陳 全，朱希夫

（武漢華夏理工學(xué)院，湖北武漢430223）

0 引言

由教育部、財政部舉辦的全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽（2004年為首屆）［1］對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，錘煉學(xué)生的實踐能力與團(tuán)隊意識提供了重要的教學(xué)方式。該比賽積極推動并強(qiáng)化了工科大學(xué)生的素質(zhì)教育，吸引和鼓勵廣大學(xué)生參加課外科技活動，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造了條件。大賽的選題緊密結(jié)合時代社會熱點(diǎn)，在改善人們的生活中扮演著一定的角色，但是將優(yōu)秀作品引入“工程圖學(xué)”教育并未引起足夠重視，來自學(xué)生中的優(yōu)秀教學(xué)資源未能充分利用，如表1所示。

隨著教學(xué)改革的不斷深入，“工程圖學(xué)”課程理論學(xué)時不斷減少，加上學(xué)生工程實踐知識不足，使我們的人才培養(yǎng)質(zhì)量與工程技術(shù)發(fā)展的期望相比，仍然存在一定的差距?！肮こ虉D學(xué)”如何改革教學(xué)方法和手段，適應(yīng)新時期的人才要求，培養(yǎng)現(xiàn)代企業(yè)歡迎的工程技術(shù)人才，是制圖課程的教師們一直在探討的課題。筆者在2015 級機(jī)械制造及自動化專業(yè)的“工程圖學(xué)”教學(xué)中，將機(jī)械創(chuàng)新大賽與“工程圖學(xué)”教學(xué)相結(jié)合，有所感悟和收獲。

表1 歷年“大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽”的主題和內(nèi)容統(tǒng)計

1 選擇項目的基本原則

選擇合適的項目是項目教學(xué)成功的前提條件，也是實現(xiàn)項目教學(xué)效果的關(guān)鍵所在。選擇項目時，主要遵行如下原則。

1.1 針對性原則

針對性是指項目針對的教學(xué)對象和教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該貼近機(jī)械創(chuàng)新大賽要求。“工程圖學(xué)”所具有的工程性的特點(diǎn)，最終表現(xiàn)和應(yīng)用形式是零件圖和裝配圖。因此，選擇的項目和實施過程中，項目設(shè)計目標(biāo)應(yīng)包含機(jī)器設(shè)計的基本過程，包括機(jī)器或部件實現(xiàn)功能的原理、實施方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件表達(dá)、材料選用、加工方法、技術(shù)要求、最終完成零件設(shè)計和裝配圖的繪制，與大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽的要求基本一致。

1.2 完整性原則

完整性是指項目本身應(yīng)包括機(jī)械設(shè)計的一般環(huán)節(jié)，所需知識盡可能涵蓋“工程圖學(xué)”全部教學(xué)內(nèi)容，并自然、有機(jī)地結(jié)合多項知識點(diǎn)，合理地綜合若干教學(xué)模塊。將項目教學(xué)的全過程與“工程圖學(xué)”教學(xué)的知識結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，有利于學(xué)生掌握并應(yīng)用所學(xué)的知識解決具體的問題，使技能和知識得到遷移，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。通過對項目的分析，引導(dǎo)學(xué)生的積極思維，牽引學(xué)生完善知識結(jié)構(gòu)，主動將理論知識與實際項目相結(jié)合，建立起一套適合自己的完整而又嚴(yán)密的邏輯思維方法和思考問題的方式，以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，進(jìn)而提高綜合素質(zhì)。

1.3 可行性原則

首先，項目應(yīng)該可行，其難易度要針對學(xué)生實際的認(rèn)知水平和能力水平，使學(xué)生有自我發(fā)揮的空間，并通過自己的努力有能力完成項目的可能性。如果項目難度很大，學(xué)生很容易知難而退，不利于自信心、成就感、學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。其次，項目要有一定的挑戰(zhàn)性，應(yīng)給學(xué)生一定的壓力，需要學(xué)生綜合運(yùn)用各種知識和靈活的技巧來處理，但不能太復(fù)雜，要量力而行，畢竟大學(xué)一年級學(xué)生的專業(yè)知識和設(shè)計能力都有限。筆者于2015年在“工程圖學(xué)”教學(xué)引入了機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新大賽的設(shè)計題目——“紙硬幣進(jìn)料裝置”作為項目教學(xué)主題。在學(xué)生所學(xué)的現(xiàn)有知識基礎(chǔ)上，通過必要的知識擴(kuò)展，對該項目進(jìn)行分析，讓學(xué)生們有能力完成項目設(shè)計。將學(xué)生們分成5個小組，根據(jù)學(xué)生們提出了的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行討論，最終確定了一種設(shè)計方案參加比賽［2］，也讓學(xué)生們在項目實施和完善過程中享受成功的快感，如圖1所示。

1.4 啟發(fā)性原則

參與項目的學(xué)生，由于身體素質(zhì)方面、感知方面、智力發(fā)展方面以及其他各種能力方面的不同，必然存在個性差異。因此，項目教學(xué)沒有絕對正確的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下參與進(jìn)來，深入項目，體驗項目角色。教師要做的只是激勵創(chuàng)新、鼓勵求異，目的在于啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立自主地去思考、探索，啟發(fā)學(xué)生建立一套分析、解決問題的思維方式。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的知識，得出自己的結(jié)論，殊途同歸。

圖1 進(jìn)料裝置簡

此外，項目盡可能真實和便于操作，目標(biāo)明確，重點(diǎn)難點(diǎn)分散，項目最好來源于生活，具有客觀性和真實性，使學(xué)生看得見，摸得著，并符合學(xué)生特點(diǎn)，符合機(jī)機(jī)械創(chuàng)新大賽規(guī)則。

2 項目與教學(xué)的融入

2.1 項目的切入

在項目教學(xué)中，注重的不是最終的結(jié)果，而是完成項目的過程。這一過程從什么時候開始，并無根本的原則要求。但考慮學(xué)生完成項目的知識積累需要時日，項目切入宜早不宜晚。因此，筆者在講授課程概述時，提出參照全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽的要求，結(jié)合“工程圖學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提出“紙幣和硬幣的分類裝置”的項目。由于命題新穎，有一定的實用價值，很容易吸引學(xué)生注意力。并告知學(xué)生，機(jī)械創(chuàng)新大賽對工科學(xué)生的影響和作用，使學(xué)生意識到完成項目的過程實際是大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽的預(yù)演，更能激發(fā)學(xué)生的參與度和創(chuàng)作熱情。

2.2 項目分解

盡管任務(wù)明確，學(xué)生也有極大的參與熱情（至少開始階段如此），但根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的知識，他們并不知道應(yīng)解決哪些問題，從哪兒開始，如何著手。如果這些問題不解決，學(xué)生必然知難而退，無功而返。因此，將大項目分解為一系列學(xué)生力所能及的小項目，為他們“繪制”一個完成任務(wù)的“路線圖”是必需的。

如：功能→原理→機(jī)構(gòu)→造型→零件設(shè)計→材料及要求→如何裝配

2.3 教學(xué)同步

項目的“路線圖”已明確，需要哪些知識解決，這些知識如何獲得，都需要老師給予指導(dǎo)。例如，如何將紙幣和硬幣分開，這是學(xué)生首先要解決的問題。教師可及時引導(dǎo)學(xué)生從機(jī)械原理機(jī)構(gòu)部分尋求答案（不是系統(tǒng)學(xué)習(xí)，只是根據(jù)需要學(xué)習(xí)），并在介紹有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)時，適時推出運(yùn)動副的表示方法。

在學(xué)生初步掌握了機(jī)構(gòu)的知識后，適時組織討論，從而確定機(jī)構(gòu)。實際結(jié)果是學(xué)生提出很多不同的機(jī)構(gòu)。

在總體結(jié)構(gòu)討論時，學(xué)生的思路也是豐富多彩的。如有的學(xué)生提出振動的方式，有的學(xué)生提出風(fēng)吹的方法，還有的學(xué)生提出網(wǎng)狀滾動的方法，充分顯示了創(chuàng)新思維的活力四射。

其他課題的解決，基本與教學(xué)內(nèi)容同步即可，如表2 所示。例如講組合體時，引導(dǎo)學(xué)生完成構(gòu)件設(shè)計，學(xué)習(xí)表達(dá)方法時，指導(dǎo)學(xué)生各構(gòu)件的表達(dá)等。

學(xué)生根據(jù)機(jī)械原理知識，確定了機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。如何將機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖、圖線和符號轉(zhuǎn)化為實體零件，該內(nèi)容可在講授“組合體和零件圖”的內(nèi)容時完成構(gòu)型設(shè)計。零件設(shè)計完成后，將進(jìn)行裝配設(shè)計。因此，裝配圖及時登場。

在實際設(shè)計過程中，通常是先設(shè)計機(jī)械總裝配圖，再根據(jù)《機(jī)械制圖》國家標(biāo)準(zhǔn)，由裝配圖拆畫成若干個零件圖，經(jīng)過校對審核各零件之間是否發(fā)生干涉和零件圖拼裝，最后由零件圖組裝成裝配圖?？紤]學(xué)生的工程實踐經(jīng)驗和工程設(shè)計能力的現(xiàn)狀，將順序作了調(diào)整。在介紹如何拆畫零件圖時，給學(xué)生作特別說明。

2.4 自我完善

項目教學(xué)沒有固定模式，而是需要自己思考、創(chuàng)造，使得枯燥乏味的教學(xué)內(nèi)容變得生動活潑，而且項目教學(xué)的稍后階段，每位學(xué)員都要根據(jù)自己和他人的方案發(fā)表見解。通過這種經(jīng)驗的交流，可取長補(bǔ)短，提高人際交流能力，同時也起到一種激勵的效果。

表2 項目與教學(xué)內(nèi)容匹配

另外，所選項目中涉及的知識點(diǎn)比較多，僅靠“工程圖學(xué)”的知識不能滿足設(shè)計的要求，需要學(xué)生們學(xué)習(xí)一些課外知識，如電路控制、材料選用、技術(shù)要求、加工方法、虛擬設(shè)計等內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

“紙幣和硬幣的分類裝置”項目的最終設(shè)計方案如圖2所示［2］。

3 與創(chuàng)新大賽對接

“工程圖學(xué)”的項目教學(xué)基于機(jī)械創(chuàng)新大賽，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)創(chuàng)新潛能的目的。通過創(chuàng)新項目發(fā)明成果、專利技術(shù)、研究報告等實例，吸引學(xué)生踴躍參加課外科技活動。引導(dǎo)學(xué)生把握創(chuàng)新設(shè)計的過程和方法，了解機(jī)械創(chuàng)新理論、圖學(xué)知識在創(chuàng)造發(fā)明中的應(yīng)用。

“工程圖學(xué)”的項目教學(xué)所選項目小而全，難度不大，在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過努力，部分學(xué)生完成了項目設(shè)計。一個流程走完，學(xué)生對枯燥的零件設(shè)計、名目繁多的技術(shù)要求、不同零件的制造方法和裝配圖的表達(dá)方法等有了更深的認(rèn)識，為機(jī)械創(chuàng)新大賽打下了良好的基礎(chǔ)。

2015 年，全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽組委會頒布了第五屆機(jī)械創(chuàng)新大賽的主題和內(nèi)容，給學(xué)生帶來的機(jī)遇。曾經(jīng)在“錢幣的分類、清點(diǎn)、整理機(jī)械裝置”的項目教學(xué)中完成一個流程的三名學(xué)生，緊緊把握競賽主題：“服務(wù)社會——高效、便利、個性化”，在“錢幣的進(jìn)料裝置”和“紙硬幣的分揀裝置”的基礎(chǔ)上，通過延伸和擴(kuò)展各硬幣（1元、5角、1角）的分揀、硬幣包裝等功能，以“錢幣的分類及包裝系統(tǒng)的設(shè)計”為項目與大賽對接，參加2016年全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽，一舉奪得湖北省一等獎和全國二等獎，并取得了一項國家實用新型專利和一項國家發(fā)明專利。

4 意義與作用

項目教學(xué)的方法，是以圖學(xué)教學(xué)為基礎(chǔ)，培養(yǎng)工程實踐能力和創(chuàng)新能力為核心，項目為紐帶，機(jī)械創(chuàng)新大賽為結(jié)合點(diǎn)，將理論知識和實踐動手能力統(tǒng)一起來，培養(yǎng)一批學(xué)科尖子生，然后以他們?yōu)榘駱樱_(dá)到以點(diǎn)帶面的效果，從而提高學(xué)校整體教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合設(shè)計能力，實現(xiàn)教學(xué)相長。

4.1 提高了學(xué)生的綜合能力

項目教學(xué)為學(xué)生創(chuàng)造了一個空間、搭建了一個平臺，他們可自己去創(chuàng)造、設(shè)計未來，去做他們想做而且應(yīng)該做的事情。學(xué)生在項目實踐過程中，理解、把握和應(yīng)用課程要求的知識和技能，體驗創(chuàng)新的艱辛與樂趣；掌握了如何面對問題、分析問題和解決問題的方法；培養(yǎng)了學(xué)生搜集信息、分析和利用信息的能力；增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊意識和協(xié)作、合作能力。

圖2 紙幣與硬幣的分類裝置

4.2 構(gòu)建和實施了工程制圖的創(chuàng)新教育模式

傳統(tǒng)教學(xué)主要針對本課程的內(nèi)容開展教學(xué)，學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力疲軟。項目教學(xué)以機(jī)械創(chuàng)新為基礎(chǔ)，將工程知識滲透到圖學(xué)教學(xué)中，使學(xué)生能盡早了解工程概念，將創(chuàng)造性思維和技法應(yīng)用到圖學(xué)教學(xué)中，從基礎(chǔ)課角度展示創(chuàng)新設(shè)計的規(guī)律、探索了重構(gòu)課程體系的途徑。項目教學(xué)的開放性、啟發(fā)性的教育特征，能幫助學(xué)生構(gòu)建起以合理知識結(jié)構(gòu)為主要內(nèi)容的一種全新的教育模式。

4.3 拓展了圖學(xué)教學(xué)口徑

項目教學(xué)以項目為載體，突破傳統(tǒng)制圖的范疇，將理論教學(xué)向設(shè)計方向拓展。在國家標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)中，簡要介紹機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的表示法；在零件圖、裝配圖教學(xué)中，擴(kuò)展機(jī)械設(shè)計方法，強(qiáng)化零部件的設(shè)計內(nèi)容。通過項目分析，使學(xué)生了解機(jī)、電、液組合的運(yùn)動、控制和應(yīng)用，使學(xué)生學(xué)會如何運(yùn)用和學(xué)習(xí)新知識、新技能的方法。

創(chuàng)新作品相對完善，功能、原理、結(jié)構(gòu)、控制、材料、制造方法一應(yīng)俱全。在項目的驅(qū)動下，學(xué)生必須主動利用課外時間，通過學(xué)習(xí)和調(diào)研，完善相關(guān)知識。

4.4 挖掘了豐富的教學(xué)資源

兩年一屆的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽，產(chǎn)生了很多優(yōu)秀作品，這些作品來源于學(xué)生，根在學(xué)生，具有濃厚的生活氣息。同時，作品相對獨(dú)立，自成體系，將其與圖學(xué)教學(xué)相結(jié)合，是難得的培養(yǎng)學(xué)生工程知識學(xué)習(xí)和設(shè)計能力的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，稍加提煉，即能發(fā)揮意外作用，取之不盡，用之不竭。另外，由于學(xué)生一般無工程實踐經(jīng)歷，認(rèn)為設(shè)計是高不可攀的事，信心不足和熱情不高是教學(xué)中必須面對的問題。因此，我們的教育體制、課程設(shè)置、評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)更顯寬容，應(yīng)允許差異，激勵求異，教學(xué)中應(yīng)該力求解決心有余而力不足的困境，引導(dǎo)學(xué)員注重能力。

總之，項目教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，促使學(xué)生通過項目的實施來掌握教學(xué)內(nèi)容，是加強(qiáng)實踐教學(xué)的一種嘗試，有利于提高學(xué)生創(chuàng)新能力，動手能力，為學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽打下良好的基礎(chǔ)，為參與者創(chuàng)新之路起好步，開好頭。