張立峰，周蕊，丁寧，吳軍，蘇硯文

（中國(guó)民航大學(xué) 航空工程學(xué)院，天津）

一 引言

《機(jī)械制圖》是高等教育中機(jī)械類(lèi)、近機(jī)械類(lèi)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。在課程的教學(xué)過(guò)程中必須注重基礎(chǔ)理論的嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)踐性。注重制圖理論與工程實(shí)踐的緊密結(jié)合，從而在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)的制圖方法，并增強(qiáng)工程運(yùn)用和實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)。當(dāng)前機(jī)械制圖教學(xué)過(guò)程中，單一的教學(xué)模式不能適應(yīng)高校的課程改革，傳統(tǒng)的制圖教學(xué)方法和技術(shù)亟待改革與創(chuàng)新[1-3]。

新工科工程教育是當(dāng)前高等教育改革的重要方向[4-6]。工程教育為制圖教學(xué)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也為高校制圖教學(xué)工作提出了更高的要求。在教學(xué)過(guò)程中，如何將機(jī)械制圖的理論知識(shí)與工程圖紙緊密結(jié)合，同時(shí)不斷深入探索教學(xué)中機(jī)械制圖、識(shí)圖與工程運(yùn)用能力的培養(yǎng)是廣大教育工作者關(guān)注的重要議題[7,8]?？傮w而言，工程教育改革下的機(jī)械制圖教學(xué)，不僅要解決教材書(shū)本中的知識(shí)點(diǎn)傳授問(wèn)題，更重要的是讓學(xué)生能夠深入理解并運(yùn)用機(jī)械識(shí)圖與制圖，能夠在工程實(shí)踐中熟練應(yīng)用這一門(mén)工程語(yǔ)言，并注重與其它工程技術(shù)的融合。

案例教學(xué)方法是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)精選代表性的教學(xué)案例，將知識(shí)點(diǎn)的講述、分析、討論融合在案例的學(xué)習(xí)中[9-11]。當(dāng)前，信息技術(shù)高速發(fā)展，將信息技術(shù)融入機(jī)械制圖課程的案例教學(xué)突顯其重要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[12]。比如通過(guò)信息技術(shù)融合案例教學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生課前、課中、課后對(duì)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的重演，避免了傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)模式。由于采用豐富的技術(shù)手段，制圖教學(xué)中可以形成立體化教案，更利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，形成以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的先進(jìn)課堂。

案例教學(xué)法在經(jīng)管及文科類(lèi)課程中具有廣泛應(yīng)用，教學(xué)中好的案例可以極大激發(fā)學(xué)生的積極性，深化對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，增強(qiáng)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力，因此探索案例教學(xué)在理工類(lèi)課程中的應(yīng)用具有重要意義?！稒C(jī)械制圖》課程知識(shí)點(diǎn)較為分散，但課程具有一定的工程實(shí)際背景，這就為信息技術(shù)支撐下的案例教學(xué)提供了可能性[13-15]。本文以課程教學(xué)中的零件圖為例，通過(guò)精選教學(xué)案例，探索將信息技術(shù)應(yīng)用于案例教學(xué)，提升課堂效率和教學(xué)效果，形成信息技術(shù)支撐下的先進(jìn)教學(xué)模式。

二 傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)的反思

社會(huì)發(fā)展需要高校課程緊跟時(shí)代步伐，一門(mén)課程要在理論、技術(shù)和方法等方面適應(yīng)社會(huì)需求，并引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。制圖課程要使學(xué)生建立重要且有用的意識(shí)，重要和有用的課程無(wú)疑會(huì)吸引學(xué)生的興趣。機(jī)械制圖教學(xué)改革的第一步，也是關(guān)鍵，就是要厘清傳統(tǒng)制圖教學(xué)中存在的問(wèn)題。制圖課程是高校工科的一門(mén)由來(lái)已久且課程內(nèi)容相對(duì)固化的課程，課程模式受傳統(tǒng)教學(xué)方式影響較大，而這無(wú)疑對(duì)工程教育的學(xué)生能力培養(yǎng)是不利的。當(dāng)前國(guó)際社會(huì)，高校的工程教育與社會(huì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系、并相互支撐，國(guó)家之間的綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈。因此，制圖課程的內(nèi)容和改革要符合學(xué)生發(fā)展的本質(zhì)需求，符合社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需求。學(xué)生的本質(zhì)需求是能夠掌握理論和技能，為個(gè)人職業(yè)發(fā)展做好基礎(chǔ)，從而立足社會(huì)，服務(wù)社會(huì)發(fā)展。 基于此，傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)有以下不足之處：

傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)重在教，輕于學(xué)。制圖教學(xué)經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，課堂教學(xué)模式主要以教師的教為主，而這種傳統(tǒng)的一言堂“填鴨式”教學(xué)，無(wú)疑會(huì)造成學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)能力的損傷。同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和課程興趣的喪失。歷年來(lái)的制圖教學(xué)發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生不感興趣，上課“玩手機(jī)”，考試不及格現(xiàn)象頻現(xiàn)。

傳統(tǒng)機(jī)械制圖的教學(xué)重在理論傳授，忽視了學(xué)生的主動(dòng)意識(shí)。傳統(tǒng)制圖課程突出機(jī)械畫(huà)法的標(biāo)準(zhǔn)性、唯一性，形體分析及線面分析的順序性。學(xué)生在課程教學(xué)中完全是被動(dòng)的、接受性的學(xué)習(xí)方式，很難主動(dòng)去思考。機(jī)械制圖從空間想象到形體分析，再到工程圖紙實(shí)踐運(yùn)用的每一個(gè)階段和層次都需要學(xué)生主動(dòng)思考。探究隱藏在機(jī)械制圖畫(huà)法表達(dá)、工程圖紙下的技術(shù)實(shí)質(zhì)。如果僅僅停留在作業(yè)題、試卷分?jǐn)?shù)很難實(shí)現(xiàn)工程教育的能力培養(yǎng)。

傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)重在教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的吸收，忽視了課程的工程實(shí)踐和工程能力培養(yǎng)。以軸類(lèi)零件為例，傳統(tǒng)制圖教學(xué)可以使學(xué)生掌握軸類(lèi)零件的畫(huà)法、斷面圖的表示，尺寸標(biāo)注等基本知識(shí)點(diǎn)，考試環(huán)節(jié)學(xué)生也可以對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)較好地吸收。但是，學(xué)生進(jìn)入后續(xù)期末課程設(shè)計(jì)和工作崗位的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，對(duì)于零件圖僅僅是停留在考試層面，零件圖紙?jiān)鯓赢?huà)，圖紙中的技術(shù)要求制定仍是學(xué)生的短板。因此，在教學(xué)過(guò)程中，要突出實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過(guò)具體的零件測(cè)繪，使學(xué)生鍛煉測(cè)量與形體分析的能力。通過(guò)零件的加工工藝探討性學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)械工藝的興趣和熟悉度，并掌握一定的制圖工藝常識(shí)。通過(guò)案例中的小組討論，加深學(xué)生對(duì)零件技術(shù)要求的理解，使學(xué)生徹底掌握零件圖中技術(shù)要求的制定規(guī)則，理解零件設(shè)計(jì)中的不唯一性、經(jīng)濟(jì)性、精密性等的多種工程需求。

傳統(tǒng)的機(jī)械制圖重在手工繪圖，忽視了計(jì)算機(jī)輔助繪圖的重要性。機(jī)械制圖教學(xué)經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，誠(chéng)然，手工繪圖具有舉足輕重的地位，也是學(xué)生必備的一種能力。但是，當(dāng)前社會(huì)和行業(yè)發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)繪圖能力的需求與日俱增。機(jī)械繪圖軟件如：AutoCAD、CAXA、Solidworks、UG、ProE均是當(dāng)前機(jī)械行業(yè)中的主流設(shè)計(jì)和繪圖軟件。學(xué)生只有提前熟悉并熟練運(yùn)用相關(guān)繪圖軟件才能適應(yīng)就業(yè)需求和行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。因此，在制圖教學(xué)中增加計(jì)算機(jī)繪圖比例，在實(shí)踐中增強(qiáng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)意識(shí)、機(jī)械繪圖能力、思考解決問(wèn)題的綜合創(chuàng)新能力勢(shì)在必行。

三 機(jī)械制圖教學(xué)案例的設(shè)計(jì)

《機(jī)械制圖》知識(shí)點(diǎn)分布較分散，同時(shí)由于零件圖的復(fù)雜與多樣化造成學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中興趣不高，知識(shí)點(diǎn)掌握不理想等現(xiàn)象。因此，通過(guò)教學(xué)案例融合知識(shí)點(diǎn)，以機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為線索，知識(shí)點(diǎn)傳授為脈絡(luò)，工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)具有可行性。值得注意的是，提升學(xué)生對(duì)制圖課程的興趣并且能較好完成教學(xué)目標(biāo)，關(guān)鍵是教學(xué)內(nèi)容要設(shè)計(jì)好。優(yōu)化后的機(jī)械制圖課程內(nèi)容必須要與學(xué)生的內(nèi)在本質(zhì)需求相關(guān)聯(lián)。教學(xué)中要注意將制圖課程的理論內(nèi)容部分“活化”和“實(shí)化”?？梢酝ㄟ^(guò)小組討論加深學(xué)生對(duì)制圖中的形體分析、表達(dá)方法的理解，從而靈活實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)，而不是被動(dòng)吸收。此外，可以通過(guò)工程樣例、應(yīng)用實(shí)例的調(diào)研式問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過(guò)動(dòng)手調(diào)研，利用網(wǎng)絡(luò)和多種信息技術(shù)深化對(duì)教學(xué)中抽象概念的理解。

以機(jī)械制圖教學(xué)中的軸類(lèi)零件為例，圖1為典型軸類(lèi)零件圖，結(jié)合軸類(lèi)零件實(shí)例分析知識(shí)點(diǎn)分布。其中軸類(lèi)零件的表達(dá)方法、尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求較為典型，是制圖教學(xué)中的重要模塊。熟練掌握軸類(lèi)零件的表達(dá)方法，零件圖的組成，對(duì)于增強(qiáng)高校學(xué)生的機(jī)械制圖水平，提升國(guó)家機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用能力，提高機(jī)械專(zhuān)業(yè)的工程實(shí)踐能力具有重要意義。教學(xué)案例的選擇至關(guān)重要，一個(gè)良好的案例，既要涵蓋關(guān)鍵的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也要緊密貼合工程實(shí)踐。既要使學(xué)生能夠有條理、有層次理解知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工程應(yīng)用擴(kuò)展，并在課時(shí)操作上具有可行性。

圖1 典型的軸類(lèi)零件圖

四 教學(xué)知識(shí)點(diǎn)拆解與模塊化

以工程運(yùn)用能力為目標(biāo)，必須要將制圖教學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行拆解和模塊化。基于認(rèn)知規(guī)律優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容更利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。教學(xué)中，以案例為載體，通過(guò)案例的講解和實(shí)施逐步滲透教學(xué)知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，注意在每一步的實(shí)施環(huán)節(jié)中融入先進(jìn)的教學(xué)手段。仍以教學(xué)中的軸類(lèi)零件為例，教學(xué)中可以將多種信息技術(shù)融合高校機(jī)械制圖課堂。這種方法具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)際應(yīng)用中可以節(jié)省教師的講述時(shí)間，利用多種技術(shù)形成生動(dòng)形象的制圖課堂，并且能夠激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。實(shí)際應(yīng)用中，教師負(fù)責(zé)精選案例、案例講解、優(yōu)化和拓展案例，從而使教學(xué)案例能夠更全面和科學(xué)的覆蓋教學(xué)知識(shí)點(diǎn)。以軸類(lèi)零件為例，將圖1的零件圖進(jìn)行剖析，進(jìn)而將知識(shí)點(diǎn)拆解并歸類(lèi)。案例中軸類(lèi)零件圖同時(shí)涵蓋了斷面圖、表達(dá)方法、尺寸基準(zhǔn)、尺寸標(biāo)注、表面粗糙度、形位公差、極限與配合、標(biāo)準(zhǔn)件與常用件、機(jī)械加工方法等知識(shí)點(diǎn)，如圖2所示。此案例教學(xué)中不僅讓學(xué)生熟練掌握軸類(lèi)零件的表達(dá)方法、零件的技術(shù)要求和功能，同時(shí)可以讓學(xué)生熟悉典型零件的機(jī)械加工方法，形成“形體分析-機(jī)械制圖-加工檢測(cè)”的一體化知識(shí)體系。與此同時(shí)，深化和鞏固零件圖技術(shù)要求的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)涵，使學(xué)生深入形象地掌握技術(shù)符號(hào)的科學(xué)本質(zhì)，從而提升課程學(xué)習(xí)積極性和工程思維。

五 信息技術(shù)下的知識(shí)點(diǎn)教學(xué)方法

信息技術(shù)可為高校教學(xué)提供有利的技術(shù)支撐，同時(shí)也為教學(xué)方法的改革帶來(lái)了挑戰(zhàn)。利用信息技術(shù)形成立體化教案，可大幅度提升教學(xué)效果和課堂效率。以本文中的軸類(lèi)零件圖為例需要將知識(shí)點(diǎn)拆解歸類(lèi)，并按邏輯順序講解。

其中第一環(huán)節(jié)為零件圖表達(dá)方法，此環(huán)節(jié)對(duì)軸類(lèi)零件的表達(dá)方法進(jìn)行總結(jié)歸類(lèi)，并重點(diǎn)講解斷面圖的畫(huà)法及注意事項(xiàng)。此部分同時(shí)涉及到標(biāo)準(zhǔn)件鍵槽和螺紋孔的畫(huà)法，將知識(shí)點(diǎn)強(qiáng)化，深化學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的掌握。

第二環(huán)節(jié)為零件圖的尺寸標(biāo)注及尺寸基準(zhǔn)，此部分注意尺寸鏈的概念及與實(shí)際加工的結(jié)合。案例中，如鍵槽、螺紋孔、導(dǎo)角的加工及砂輪越程槽的實(shí)際功能等。此部分展開(kāi)實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生利用二維繪圖繪制此軸的零件圖，并利用三維繪圖軟件立體還原此零件的三維立體模型。

圖2 軸類(lèi)零件知識(shí)點(diǎn)分布示意圖

第三環(huán)節(jié)，零件圖的技術(shù)要求，典型表面的粗糙度及零件的功能用途。此部分涉及到不同精度表面的具體功能。如案例中的高精度的加工表面為軸承的配合表面，中等精度的表面為齒輪配合表面等。課堂講解過(guò)程中可結(jié)合機(jī)械裝配工藝，深化學(xué)生對(duì)配合與公差的理解。通過(guò)設(shè)置開(kāi)放式的問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)-功能”的工程認(rèn)知。

第四環(huán)節(jié)，零件的加工與檢測(cè)方法。此部分，以案例的不同加工表面，從刀具、機(jī)床、加工工藝等方面，對(duì)加工方法進(jìn)行講述，同時(shí)結(jié)合學(xué)生課前視頻教案的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行討論與總結(jié)，提煉零件加工與檢測(cè)的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生真正了解零件技術(shù)要求的科學(xué)本質(zhì)，提高課堂效率。

第五環(huán)節(jié)，零件圖總結(jié)。此部分對(duì)知識(shí)點(diǎn)分布情況進(jìn)行溯源，采用雨課堂技術(shù)，通過(guò)討論和提問(wèn)形式深化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和工程運(yùn)用。

六 制圖教學(xué)中的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)

新工科工程教育模式下的機(jī)械制圖教學(xué)要注重工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。這就要求，在教學(xué)過(guò)程中，不僅要注重教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的傳授，同時(shí)要注意學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。具體而言，可以從課程內(nèi)容和教學(xué)方式兩方面培養(yǎng)和提升學(xué)生的工程素養(yǎng)和工程實(shí)踐能力。在教學(xué)內(nèi)容方面，教師可以將教學(xué)知識(shí)點(diǎn)滲透到典型機(jī)械案例的教學(xué)中，以案例為引線貫穿整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。此外，以工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，鍛煉學(xué)生在案例教學(xué)中的工程意識(shí)、工程思維、工程能力。同時(shí)促使學(xué)生能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)探討、思考、解決工程問(wèn)題，并在案例實(shí)踐中理解機(jī)械與電氣、力學(xué)、數(shù)學(xué)等諸多學(xué)科的工程融合。

在教學(xué)方法方面，教師可以通過(guò)開(kāi)放式的工程設(shè)計(jì)實(shí)例，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)思考，掌握設(shè)計(jì)軟件，提高機(jī)械制圖水平。此外，教師可以通過(guò)學(xué)校的工程實(shí)訓(xùn)中心、校辦工廠等開(kāi)展機(jī)械加工現(xiàn)場(chǎng)的教學(xué)，促進(jìn)工學(xué)結(jié)合，在加工和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)使學(xué)生增強(qiáng)工程認(rèn)識(shí)、工程意識(shí)、工程思維和工程實(shí)踐能力。

七 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)中的單向知識(shí)點(diǎn)傳遞、學(xué)生主動(dòng)性不高、工程運(yùn)用能力不足的問(wèn)題，本文探索新工科工程教育模式下的機(jī)械制圖教學(xué)改革方法。本文采用案例教學(xué)方案，以機(jī)械制圖中的軸類(lèi)零件作為實(shí)例，探索教學(xué)過(guò)程中的信息技術(shù)教學(xué)手段，將教學(xué)案例進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)歸類(lèi)與拆分，形成信息技術(shù)支持下的多維教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。促進(jìn)學(xué)生在案例學(xué)習(xí)的過(guò)程中形成完整和穩(wěn)定的知識(shí)框架，同時(shí)提升學(xué)生的工程實(shí)踐與綜合知識(shí)運(yùn)用能力。