張克棟 劉亞運 劉同舜 郭旭紅

摘 要：《機械制圖》作為一門既有理論，又有實踐的重要技術基礎課程，其主要目的是通過正投影法的基本理論及其應用，培養(yǎng)學生繪圖、看圖和空間想象的能力。為了適應減少學時、增多內(nèi)容的教學安排趨勢，加強培養(yǎng)學生的機械創(chuàng)新設計能力，本文創(chuàng)新性地提出面向《機械制圖》的逆向教學體系，并從四個方面進行深入研究。在現(xiàn)有基礎上不斷實踐和完善機械制圖課程教學體系，探索出一種面向制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的機械制圖課程的教學體系和模式。

關鍵詞：逆向教學；機械制圖；思維導向

中圖分類號：G64 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-9132（2023）13-0003-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2023.13.001

2015年5月，國務院印發(fā)了《中國制造2025》，指出了要把創(chuàng)新擺在制造業(yè)發(fā)展全局的核心位置。中國科學院院士路甬祥指出：“創(chuàng)新設計”是實施“中國制造2025”、建設制造強國、實現(xiàn)中國創(chuàng)造的重要創(chuàng)新支撐，對實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動、向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變意義重大。在新時代、新環(huán)境下如何培養(yǎng)滿足國家工業(yè)化建設和“互聯(lián)網(wǎng)+”需求的機械創(chuàng)新設計人才，是高等學校面臨的主要問題。

作為一門量大、面廣的工科技術基礎課程，《機械制圖》是面向工科類、理科類、醫(yī)學類等多學科的必修課程，對于培養(yǎng)滿足國家工業(yè)化建設需求的本科生人才發(fā)揮著不可替代的作用［1］。近十幾年來，全國相關領域教育者經(jīng)過不斷探索和實踐，從《機械制圖》課程的教學內(nèi)容、教學方法、教學手段等方面進行了系統(tǒng)改革，初步摸索出了符合我國新時代、新背景的《機械制圖》課程改革途徑。目前國內(nèi)部分院校著手培養(yǎng)學生的三維制圖能力，在教學實踐中大量加入了三維建模軟件，并與三維建模相關課程相輔相成，獲得了較顯著的教學效果，初步形成了以下三種主要模式：以三維造型整合課程內(nèi)容體系、三維造型與二維繪圖并重、在保持《機械制圖》原有內(nèi)容的基礎上單獨講授三維造型軟件［2-4］。但是30年來機械制圖教學體系的基本框架和模式?jīng)]有太大的變化，從畫法幾何的點、線、面開始到三視圖、組合體、零件圖和裝配圖，這種體系是以平面設計工具為基礎的。而隨著社會發(fā)展，三維設計軟件普及，社會的需求也發(fā)生了很大的變化，從三維開始設計和研究已經(jīng)成為潮流，甚至從裝配開始設計的top-down方法也開始應用［5-6］，因此亟待探索面向《機械制圖》的逆向教學體系和理念。

一、新工科背景下《機械制圖》課程面臨的主要問題

新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)革命正在驅(qū)動形成與發(fā)展新經(jīng)濟，新經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)形態(tài)的多樣性決定了工程教育培養(yǎng)模式的多樣性。新形勢下機械創(chuàng)新設計的驅(qū)動力為綠色發(fā)展、智能制造、互聯(lián)網(wǎng)+等外在因素，并反向拉動機械創(chuàng)新設計，這種轉(zhuǎn)變對大學生機械創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)體系提出了新的要求。當前的培養(yǎng)體系存在以下問題：（1）建設制造強國對人才素質(zhì)、創(chuàng)新意識、團隊精神和實踐能力的多樣化需求以及學生不同的個體能力和發(fā)展意愿都對機械工程專業(yè)建設和人才模式提出了新的要求；（2）機械工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式普遍單一，學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力不強。當前大多數(shù)高校普及的《機械制圖》教學方法都把教師作為課程的中心，即以教師的課堂講授為重點，強調(diào)給學生灌輸相關知識，教師是給予者，而只賦予學生被動接受知識的角色，并未給他們提供足夠的思考空間和機會。顯然目前的《機械制圖》課程存在教學方式單一的缺點，過于凸顯教師的作用，只把課后作業(yè)作為學生實踐動手的機會，最終導致教學效率低，很多學生因此失去學習《機械制圖》的興趣。

目前大多數(shù)《機械制圖》教材內(nèi)容都是按照點、直線、平面、立體的順序編排的，在介紹完點、線、面的投影特性和相互位置之后，才是關于基本體、組合體的投影特性和視圖表達方法的相關內(nèi)容。目前的教材編排忽視了《機械制圖》的專業(yè)基礎課程屬性，并未將其與實際應用結合起來。對于學生而言，“點—線—面—形體”的教學模式也許并不意味著由易到難，而是由“抽象”到“具體”，導致他們從一開始就失去了學習的好奇心和興趣。

眾所周知，要想準確認識一件事情，需要經(jīng)過“具體—抽象”再由“抽象—具體”的漸進和飛躍兩個階段。所以教師編排和講授《機械制圖》教材需要首先從較易理解的基本體入手，然后再由形體上一些特殊的點和線進入比較抽象的部分。當學生對三維形體產(chǎn)生了感性認識，自然可以將較抽象的點、線、面的投影特性聯(lián)想對應到三維形體的相關部位。這樣經(jīng)過由立體到平面反復轉(zhuǎn)換的立體感知過程，可以不斷提高學生的立體思維，學習過程會變得簡單、容易。

二、《機械制圖》課程逆向教學改革探索與思考

教師要從整體上創(chuàng)新教學體系，改變機械制圖以往的教學體系和方式，研究并形成一套全新的從三維到二維、先實踐后理論、先裝配后零件的教學體系。這一體系會改變以往從畫法幾何的點、線、面開始到三視圖、組合體、零件圖和裝配圖，以平面設計工具為基礎的教學體系，而采用與時俱進、更貼近應用的教學體系，對機械制圖的教學實踐具有極大的促進意義。通過分析《機械制圖》課程教學，筆者結合自己教授制圖課程的心得和體會提出了逆向教學理念（如圖1所示）。

圖1 面向《機械制圖》的逆向教學體系模型

（一）改革教學體系

從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變是我國的發(fā)展戰(zhàn)略。新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命正在驅(qū)動形成與發(fā)展新經(jīng)濟，新經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)形態(tài)的多樣性決定了《機械制圖》教學體系的革命性改革。因此，《機械制圖》教學內(nèi)容要緊緊圍繞新時代、新背景下機械工程專業(yè)人才的培養(yǎng)目標，根據(jù)學生將來畢業(yè)后面向生產(chǎn)一線的特點重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力，以“必需”“夠用”為基本原則，適時融合新技術、新工藝和新方法，更新《機械制圖》課程教學內(nèi)容，將培養(yǎng)讀圖和繪圖能力放在首要位置，從三維圖入手建立立體概念。

打破傳統(tǒng)的“二維”到“三維”的教學模式，以培養(yǎng)繪圖和讀圖能力為導向，打造“三維”到“二維”的教學模式。適時在學習過程中融入二維/三維繪圖軟件，在保證徒手繪圖能力的基礎上加強學習繪圖軟件技能，既可以培養(yǎng)學生的繪圖及讀圖能力，同時又能提高學生應用三維軟件繪圖的水平，最終培養(yǎng)出具有強動手能力和創(chuàng)新能力的機械工程人才。

（二）重組課堂教學與實踐教學

根據(jù)國家科學和技術發(fā)展戰(zhàn)略對培養(yǎng)機械人才的新要求、工程教育發(fā)展的新趨勢、機械智能裝備飛速發(fā)展以及大學專業(yè)建設的新特征，實踐教學依然是培養(yǎng)人才的薄弱環(huán)節(jié)。綜合型、設計型、創(chuàng)新型實驗不足，企業(yè)現(xiàn)場實踐教學不夠深入，都是目前《機械制圖》課程教學普遍存在的問題。因此，針對《機械制圖》傳統(tǒng)教學重“學”輕“術”的現(xiàn)象，教師要構建先實踐再理論的教學思維，整合優(yōu)化教學內(nèi)容，修訂課程教學質(zhì)量標準，注重引入機械工程技術案例。在此基礎上增加實踐教學的時數(shù)，突出培養(yǎng)學生空間想象能力的目的，使學生易于理解零件圖、裝配圖部分，從而提高閱讀和繪制零件圖及裝配圖的能力。

為了解決機械工程的實際問題，要堅持遞進式培養(yǎng)繪圖“基本技能訓練→實踐能力訓練→綜合能力訓練”的主線，著力加大集中性實踐教學環(huán)節(jié)的學分比重，合理重組課堂教學與實踐教學。增加校內(nèi)實踐學時，在企業(yè)中開展畢業(yè)實習、畢業(yè)設計，由校企雙導師聯(lián)合指導、因材施教。以能力培養(yǎng)為導向，共享學科、專業(yè)資源，校企協(xié)同打造“專業(yè)基礎實踐能力培養(yǎng)→專業(yè)綜合實踐與科研能力訓練→創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識培養(yǎng)和能力拓展”多層次、模塊化、可重構的《機械制圖》課程實驗教學平臺。另外，鑒于學生缺乏主動參與《機械制圖》傳統(tǒng)教學的熱情，要建立小班制授課、教師講授與學生討論并重、專題研討、自主學習、啟發(fā)交互、翻轉(zhuǎn)課堂等多維互動的創(chuàng)新教學模式。

（三）從裝配圖向零件圖過渡

在設計機械部件的過程中通常需要先按照設計思路或要求畫出裝配圖來表達機器或部件的整體結構形狀、工作原理、傳動路線和零件之間的裝配關系，并通過裝配圖表達各零件的作用、結構，以便拆畫零件圖。因此，裝配圖是反映設計思想、指導裝配和進行技術交流的重要技術文件。根據(jù)機械創(chuàng)新設計專業(yè)知識的分類特性和功能作用增加裝配圖部分的教學時數(shù)，可以提高學生的工程意識，幫助他們更好地理解零件圖。先裝配后零件的新教學方法可以促使教學與現(xiàn)代先進的top-down設計方法保持一致，強化培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維能力。

另外，在《機械制圖》課堂教學中適當融入具體的零部件設計任務，可以更好地將先裝配后零件的教學方法引入課堂。例如，在教學過程中教師可以充分結合機械工程學生的機械創(chuàng)新設計能力發(fā)展需求，首先發(fā)表典型機械結構零部件的設計任務目標。圍繞設計目標，基于不同特長和性格的學生互相搭配的原則，將學生分成若干實踐小組并投入任務式教學，在首先利用裝配圖表達設計思想的基礎上，再講解介紹相關零件圖，以此激發(fā)學生學習《機械制圖》課程的興趣，并有效提升學生的實踐動手能力。

（四）采用線上線下混合式課堂教學模式

根據(jù)國家科學和技術發(fā)展戰(zhàn)略對培養(yǎng)機械工程人才的新要求、工程教育發(fā)展的新趨勢，《機械制圖》課堂教學要注重充分發(fā)揮信息技術的關鍵效能與核心作用，構建線上線下混合式課堂教學模式。目前三維建模軟件在《機械制圖》中得到了廣泛應用，也對學生線上親自動手操作繪圖軟件的能力要求越來越高。因此，需要通過精準運用線上線下教學模式，滿足學生發(fā)展電腦繪圖能力的需求，同時更好地提高教師實踐教學效果。另外，線上線下混合式課堂教學模式可以更好地利用線上課堂拓展課程資源，滿足學生差異化的發(fā)展需求，可以積極引導學生自主學習。依托線上線下混合式課堂教學平臺，可以更加高效地培養(yǎng)學生貫穿產(chǎn)品設計、分析、制造、管理、服務等全生命周期各環(huán)節(jié)的創(chuàng)新實踐能力。除了《機械制圖》課堂教學之外，教師也要依托該教學平臺結合科研項目設立科研訓練課題、畢業(yè)設計課題，支持學生參與科研活動，鼓勵學生早進課題、實驗室和團隊，培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)造能力、創(chuàng)新精神與創(chuàng)新思維，提高專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

經(jīng)過這四個方面的教學改革，學生在后續(xù)課程中會更容易應用所學知識，而且畢業(yè)之后可以縮短適應期，更快具備獨立工作的能力。另外，還能進一步提升學生解決復雜機械工程問題的能力。相關工程企業(yè)用人單位也會高度認可畢業(yè)生的能力。

三、結語

在新時代、新環(huán)境下如何培養(yǎng)滿足國家工業(yè)化建設和“互聯(lián)網(wǎng)+”需求的機械制圖設計人才，是《機械制圖》課程教學面臨的主要問題。因此，針對本科生機械制圖教學中廣泛存在的問題，為了適應減少學時、增多內(nèi)容的教學安排趨勢，加強培養(yǎng)學生的應用能力，本文創(chuàng)新性地提出并從以下四個方面深入研究逆向教學體系：從三維到二維，應用三維設計軟件的實體造型功能，從三維模型入手再建立三視圖和各種視圖，形成工程圖的概念；先實踐后理論，選擇和制作一至兩套含多個零件的裝配組件，使之與教材和課件中的示例匹配；先裝配后零件，配合裝配件實物模型、三維裝配圖模型介紹零件圖及其工程圖要素，在教材和課件中穿插這些內(nèi)容；建構線上線下混合式課堂教學模式。

本文旨在探索機械制圖課程教學新體系，培養(yǎng)適應現(xiàn)代機械制圖需要的師資隊伍，建設機械制圖教學資源，引導和促進學生在新教學體系下學習機械制圖的主動性與積極性，培養(yǎng)學生工程圖學方面的實用能力、工程意識和實踐動手能力。本文研究思路可以用于各個專業(yè)的機械制圖課程教學，將先進的教學體系和經(jīng)驗推廣到其他同類課程，并在國內(nèi)高校中起著好的輻射與示范作用，具有很大的推廣價值。

參考文獻：

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