萬亞軍 阮春紅

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?畫法幾何及機械制圖作為機械類專業(yè)的核心能力課程，具有很強的理論性與實踐性。在“新工科”建設(shè)大背景下，開展畫法幾何及機械制圖課程教學(xué)改革，并以華中科技大學(xué)編寫的新形態(tài)教材《畫法幾何及機械制圖》為例，介紹該教材的設(shè)計思路和內(nèi)容建設(shè)過程，為其他同類教材的開發(fā)提供一定的幫助。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?新工科;畫法幾何及機械制圖;新形態(tài)教材;教材建設(shè)

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2020）36-0230-02

一、新工科背景下畫法幾何及機械制圖課程教學(xué)改革

新工科是指針對新興產(chǎn)業(yè)，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能為核心的工科專業(yè)，或?qū)⒃朴嬎?、大?shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、人工智能和機器人等應(yīng)用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造。其內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，通過繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享等方式，面向未來培養(yǎng)國際化、多元化和創(chuàng)新型卓越工程技術(shù)人才。

為推動新經(jīng)濟下我國高等教育的改革和發(fā)展，教育部高等教育司發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》《關(guān)于推進新工科研究與實踐項目的通知》。近年來，華中科技大學(xué)積極開展新工科研究與實踐，申報了新工科研究與實踐項目“服務(wù)中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型/升級的機械工程專業(yè)建設(shè)”。畫法幾何與機械制圖課程是針對機械類本科學(xué)生開設(shè)的一門必修課程，是既有系統(tǒng)理論，又有很強實踐性的學(xué)科基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容包括運用投影理論在平面上表達(dá)空間幾何、機件的常用表達(dá)方法、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的表達(dá)方法、零件圖與裝配圖、計算機繪圖，主要培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力、繪圖與讀圖能力和工程思維能力。

“新工科”強調(diào)學(xué)科的實用性、交叉性與綜合性以及產(chǎn)業(yè)需求對人才培養(yǎng)的引導(dǎo)。在此背景下，我們對畫法幾何及機械制圖課程教學(xué)進行如下改革。

（一）理論教學(xué)內(nèi)容改革

為支撐服務(wù)以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟發(fā)展，并滿足以智能制造、增材制造、互聯(lián)網(wǎng)制造等為代表的新型制造對人才的需求，機械類專業(yè)院校逐步開設(shè)了智能制造工程、微納制造、機器人工程等專業(yè)（專業(yè)方向）。例如，2020年3月發(fā)布的2019年度備案專業(yè)中智能制造工程和機器人工程新開設(shè)高校分別有80所、62所。這將導(dǎo)致機械類專業(yè)的課程體系逐步調(diào)整，進一步壓縮課堂理論教學(xué)課時。同時，隨著現(xiàn)在制造業(yè)中三維建模與仿真技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，因此制圖課程教學(xué)內(nèi)容除了理論知識點，還應(yīng)當(dāng)增加三維建模軟件UG、Inventor、Solidworks的教學(xué)內(nèi)容。

（二）理論教學(xué)輔助手段改革

早在1997年，依托國家級工程技術(shù)中心華中科技大學(xué)CAD中心雄厚的科研實力，華中科技大學(xué)“畫法幾何及機械制圖”課程教學(xué)團隊較早開發(fā)了輔助教學(xué)的光盤和教學(xué)視頻，建有豐富的教學(xué)視頻和各類三維立體模型。隨著計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，我們利用Inventor建模軟件將基本的幾何形體制作成各種三維立體模型，讓學(xué)生繪制三視圖，經(jīng)過反復(fù)進行投影訓(xùn)練，學(xué)生可更好地理解形體分析法，掌握組合體三視圖投影的基本規(guī)律，提高空間思維能力、創(chuàng)新意識和實踐能力。

（三）理論教學(xué)模式改革

基于新工科下校內(nèi)外機械類專業(yè)人才培養(yǎng)要求，我們開展了“轉(zhuǎn)變教育理念，引進工程場景，翻轉(zhuǎn)課堂圖學(xué)教育研究與實踐”等一系列教學(xué)改革研究項目。在教學(xué)上，采用混合式教學(xué)模式，根據(jù)課程內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與在線教學(xué)有機結(jié)合，為教師和學(xué)生提供一種高效的“教”與“學(xué)”模式。通過與超星等公司的合作，在華中科技大學(xué)教務(wù)處的支持下，我們建設(shè)了畫法幾何及機械制圖慕課，順利使愛課程網(wǎng)上線，并對全社會公開，校內(nèi)外學(xué)生均可以在線上開展學(xué)習(xí)。

在慕課上，通過發(fā)布教學(xué)視頻、學(xué)習(xí)任務(wù)點與資料，幫助學(xué)生進行數(shù)字化預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)，對課堂教學(xué)起到輔助和鞏固的作用;通過創(chuàng)建討論，提高學(xué)生的參與性，教師也可以通過討論情況了解學(xué)生對知識點的掌握程度，然后有針對地講解知識點，提高教學(xué)效率;通過群組“聊天”功能，可以給學(xué)生提供一個自主交流的平臺，并且可以實現(xiàn)在線答疑。

二、新工科背景下畫法幾何及機械制圖教材建設(shè)思路

教材作為課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的載體，是實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)的工具，也是進行教學(xué)改革和提高教學(xué)質(zhì)量的重要保證?！督逃筷P(guān)于“十二五”普通高等教育本科教材建設(shè)的若干意見》指出：不斷豐富教材類型，繼續(xù)開發(fā)數(shù)字化教材;鼓勵編寫、出版不同載體和不同形式的教材，包括紙質(zhì)教材和數(shù)字化教材。

新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議于2018 年 6 月 21 日在四川成都舉行，會議強調(diào)本科教育的內(nèi)涵發(fā)展時指出，要“推動課堂革命，建好質(zhì)量文化”。而撬動課堂革命的基石則為教材建設(shè)。基于此，針對“畫法幾何及機械制圖”課程的特點，形成該課程教材建設(shè)思路如下。

（一）反映教學(xué)改革成果，適應(yīng)工程思維培養(yǎng)要求

在眾多前輩的努力下，筆者所在的教研室一直重視教材建設(shè)，先后編寫并出版了多本機械制圖教材及練習(xí)冊。其中，《畫法幾何及機械制圖（第六版）》（配光盤）為普通高等教育“十二五”國家級規(guī)劃教材，被許多學(xué)校使用，受到眾多教師的好評。然而，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，該書逐漸顯示了以下不足之處：教學(xué)理念上以二維繪圖為主，不能反映當(dāng)前制造業(yè)中廣泛應(yīng)用的三維建模與仿真能力要求;隨著個人計算機基本上取消光驅(qū)配置，教材配套的光盤成為雞肋，需要專門訪問網(wǎng)站讀取，不適應(yīng)智能手機普及的趨勢;另外，光盤配套的數(shù)字資源需要下載專用軟件打開，使用性不好?；诖耍Y(jié)合該課程教學(xué)改革實踐，確定了機械制圖新形態(tài)教材的定位：總結(jié)新工科下課程中工程思維培養(yǎng)的教學(xué)要求，體現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)產(chǎn)品”特色，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)和討論式學(xué)習(xí)的要求。

（二） 根據(jù)課程定位，精心規(guī)劃各類資源

1.紙質(zhì)教材內(nèi)容與各類教學(xué)資源如課件、習(xí)題、視頻等同步規(guī)劃和創(chuàng)作，實現(xiàn)紙質(zhì)教材與數(shù)字教學(xué)資源的同步化。

2.同傳統(tǒng)的黑白紙質(zhì)教材相比，新形態(tài)教材內(nèi)容呈現(xiàn)形式更加多元，如動態(tài)圖、視頻、三維動畫。

3.在教材中主要知識點的強化以資深專業(yè)授課教師現(xiàn)場講授視頻為主的二維碼呈現(xiàn)，與紙質(zhì)教材內(nèi)容緊密配合，形成線上線下結(jié)合的新形態(tài)立體化教材體系。

4.通過網(wǎng)絡(luò)平臺可以獲得更多數(shù)據(jù)，如視頻點擊量、瀏覽時間、網(wǎng)站登錄次數(shù)、習(xí)題正確率、成績分布規(guī)律，更加準(zhǔn)確和快捷地反饋學(xué)習(xí)效果。

三、新工科背景下畫法幾何及機械制圖教材建設(shè)實踐

華中科技大學(xué)工程圖學(xué)教學(xué)團隊黃其柏、阮春紅等主編的《畫法幾何及機械制圖（第七版）》是在原來第六版的基礎(chǔ)上，總結(jié)該課程教學(xué)改革成果修訂出版的新形態(tài)教材，教材可與3D工程圖學(xué)在線慕課配合使用，是一本與移動網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的教材，符合機械類專業(yè)“畫法幾何及機械制圖”課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

本教材具有如下顯著特點：

1.本教材是傳統(tǒng)紙質(zhì)教材與移動網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有機結(jié)合的多媒體教材，實現(xiàn)了移動學(xué)習(xí)功能。讀者可以通過掃描書中二維碼進行微視頻的學(xué)習(xí)，微視頻內(nèi)容涉及重要知識點、難理解概念講解、三維構(gòu)型分析、三維立體表達(dá)等。需要特別說明的是，微視頻均為授課教師制作并講解。讀者在閱讀本書的同時，配合智能手機，可以結(jié)合微視頻更便捷地學(xué)習(xí)，對難理解的形體分析法等內(nèi)容可以對照立體三維模型反復(fù)觀看，加深理解。

2.教材強調(diào)以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向，為引導(dǎo)學(xué)生有效進行課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)，教材的每章開始設(shè)置“學(xué)習(xí)目的與要求”“學(xué)習(xí)內(nèi)容”“學(xué)習(xí)重點與難點”“本章的地位及特點”，每章結(jié)束設(shè)置“思考題”和“問題與討論”。這對幫助讀者系統(tǒng)地歸納本章的重點、難點可以起到提綱挈領(lǐng)的作用，而文中的微視頻為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法的實施創(chuàng)造了有利條件。

3.積極引進現(xiàn)代制造業(yè)三維模型設(shè)計成果，在教材中引進基于模型的工程定義簡介、零件建模的總體原則、總體要求和流程，介紹軸測圖的尺寸注法，方便學(xué)生盡早適應(yīng)當(dāng)前制造業(yè)設(shè)計三維化的趨勢，并為后續(xù)開展創(chuàng)新實踐打下識圖、繪圖基礎(chǔ)。

四、新工科背景下畫法幾何及機械制圖教材建設(shè)探討

隨著新工科教學(xué)改革的推進，機械類專業(yè)課程體系還會進一步調(diào)整，“畫法幾何及機械制圖”課程內(nèi)容還會與機械原理、機械設(shè)計、計算機輔助設(shè)計與制造等課程內(nèi)容進一步交叉融合，加強空間思維能力、繪圖與讀圖能力和工程思維能力培養(yǎng)。因此，畫法幾何與機械制圖教材中還需要進一步加強課程邊界的再設(shè)計，按照新工科下機械類專業(yè)創(chuàng)新性卓越工程人才培養(yǎng)要求，在機械零件結(jié)構(gòu)、計算機繪圖、三維建模中滲透機械零部件創(chuàng)新設(shè)計、計算機建模與仿真等能力培養(yǎng)。

通過引入虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)，實現(xiàn)學(xué)生與教學(xué)資源的適時互動，將大大促進學(xué)生對形體空間分析與幾何處理問題的理解。在畫法幾何及機械制圖教材中，通過鏈接到相關(guān)VR資源，可以進行形體的多視角觀看、拆裝、漫游等互動操作，加深學(xué)生對剖視圖中剖切面與物體相交的截面形狀或者剖視圖形成規(guī)律的認(rèn)識，讀懂零件圖和裝配圖中的信息，包括零件圖視圖的表達(dá)方式、尺寸標(biāo)注、極限與配合、形狀和位置公差及熱處理等，裝配圖中零件的相對位置、連接方式及裝配關(guān)系。

五、總結(jié)

以紙質(zhì)教材為核心，并輔以二維碼數(shù)字化資源的畫法幾何及機械制圖新形態(tài)教材的出版，一方面，豐富了教學(xué)內(nèi)容，順應(yīng)了當(dāng)前大學(xué)生的心理特點，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性;另一方面，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)不斷深入融合傳統(tǒng)教學(xué)，推動以學(xué)生為中心的教學(xué)改革。新形態(tài)教材的使用有利于及時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，促進學(xué)生和教師雙向互動，越來越多的學(xué)校和大眾逐漸熟知并開始認(rèn)可新形態(tài)教材。目前，國內(nèi)新形態(tài)教材的建設(shè)與使用尚不廣泛，適應(yīng)混合式教學(xué)的教材建設(shè)還需要積累經(jīng)驗。筆者開展的新形態(tài)教材《畫法幾何及機械制圖》的建設(shè)和使用可為當(dāng)前各高校開展混合式教學(xué)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]路玲.基于“新工科”建設(shè)的畫法幾何與機械制圖課程教學(xué)改革探討[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（105）：72-74.

[2]李興莉.理論力學(xué)新形態(tài)教材建設(shè)的探索與實踐[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（85）：170-171.

[3]吳軍，李維嘉，郭卉，等.新工科背景下的船舶機電傳動控制課程教學(xué)模式初探[J].大學(xué)教育，2019（6）：48-50，61.

[4]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：7-12.

編輯 趙瑞峰