chuàng)新人才。

(2) 構(gòu)建合理的課程內(nèi)容體系，服務(wù)社會(huì)需求。外教突破教學(xué)章節(jié)的限制，立足三維構(gòu)形，寓“理”于“技”，手工和計(jì)算機(jī)繪圖相輔相成。與國(guó)內(nèi)截然不同的課程體系提醒圖學(xué)教育工作者淡化傳統(tǒng)內(nèi)容中的圖解法，突出草圖圖示在未來(lái)設(shè)計(jì)中的地位；注意依托軟件取代尺規(guī)作圖的趨勢(shì)；將設(shè)計(jì)思維與圖學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，將理論體系與項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合，注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)際工作能力協(xié)調(diào)發(fā)展。

(3) 采用有效地教學(xué)方法和評(píng)估制度，激發(fā)學(xué)生潛能。圖學(xué)教師也可以嘗試外教課堂情景化的教學(xué)，合理設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)地考察、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)合作，將學(xué)習(xí)與應(yīng)用有機(jī)結(jié)合。外教教學(xué)中倚重黑板粉筆等媒介，用教師的言傳身教強(qiáng)化學(xué)生規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的徒手繪圖意識(shí)。圖學(xué)教師需重新評(píng)估傳統(tǒng)的教學(xué)手段，嘗試在傳統(tǒng)和現(xiàn)代化教學(xué)媒介中尋找兩者的平衡點(diǎn)，以獲得最佳效果。互動(dòng)式的教學(xué)方法和多元化的評(píng)價(jià)機(jī)制能極大地提高學(xué)生的興趣，教師們應(yīng)量體裁衣，重視授課藝術(shù)，調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)作欲望。

另外，此次實(shí)踐也為外教走上工科專(zhuān)業(yè)理論課程的講臺(tái)提供了很多經(jīng)驗(yàn)和心得。目前教學(xué)面臨的最大問(wèn)題是語(yǔ)言障礙，建議提高教師和學(xué)生的整體英文水平。其次，國(guó)內(nèi)教學(xué)環(huán)境不斷提升，如何使教學(xué)硬件與國(guó)際接軌，外教資源利用最大化，也應(yīng)是今后進(jìn)一步努力的方向。

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The Practice and Enlightenment of Short Course of Technical Drawing & CAD by American Professor

Zhu Keqian1, Liu Shanshu1, Ding Jianning1,2, Zhang Lin1, Yuan Huixin1, Lu Zhangping3, Yuan Ningyi2,4, Cai Yongmao5
(1. School of Mechanical Engineering, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China; 2. Jiangsu Collaborative Innovation Center of Photovoltaic Science and Engineering, Changzhou Jiangsu 213164, China; 3. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang Jiangsu 212013, China; 4. School of Materials Science and Engineering, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China; 5. Academic Affairs Office, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China)

Changzhou University invited an American professor to give a short course of technical drawing & CAD to the students majored in process equipment. The curriculum content, course organization, textbook and characteristics of teaching are discussed in detail in this paper. Some useful

to us are also illustrated.

technical drawing; CAD; education and teaching; process equipment & control

TB 23

A

2095-302X(2015)04-0622-04

2014-08-24；定稿日期：2014-12-13

常州大學(xué)2013年教育研究課題資助項(xiàng)目(GJY2013051，GJY2013027，GJY2013003，GJY2013006，GJY2013013)；常州大學(xué)2014年教育研究課題資助項(xiàng)目(GJY14020029)；江蘇省高等教育教學(xué)改革研究課題資助項(xiàng)目(2013JSJG106)；中國(guó)學(xué)位與研究生教育學(xué)會(huì)研究課題資助項(xiàng)目(C1-2013Y09-156)

朱科鈐(1980–)，女，江蘇常州人，講師，碩士。主要研究方向?yàn)楣こ虉D學(xué)。E-mail：zkq@cczu.edu.cn

丁建寧(1966–)，男，江蘇鎮(zhèn)江人，教授，博士，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)榫S納動(dòng)力與能源。E-mail：Dingjn@ujs.edu.cn