陳 綿，邱 靖，沈明學(xué)

（華東交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南昌 330013）

工程圖樣是工程信息的載體，被稱為“工程界的技術(shù)語(yǔ)言”，工程制圖基礎(chǔ)課程是大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)非常重要的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，研究繪制和閱讀機(jī)械工程中常用的如零件圖和裝配圖等機(jī)械工程圖樣。高分子材料領(lǐng)域的塑料模具等工藝設(shè)計(jì)與制造均源于工程圖樣的設(shè)計(jì)。因此，作為高分子材料領(lǐng)域的研究設(shè)計(jì)人員，必須精通工程圖樣的設(shè)計(jì)。工程制圖基礎(chǔ)課程具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性、專業(yè)性，在后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)中起到了十分重要的承接作用。該課程的培養(yǎng)目標(biāo)[1]：①學(xué)生具有依據(jù)正投影法、斜投影法投影理論利用二維圖形表達(dá)三維形體的能力；②具有迅速且精確的空間想象力和形象思維能力；③具有較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)，具備徒手和借助工具繪圖的能力；④具備查詢和閱讀相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)并繪制與閱讀簡(jiǎn)單機(jī)械工程圖樣的基本能力；⑤培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度。作為高分子材料與工程專業(yè)學(xué)生必修的一門全校統(tǒng)考課程，工程制圖基礎(chǔ)課程打開(kāi)了大學(xué)生的專業(yè)課程之門，呈現(xiàn)在他們面前的應(yīng)該是豐富、有趣、有價(jià)值的工程世界。因此，本文就高分子材料與工程專業(yè)的工程制圖基礎(chǔ)課程教學(xué)改革模式進(jìn)行探討。

一 工程制圖教學(xué)現(xiàn)狀

工程制圖基礎(chǔ)作為高分子材料與工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程，該課程的學(xué)習(xí)特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐背景，需要較強(qiáng)的空間思維和邏輯思維能力。一般設(shè)立在大學(xué)一年級(jí)的第一學(xué)期學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)為48 個(gè)學(xué)時(shí)，其中理論課程40 學(xué)時(shí)，實(shí)踐課程8 學(xué)時(shí)，內(nèi)容量大，知識(shí)面涉及廣，因此在教學(xué)過(guò)程中通常存在學(xué)時(shí)不足等問(wèn)題。此外，受師資和場(chǎng)地等現(xiàn)實(shí)因素限制，工程制圖基礎(chǔ)課程一般為大班教學(xué)，教學(xué)過(guò)程中的教學(xué)互動(dòng)和學(xué)習(xí)指導(dǎo)難以普及每位學(xué)生。因此，對(duì)于老師而言，教學(xué)課時(shí)少與任務(wù)量大的矛盾較為突出，容易形成“走馬觀花”式教學(xué)。而對(duì)于大一新生來(lái)說(shuō)，高中與大學(xué)的思維跨度大，短期內(nèi)難以快速建立空間思維想象能力，因此容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，不愿意主動(dòng)學(xué)習(xí)制圖課程，學(xué)習(xí)困難，進(jìn)而對(duì)該課程的學(xué)習(xí)徹底失去興趣與信心[2]。此外，該課程內(nèi)容包含理論部分又包含實(shí)踐部分，注重理論與實(shí)踐的交叉融通，因此，在制圖能力的培養(yǎng)過(guò)程中平時(shí)課后布置的作業(yè)練習(xí)及訂正就顯得極為重要，但是目前教材中的習(xí)題冊(cè)作業(yè)枯燥且工作量大，學(xué)生普遍缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力，形成不愿學(xué)、不想學(xué)、被迫學(xué)的不良風(fēng)氣。通過(guò)檢查課后作業(yè)，發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生依賴于機(jī)械記憶完成課后作業(yè)，甚至抄襲現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，最終導(dǎo)致課程掛科率相對(duì)較高。而上述工程制圖的教學(xué)痛點(diǎn)也往往導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)和實(shí)際工作中無(wú)法熟悉地運(yùn)用制圖的相關(guān)理論知識(shí)去解決專業(yè)課或工作實(shí)踐中的實(shí)際問(wèn)題，導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)象頻發(fā)，對(duì)學(xué)生的畢業(yè)與工作實(shí)踐產(chǎn)生重大的負(fù)面影響。近年來(lái)，新工科教育理念倡導(dǎo)重點(diǎn)培養(yǎng)提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[3]，通過(guò)改革理論教學(xué)模式、增強(qiáng)實(shí)踐教育讓學(xué)生知道為什么學(xué)，學(xué)什么，有哪些用處，是學(xué)習(xí)本門課程的首要目的。

二 工程制圖基礎(chǔ)課程教學(xué)改革模式探索

（一）多元化綜合教學(xué)法

工程制圖基礎(chǔ)課程的知識(shí)體系以空間里的點(diǎn)、直線、平面的投影為起點(diǎn)，運(yùn)用投影的基本知識(shí)表達(dá)幾何元素的空間位置關(guān)系，這部分內(nèi)容也是工程制圖基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)之一。在講解平面幾何元素投影的章節(jié)過(guò)程中，教師需要高度概括一般位置直線/平面的特征以方便學(xué)生理解和記憶，逐步培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生的空間想象和空間邏輯分析能力。例如，在講解平面的投影特征時(shí)，采用“一般位置平面——三個(gè)類似形；垂直面——一斜線兩類似形；平行面——兩平行線一實(shí)形”分點(diǎn)概括等方式高度總結(jié)，降低學(xué)習(xí)難度，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)自信心。學(xué)生從簡(jiǎn)單的點(diǎn)、線、面的投影逐漸向復(fù)雜的平面/曲面立體、組合體投影知識(shí)學(xué)習(xí)，只有對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類梳理和強(qiáng)化訓(xùn)練才能將投影和立體結(jié)構(gòu)知識(shí)融會(huì)貫通。對(duì)于高分子材料與工程專業(yè)的大一新生而言，他們?nèi)狈?duì)高分子材料領(lǐng)域關(guān)于橡膠、塑料、高分子基復(fù)合材料及應(yīng)用背景的基本認(rèn)知，因此往往難以理解相關(guān)的復(fù)雜模具及各類功能零件的設(shè)計(jì)及構(gòu)型。鑒于此，教師可以借助UG、SolidWorks 等三維建模軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，在教學(xué)課堂中現(xiàn)場(chǎng)采用軟件演示各種類型的復(fù)雜立體繪制過(guò)程、生成模型，生動(dòng)形象地展示各類剖切面或復(fù)雜平面/曲面，以幫助學(xué)生加深對(duì)復(fù)雜立體構(gòu)型的理解，掌握正投影法等相關(guān)知識(shí)，建立點(diǎn)、線、面投影“長(zhǎng)對(duì)正、高平齊、寬相等”知識(shí)體系，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的立體空間思維能力[4]。

在課堂理論教學(xué)過(guò)程中，特點(diǎn)案例的融入與講解非常有助于鍛煉學(xué)生的圖形觀察能力、空間思維能力、形體表達(dá)能力。如圖1 所示，通過(guò)在課堂上展示該組合立體的主視圖與俯視圖，讓學(xué)生們思考并補(bǔ)充其左視圖。部分學(xué)生容易自發(fā)地將慣性思維帶入思考過(guò)程中，因此容易把俯視圖中的截交線遺落，粗略地將該組合立體圖形判斷為圓柱與圓錐的疊加體，從而得出圖1（a）中錯(cuò)誤的左視圖。實(shí)際上，該案例重點(diǎn)考查了學(xué)生的圖形觀察能力、空間思維能力及形體表達(dá)能力。首先，通過(guò)提示俯視圖中截交線，學(xué)生能夠迅速地想象出圖形頂部應(yīng)為2個(gè)正垂面與圓柱的截切體，截交線為橢圓的一部分，從而可以完整地想象出該組合立體的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而繪制出圖1（b）中正確的左視圖。通過(guò)特點(diǎn)案例的講解引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)思考與討論交流，將能夠極大程度地激發(fā)學(xué)生們的思維碰撞，對(duì)提高學(xué)生的空間想象能力和學(xué)習(xí)興趣具有顯著的促進(jìn)作用。

圖1 圓柱與截切圓柱疊加體教學(xué)案例

（二）工程制圖基礎(chǔ)課程與工程實(shí)踐相結(jié)合

目前，許多學(xué)校的工程制圖基礎(chǔ)課程與工程實(shí)踐類課程的開(kāi)設(shè)時(shí)間不同步，因此容易引發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)理論課程過(guò)程中對(duì)制圖與實(shí)踐脫節(jié)。鑒于此，建議修訂培養(yǎng)方案，將工程制圖基礎(chǔ)理論課程與實(shí)踐類課程于同一個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè)。在理論教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)充分借助多媒體技術(shù)講解工程繪圖的基本規(guī)范及相關(guān)國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范課，提高學(xué)生初步的工程制圖基礎(chǔ)認(rèn)知能力。在此期間，應(yīng)同步開(kāi)設(shè)金工實(shí)習(xí)或機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐類課程，利用理論指導(dǎo)實(shí)踐，在實(shí)踐中強(qiáng)化理論，使學(xué)生對(duì)工程制圖有更為深刻的思考，逐步形成工程設(shè)計(jì)思維。工程制圖基礎(chǔ)課程可通過(guò)PPT、視頻及三維軟件繪圖來(lái)講解制圖的基本規(guī)范與基本立體結(jié)構(gòu)，隨后應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入工程實(shí)訓(xùn)中心，體驗(yàn)課堂理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用之間的差異。待學(xué)生的理論與實(shí)踐動(dòng)手能力顯著提升后，可讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)零部件圖紙，并嘗試按照設(shè)計(jì)的零部件圖紙加工出零部件。工程實(shí)踐類課程以車、銑、刨、磨和鉆等加工類工種為主，學(xué)習(xí)這些加工技能將極大地幫助學(xué)生加深對(duì)材料切削加工制造等知識(shí)的理解，進(jìn)一步理解零件圖和裝配圖章節(jié)中相關(guān)知識(shí)，如表面結(jié)構(gòu)、極限與配合、幾何公差、熱處理及表面處理和裝配工藝結(jié)構(gòu)的表達(dá)等。教師在開(kāi)展工程制圖教學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)以生活實(shí)際中的工程制圖難題為切入點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)樂(lè)趣，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)思考問(wèn)題，形成良好的思維習(xí)慣。帶著問(wèn)題找方法，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以問(wèn)促學(xué)，以學(xué)促思，錘煉學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的本領(lǐng)。例如，在講解組合體視圖中圓弧面過(guò)渡產(chǎn)生相貫線時(shí)，通過(guò)引入仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料應(yīng)力集中等概念，一方面激發(fā)學(xué)生的好奇心與學(xué)習(xí)動(dòng)力，另一方面也可融入學(xué)生后續(xù)所需學(xué)習(xí)的其他專業(yè)課程，如材料力學(xué)課程的知識(shí)點(diǎn)，提高課堂理論教學(xué)的趣味性和創(chuàng)新性，進(jìn)而提高課堂教學(xué)的質(zhì)量與效果。

此外，教師還可以通過(guò)深入企業(yè)調(diào)查研究，將教師與企業(yè)合作中的相關(guān)案例形成教學(xué)案例，融入課堂教學(xué)當(dāng)中，既能夠豐富課堂理論知識(shí)，推動(dòng)教育、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式更新升級(jí)，又可以突破固有模式的禁錮，拓展學(xué)生現(xiàn)代化視野，加快與國(guó)內(nèi)、國(guó)外先進(jìn)教學(xué)模式接軌[5]。部分高校教師在工程制圖教學(xué)過(guò)程中幾乎都是沿用前人的教學(xué)案例，大多已落后時(shí)代的需求。由于課程內(nèi)容老舊，學(xué)生缺乏對(duì)課程新興事物的追求和期待，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降。因此，教師需大膽嘗試，推陳出新，將一些自己與企業(yè)合作的課題中的經(jīng)典案例、特色案例帶入課堂進(jìn)行教學(xué)。教師通過(guò)與企業(yè)開(kāi)展項(xiàng)目科學(xué)研究，將已主持完成的課題制作成教學(xué)案例在課堂上進(jìn)行講解。如圖2 所示，以企業(yè)橫向項(xiàng)目“一種新型工程機(jī)械用液壓油管MC 尼龍跟管輪研制”為例，傳統(tǒng)液壓油管跟管輪用鋼重量大且易腐蝕磨損，MC 尼龍是一種新型的工程塑料，具有重量輕、強(qiáng)度高、自潤(rùn)滑、耐磨、防腐和絕緣等多種獨(dú)特性能，近年來(lái)在工程機(jī)械中逐步被廣泛使用，達(dá)到“以塑代鋼、性能卓越”的效果。通過(guò)在課堂中講解新型MC 尼龍制品的優(yōu)越性并結(jié)合企業(yè)橫向課題介紹新型MC 尼龍跟管輪工程圖樣的設(shè)計(jì)與研發(fā)過(guò)程，逐步推動(dòng)形成“項(xiàng)目研究—教研融合—教研創(chuàng)新”逐層遞進(jìn)的良性循環(huán)教學(xué)模式。工程制圖理論聯(lián)系實(shí)踐的教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從“要我學(xué)”的被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)”的主動(dòng)學(xué)習(xí)模式，同時(shí)該教學(xué)革新模式為學(xué)生打下牢固的制圖基礎(chǔ)，為學(xué)生后續(xù)了解和掌握專業(yè)課程知識(shí)，如塑料模具設(shè)計(jì)、橡膠加工工藝學(xué)、高分子成型加工理論等開(kāi)啟專業(yè)之門。教師通過(guò)梳理尺寸與幾何公差、表面粗糙度、連接裝配關(guān)系等在工程圖樣中的表達(dá)能夠建立各知識(shí)模塊的緊密聯(lián)系，將工程制圖基礎(chǔ)教學(xué)和后續(xù)的各專業(yè)課程進(jìn)行有機(jī)銜接，推動(dòng)教學(xué)成果與質(zhì)量穩(wěn)步提高。

圖2 一種新型工程機(jī)械用液壓油管MC 尼龍跟管輪教學(xué)案例

（三）引導(dǎo)學(xué)生積極參與學(xué)科競(jìng)賽

“高教杯”全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽是由教育部高等學(xué)校工程圖學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、中國(guó)圖學(xué)學(xué)會(huì)制圖技術(shù)專業(yè)委員會(huì)和中國(guó)圖學(xué)學(xué)會(huì)產(chǎn)品信息建模專業(yè)委員會(huì)聯(lián)合主辦的圖學(xué)類課程的國(guó)家級(jí)賽事。主要圍繞尺規(guī)繪圖、產(chǎn)品信息建模、數(shù)字化虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)和3D 打印等項(xiàng)目進(jìn)行命題競(jìng)賽。學(xué)科競(jìng)賽緊跟學(xué)科與社會(huì)的最新發(fā)展動(dòng)向，是新工科背景下培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的重要途徑之一[6]。通過(guò)在課堂上進(jìn)行學(xué)科競(jìng)賽宣講并進(jìn)行參賽動(dòng)員，將能夠積極調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，將學(xué)科競(jìng)賽例題融入組合體章節(jié)課堂教學(xué)，詳細(xì)分析學(xué)科競(jìng)賽中的實(shí)際工程模型，逐步引導(dǎo)學(xué)生提升自主創(chuàng)新能力。如圖3 所示，雙基競(jìng)賽真題中的雙聯(lián)軸承座零部件的三視圖補(bǔ)充，通過(guò)運(yùn)用課堂所學(xué)投影基礎(chǔ)知識(shí)，部分學(xué)生能夠迅速得出圖3（b）的立體結(jié)構(gòu)，但此時(shí)應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生注意俯視圖中存在的虛線，從而得出圖3（c）和圖3（d）的立體結(jié)構(gòu)。引入競(jìng)賽案例可以進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的空間思維能力與變通設(shè)計(jì)能力，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的想象力、鑒別力、創(chuàng)造力、設(shè)計(jì)能力和思維能力，促進(jìn)了工程制圖知識(shí)的學(xué)習(xí)和繪圖技能的提升。

圖3 雙聯(lián)軸承座零部件三視圖教學(xué)案例

在教育教學(xué)改革過(guò)程中，將工程制圖理論教學(xué)與學(xué)科競(jìng)賽有機(jī)結(jié)合起來(lái)，以賽促教，以賽促學(xué)，以賽促改，能夠全面提高學(xué)生的制圖能力。參加制圖競(jìng)賽既是一次系統(tǒng)的理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)過(guò)程，也是一次檢驗(yàn)教師課堂教學(xué)水平和學(xué)生學(xué)習(xí)水平的考試。比賽結(jié)束后，教師應(yīng)與學(xué)生一起認(rèn)真詳細(xì)地總結(jié)與反思，總結(jié)競(jìng)賽對(duì)學(xué)習(xí)和提高制圖能力的促進(jìn)作用，通過(guò)總結(jié)競(jìng)賽中的失誤反思學(xué)生學(xué)習(xí)和老師教學(xué)過(guò)程的不足之處，培養(yǎng)學(xué)生形成樂(lè)學(xué)好學(xué)、認(rèn)真細(xì)致的學(xué)習(xí)和工作作風(fēng)，提升教師教學(xué)水平，對(duì)教師隊(duì)伍的建設(shè)也可起到有力的推動(dòng)作用。

三 結(jié)束語(yǔ)

工程制圖基礎(chǔ)作為大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，對(duì)后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)起到承上啟下的重要作用。然而，目前的工程制圖基礎(chǔ)課程教學(xué)普遍存在課堂教學(xué)效果不佳、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高等教學(xué)痛點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生難以理解和掌握工程制圖基礎(chǔ)知識(shí)。為此，本文提出在工程制圖理論教學(xué)過(guò)程中通過(guò)梳理工程制圖基礎(chǔ)課程知識(shí)點(diǎn)并進(jìn)行合理編排、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)與特色案例講解教學(xué)著重鍛煉學(xué)生的圖形觀察能力、空間思維能力和形體表達(dá)能力；同時(shí)將工程制圖基礎(chǔ)課程與工程實(shí)踐類課程相結(jié)合，突出工程實(shí)踐過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)“制圖”與“工程”內(nèi)在聯(lián)系的理解，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)思維；此外，通過(guò)積極引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，全面提高學(xué)生的制圖能力，輔助學(xué)生解決復(fù)雜的高分子材料模型設(shè)計(jì)等相關(guān)問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)高分子材料與工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。