李競 盧煜海 梁策 李海平

摘 ? 要：《機械制圖》是培養(yǎng)工科學生閱讀和繪制工程圖樣，使其具有專業(yè)的技術技能和工程素質以及創(chuàng)新能力的一門重要專業(yè)基礎課。本文分析了新工科視域下人才的培養(yǎng)和發(fā)展對圖學教育的要求，提出“機械制圖”教材建設目標定位與建設理念，闡述了教材建設的實施內涵，包括校企協(xié)同編寫，構建立體化教材體系，引入AR 技術，實現(xiàn)移動式智能學習體系等。

關鍵詞：新工科 ?機械制圖 ?教材建設 ?校企協(xié)同 ?AR技術

中圖分類號：TH126 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0177-03

1 ?主導思想

2012年11月中國高等教育在《全面提高高等教育質量的若干意見》”（高教30條） 第五條指出：“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革應該著重提升其實踐動手能力，探索一些創(chuàng)新的教育教學方法，應大力推進與科研院所、行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人模式推進創(chuàng)新教育教學方法”;第十二條還指出“推進協(xié)同創(chuàng)新，堅持需求導向、全面開放、深度融合、創(chuàng)新引領的原則，以創(chuàng)新能力提升為突破口，通過政策和項目引導，大力推進協(xié)同創(chuàng)新”。 2017年2月18日，在復旦大學召開了由教育部主持的研討會，該研討會主要討論了對高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略。研討會成果有《新工科建設復旦共識》（10條）、探究出了新工科建設等倡議。2017年4月8日，教育部又在天津大學召開了關于工科優(yōu)勢高校新工科建設研討會，研討會成果為《新工科建設行動路線“天大行動”》（7條）。2017年6月9日，教育部在北京召開“新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議”，發(fā)布了《新工科研究與實踐項目指南》（包含五類選題24個項目），標志著新工科建設正式開工。

目前迅猛發(fā)展的智能制造、人機對話、人機交互、云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、可視信息融合等新經濟領域都出現(xiàn)人才供給不足現(xiàn)象，暴露出我國工程教育與新興產業(yè)和新經濟發(fā)展有所脫節(jié)的短板。面對中國制造2025內涵工程人才等產業(yè)需求，如何進行大數(shù)據(jù)背景下的大圖學學科體系建設？如何進行大學課程建設以適應新工科背景下“以培養(yǎng)具有可持續(xù)競爭力的創(chuàng)新型卓越工程人才目標”？

機械制圖課程是理工科高校學生必修的技術基礎課，課程教學有兩部分，即課堂教學和實驗教學，這門課程有較強的實踐性，它能夠培養(yǎng)理工科學生很重要的實踐能力，尤其對于機械專業(yè)的學生來說，在培養(yǎng)學生動手能力、工程素質、創(chuàng)新能力方面，是不能被其他的學科所替代的。我校在工程制圖的教學改革中，以機械制圖為試點，在優(yōu)化課程內容體系的同時，積極推廣并實施校企協(xié)同、科教協(xié)同等教學模式，讓學生在大學一年級的時候就盡早進行實踐、接觸工程實際問題，這點對于提高學生的工程素質、工程表達能力及空間思維能力、創(chuàng)新能力等方面有著極其重要的意義。

2 ?目前存在的問題

《機械制圖》課程的教學任務是培養(yǎng)工科學生繪圖制圖能力、閱讀機械圖的基本能力、空間想象能力以及應用計算機繪制工程圖樣的能力，使其具有工程技術人員所應該具有的基礎的技術技能和素質。機械制圖課程既可培養(yǎng)綜合設計能力，使學生能夠通過對圖形載體表達和理解而獲得設計對象信息的理論和方法，并使得學生科學思維方法、創(chuàng)新意識、獨立工作能力得到提升，并形成嚴謹細致的工作作風，是一門實踐性很強的課程。傳統(tǒng)的制圖教材內容包括：制圖的基本知識、點的投影、直線的投影、平面的投影、直線與平面、平面與平面的相對位置、立體及平面與立體表面的交線、兩立體表面的交線、組合體的視圖、表達方法、軸測圖、標準件、常用件、零件圖、裝配圖等，分章節(jié)目錄演繹，理論嚴謹，邏輯性強，配有相應的習題冊。隨著時代的進步，學科的發(fā)展，制造技術的變化，同時與國外制圖教材相比，制圖教材的不足之處日見明顯。面對培養(yǎng)面向21世紀的具有實用型、創(chuàng)新型的高級工程技術人才的需求，經分析，我們在工程制圖的教學方面還存在如下不足。

（1）教材內容重理論，輕實踐。

依據(jù)學科基礎課的定位及課程相關內容的要求，機械制圖著眼于培養(yǎng)學生畫圖與讀圖能力，教材編寫時多有此特征：概念的介紹，知識的羅列，缺少問題的關聯(lián)性，不符合人的認知規(guī)律。章節(jié)內容偏理論性、概念性，相反的實際應用性的內容相對缺乏，工程實例少，與教材配套的習題冊，缺乏針對性、廣泛性、實用性的生產一線案例，學生參加實踐訓練的機會少?！爸R點原理”與“工程實際應用”關聯(lián)介紹不普遍，學生無法理解很多抽象概念。實驗教學與理論教學相脫節(jié)、實驗教學內容分散、未能形成完整的教學體系。另外由于課時壓縮，測繪環(huán)節(jié)往往被簡化甚至取消，有些老師直接以習題冊的練習取代動手測繪，有些學校提供的是標準化的教學模型，學生基本沒有機會接觸工程實際應用的零部件，實踐操作能力得不到提高。比如，對于生活中每天見到的螺紋及其緊固件，學生在做制圖練習時都能準確表達，但是在大四的畢業(yè)設計中，在真實的零件目前完全不知道應采用國家規(guī)定的畫法，而是自創(chuàng)所謂形象的示意畫法。如何在理論知識中合理的嵌入實踐環(huán)節(jié)，形成完整的實踐教學體系，進一步強化實踐環(huán)節(jié)，增加實踐部分的學時，更多使用實際零部件而不是教學模型進行測繪實驗，切實提高學生的繪圖能力、表達能力、創(chuàng)新能力是目前急需解決的問題。

（2）教材內容時代性不強、脫離實際工作任務。

由于實驗手段及實驗設備的缺乏，導致實驗與理論教學相互脫離，出現(xiàn)“閉門造車”的現(xiàn)象。比如學生想得到但卻畫不出來，畫出來了無人能懂（不符合標準或是無效設計）。由于沒有形成完整的實踐教學體系，老師在實踐教學中各自為政，無法做到將實驗教學內容與課堂內容相結合，有些需要測繪的拆裝實驗被簡化成習題冊里提供的作圖練習，學生沒有接觸到真實的零部件設備，在日后碰到工程實踐問題時，完全不知道跟所學的理論知識有何關系。由于制圖的基本方法—投影法是一種固定的表現(xiàn)技法，以及編寫人員的知識結構局限性，導致制圖教材內容“百年不變”。制造技術日新月異，教材內容依然如故，很大程度由于編寫人員的知識結構局限性。隨著時代的進步，國際交流日日增多，新材料新技術的不斷涌現(xiàn)，以及智能制造2025的提出，對大圖學的發(fā)展是一次沖擊?，F(xiàn)代制圖教學內容應該在保持表達方法不變的同時，追蹤學科發(fā)展的步伐，突出制圖知識的工程應用特點，加入工程實踐中常用的計算機輔助處理技術，賦予教材以時代感，進而提升教材的生命力。

（3）教材編寫模式固定統(tǒng)一。

現(xiàn)行制圖教材大多是根據(jù)傳統(tǒng)的教學理論體系來編寫，邏輯性強，結構框架固定：從投影概念的介紹開始，到制圖規(guī)范知識詳盡羅列，到制圖技術“繪圖”與“看圖”能力的訓練，其間缺少“知識點原理”與“工程實際應用”問題的關聯(lián)性，學生處在一種定向思維的環(huán)境下進行模仿和順從，缺少創(chuàng)新意識。隨著三維實體建模、虛擬功能等現(xiàn)實高科技手段的運用，讓模型的構造組合變得非常直觀，原來理論教學中的難點問題相貫線截交線的求解變得非常直觀簡單，畫法幾何中點線面的求解問題也變得無用武之地，在這種少學時的新常態(tài)下，在新的課程體系中應削枝強干，減少畫法幾何理論課時增加實踐環(huán)節(jié)，注重于有利于學生繪圖能力、工程意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內容和知識、增加實戰(zhàn)的機會，做到與工程實踐問題結合起來。傳統(tǒng)教材只能傳授給學生制圖本身的理論知識，參與的工程項目少，缺少創(chuàng)新思維訓練的素材，不能有效的將先進的設計思想融入到教學當中，在教學中重理論輕實踐，學生缺乏實踐訓練，因而動手能力、創(chuàng)造能力得不到實質性的提高。并且實驗條件落后、不利于創(chuàng)新實驗的開展。學生數(shù)量翻番了，但原有的實驗室場地并沒有改變，實踐教學設備也沒有得到補充，原有的模型、測繪儀器等數(shù)量已不能滿足大量的學生，且已有的模型均為教學模型，與工程實際的零部件有較大差距，使很多創(chuàng)新實驗難以開展。

（4）教材編寫隊伍單一。

由于目前學校對新進教師的要求越來越高，制圖作為技術基礎課，一直難以招到新老師補充進來，隨著老教師的逐步退休，目前制圖教師嚴重短缺。就教師本身來講，要使學生們創(chuàng)新意識提高，本身便需要具備創(chuàng)新意識以及符合現(xiàn)代的設計思想。而國內大部分制圖教材編寫隊伍的制圖老師們，他們科研及工作經歷有限，知識結構單一且缺少豐富實踐經驗，教材內容編寫缺乏工程項目實例，缺少創(chuàng)新思維訓練的素材。同時由于擴大招生，課程涉及的專業(yè)學生越來越多，教師短缺，造成現(xiàn)任制圖教師的教學任務非常繁重，只能保證完成課程的基本教學任務，沒有更多的時間指導實踐教學及開展實訓等內容。這種傳統(tǒng)的教學方法導致學生理論基礎扎實而動手、創(chuàng)新能力不強的現(xiàn)狀仍未根本好轉。所以說制圖教師缺少工程實踐經驗，不利于學生創(chuàng)新力的培養(yǎng)。

3 ?改革思路

（1）突破傳統(tǒng)教材框架，構建立體化教材。

新教材組織形式打破了傳統(tǒng)教學框架，將傳統(tǒng)的機械制圖知識與計算機繪圖知識相互交叉融合在一起，將理論教學和項目實訓有效銜接起來，使課本理論知識與實踐技能有機地結合在一起，選取企業(yè)提供的典型零件為案例，采用項目驅動的方式，以能力和素質培養(yǎng)為目標，構建一個新的立體化的框架體系。新教材結構框架如圖1所示。

（2）以實際應用為目標，培養(yǎng)實踐、動手能力。

機械制圖課程的特點之一就是實踐性強，學生必須通過實踐才能獲得真正的知識和能力。測繪是機械制圖課程教學中的一個重要實踐環(huán)節(jié)，新教材將用企業(yè)提供的零部件，以項目的形式嵌入到教材中，通過徒手繪圖、計算機繪圖的方式，將組合體、表達方法、標準件和常用件、零件圖、裝配圖部分貫穿起來，引導學生動手測繪，去探索發(fā)現(xiàn)新問題，培養(yǎng)學生的綜合分析能力和創(chuàng)造能力。

①徒手繪圖的內容從第一章引入，貫穿全書，從而培養(yǎng)學生的動手能力;徒手繪圖的內容從第一章引入，在軸測圖處加深，從實測到徒手繪制到計算機繪制，貫穿全書，使學生得動手能力得到培養(yǎng)。

②精簡畫法幾何部分，將點、線、面的投影由以前的三章合為一章，同時開始引入形體知識，有利于培養(yǎng)學生空間思維能力，理論與實際相結合的能力。

③把計算機繪圖與機械制圖課的基本教學內容有機地融合在一起，從全局的觀點來布局CAD 的學習，以項目的形式合理的嵌入整套工程實際零部件，構建一個完整的實踐教學體系，做到理論與實踐緊密結合，切實提高學生解決工程實際的能力。

④強化軸測圖知識，訓練徒手繪制立體圖的能力，便于測繪記錄及設計思想交流。

（3）校企協(xié)同編寫，優(yōu)勢互補。

聘請企業(yè)科研人員走進“教學課堂”，以彌補校內教師工程實踐方面的不足。新教材將克服的編寫隊伍結構單一的問題，吸收廣西本土玉柴機器集團有限公司、貴港動力有限公司生產一線的技術人員、企業(yè)資深工程師以及兄弟院校制造學科的優(yōu)勢力量協(xié)同編寫。將最新的技術、校企合作開發(fā)的學術成果融入教材，以一些典型案例作為它的載體，設置些合適的項目融入教學中的各個知識點，以確保新的教材內容更加貼近生產實踐，提高學生的實際應用能力和工程素質，培養(yǎng)出適應產業(yè)發(fā)展需要的集應用、創(chuàng)新于一體的復合型人才。

（4）運用AR技術，實現(xiàn)移動式智能學習。

增強現(xiàn)實技術（簡稱 AR）是基于虛擬現(xiàn)實技術（簡稱 VR）上發(fā)展起來的一種新興技術，增強現(xiàn)實創(chuàng)建的是獨立于現(xiàn)實世界之外的虛擬場景，而增強現(xiàn)實將虛擬內容疊加到現(xiàn)實世界中，創(chuàng)建一個虛實結合的世界，讓兩種信息相互補充，真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間，從而達到超越現(xiàn)實的感官體驗。新教材將引入AR技術，開發(fā)移動式機械制圖輔助教學App，學生只要通過手機攝像頭掃描教材、習題集上的平面工程圖，虛擬的3D模型馬上疊加到現(xiàn)實場景中，學生可以通過觸屏交互控制3D虛擬模型進行旋轉、縮放操作，以及觀看整套零部件的裝配過程，大大彌補了學生課后無實物、多媒體的缺陷。

4 ?結語

《機械制圖》教材圍繞新工科工程教育的新理念，以創(chuàng)新型卓越工程人才培養(yǎng)為主線，打破傳統(tǒng)教學框架，將傳統(tǒng)的機械制圖知識與現(xiàn)代計算機繪圖知識相互交叉融合在一起，將理論教學和項目實訓有效銜接起來，將增強現(xiàn)實技術（AR）引入教材，構建新的立體化框架體系。新教材對于激發(fā)學生自主學習的能力，提高學生的工程素質，培養(yǎng)新工科創(chuàng)新型人才具有非常重要的意義。

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