新形势下《工程图学》课程研究性教学改革及方案探索

卢敏 南京航空航天大学机电学院 210016

新形势下《工程图学》课程研究性教学改革及方案探索

卢敏 南京航空航天大学机电学院 210016

分析了国外实施研究性教学的先进模式，结合我国图学教育的现实状况，提出了适合我国国情的图学改革方向与建议。主要从课堂教学、实践环节以及教学工具和教材建设等方面提出改革意见，主要目标是培养学生的研究性学习方式和创新意识。

工程图学；教学改革；研究性教学；创新

为了适应时代的发展，我国的“十一五”规划纲要对建设创新型国家和人力资本强国作出了全面的规划和部署。国家的经济建设和国际化交流，也越来越体现出对高层次、创新型的人才的旺盛需求。高等院校作为人才的培养基地，必须走在时代的前列，担负起培养新型人才的历史重任。继承传统人才培养模式的优点，积极借鉴和发展国外先进的教学理念和成功经验，根据自身的特点，探索适合我国国情的大学创新型人才培养改革。而在本科阶段实施研究性教学是一个国际化的趋势，从90年代开始，各国在这方面已取得一些值得借鉴的范例。

一、国外实施研究性教学的成功经验及分析

以美国加州大学圣迭哥分校为例[1]，其成立于1960年，经过近50年的发展，已成为知名的一流大学。其工程图学相关课程有3门，分别是《工程图学和设计入门》、《计算机辅助设计和分析》和《计算机图形学》。其中《工程图学和设计入门》和国内的工程制图比较接近，也有一定的区别。在课堂教学部分，每周4学时，主要内容有：①制图的基本原理，包括第三分角投影三视图、轴测图、剖视图、尺寸和形位公差、零件图和装配图；②计算机辅助设计软件教学，主要AutoCAD二维绘图和Inventor三维建模及动画制作；③机械设计的基本知识，主要有紧固件、轴承、齿轮和带传动的设计。另外，教学中贯穿着素质教育，如诚信教育、团队合作意识、口头表达技巧等内容。可见，其与国内的教学存在相似的地方，但也有值得关注的差别。实践教学部分，与课堂教学紧密结合。要求学生每周参加至少3次的实践活动，课程有专门的实验工场和计算机房。实验工场内有多种常见的机床，如钻床、金属折弯机和焊接设备等。计算机房有30余台计算机和打印设备。课程中要求完成2个左右的实验项目，每4人一组，合作完成指定的机械时钟设计并加工成型，完成后各组进行演示和比赛，选出优胜团队，成绩计入总分。

在日本的冈山大学[2]，基本机械制图课安排在第3学期，共60学分。其中讲课占8～10学时，其余为任课教师和辅导老师指导学生绘图练习。讲课内容与我国相似，但近几年删掉了画法几何部分。在第4学期开设计算机绘图（CAD）课程，为选修课，共30学时，全部在机房上课，主要讲授AutoCAD软件的基本操作，绘制工程图等。在第6学期开设机械设计与制图课，共60学时，最后给出实例，要求学生提交设计书和图纸，设计书成绩占30%，图纸占40%，答辩占30%。但在大一阶段，学生须参加一年的生产实习，第一学期主要学习零件的各种加工方法，类似于国内的金工实习；第二学期要求动手制作一些实例如陀螺仪等，并进行评比。

英国高校[3]开设的“工程制图”课程的主要任务是培养具有绘制和阅读工程图样的基本能力的专业工程技术人才。在教材中大量删减了理论性的内容，同时加强了工程实用性内容。不仅完全删除了画法几何部分，还将平面立体、曲面立体及截交、相关部分大大削减，直接从基本体入手，到复杂的组合体，将点、线和面得投影规律融合在形体的投影之中。另外非常重视徒手绘图的能力，特别是轴测图部分的徒手绘图能力，认为这是现代工程设计人员快速表达设计意图的手段，可以记录瞬间的创意构思和灵感，这是仪器绘图和计算机绘图所不能取代的。在教学方法上，在教授专业知识的过程中，注重培养学生的专业素质和能力。教学方法具有很大的灵活性，充分运用启发式、讨论式、提问式和自学式等手段，变“学会”为“会学”，教师只是以明确的主题、精炼的内容和清晰的思路引导学生积极思维。其中，教育部门明确要求采用课堂分组讨论的教学方法，提出一问题后，由学生自己收集资料找答案，并写出结果报告，小组讨论选出优秀者。

从以上国外进行研究性教学的过程与内容上可以看出，其核心理念是“以学生为中心”，目的是在教与学的过程中培养学生的研究力和创新力，以及团队合作能力。为了实现这一目标，各国所采用的教学模式虽存在差异，但都具有以下的共同点：⑴ 实现教学与科研的结合；⑵ 教师的角色转变为引导为主，创造条件使学生有机会参与研究工作，且学生的学习主动性得到增强；⑶ 教学模式多样化，教学的流程经过精心的设计；⑷ 注重理论学习与社会实践的结合；⑸考核的方式实现阶段化和多样化。

但是，研究性教学在实施的过程中也存在着一些难点：（1）典型案例和问题难以设计。在现实背景下，案例的难度要适中，要有利于知识的学习和积累。同时，教师要有实际工作的背景，高质量的案例是教师长期实际工作和科研积累的体现。（2）教师和学生花费的时间增加，工作难以量化。教师在筛选和撰写案例时，要花费很多的时间，作业的答案是开放的、个性化的，教师在评价时也要花费更多的时间。对于学生，也要花费很多的课外时间收集资料，寻找答案，甚至动手制作一些实物，如果同时选修多门这样的课程，势必造成沉重的负担。（3）不利于知识的系统学习。这类课程的学习是基于问题(案例) 的解决，因此，学生会将主要精力集中在解决问题的知识部分，忽视联系不紧密的知识点，从而使知识的学习缺乏系统性。

二、传统大学教学手段的特点与精华

我国的教学模式和教材基本上来源于50年代引进的苏联那一套结构体系，注重课程的理论性和完整性，忽略了实践性和创新性。具体表现为：（1）教学目标大多以大纲规定的内容为要求；（2）以课堂讲授为主要方式，辅以讨论课和课堂练习；（3）教学内容大多来源于统一的教材，其更新的速度较慢；（4）最后的评价以考试为主，辅以平时作业等。但这种传统的教学方法中也有一些精华的东西需要认真的保留与继承。

首先，传统的课堂讲授的最大优点是能使大多数学生迅速、大量的掌握知识，避免认识过程中许多不必要的结果，让学生去重复发现与研究比如一些公理性的概念，是没有必要的。在当前高校扩招、教师缺编的情况下，教学的效率显得尤为重要；其次，传统教学中教师一般比较重视理论基础的分析与比较，使学生能深刻理解基本原理，这非常有利于后续的实践与创新。

三、国外研究性教学在《工程图学》课程改革中的应用探索

从以上的论述可以得出，批判吸收国外的先进教学经验，继承传统教学方法中的精华，并从我国的国情和实际情况出发，是对《工程图学》课程实施研究性教学的课程改革与探索的基本出发点。

From Table 1,it can be seen that there are many hedges and interjections in FC,such as“like”,“just”,“oh”,“yeah”,“uh”,“um”.What’s more,the frequency of these words are very high.

《工程图学》是一门专业技术基础课程，画法几何是其主要的理论基础，机械制图是其应用，设计绘制的图样须接受生产实践的检验。结合本课程自身的特点，提出如下课程改革意见：

(1)课堂讲授基本理论是建立研究性思维的基础与起点

目前，《工程图学》作为基础课程，面向大部分工科学生授课。因此，课堂讲授仍然是学生快速全面获取知识的重要途径，它为学生奠定了创新研究不可缺少的知识基础。但讲授理论的方式和内容应作出调整，使课堂教学不仅是学习基本知识的过程，更重要的是引导学生进行科学研究，训练研究思路与方法的过程。

首先，改革讲授的内容。长期以来，特别强调画法几何的重要性，占用了大量的教学时间，但实践证明，抽象的画法几何理论中，有些内容没有太大的实用价值[4]，大多数制图任务并不需要太深的画法几何知识。这样在教学中就没有必要追求理论的深度和广度，而是应该强调工程实用性。因此，可以对画法几何部分作选择性地删减，比如删除直线与平面求交点、图解法求相贯线和截交线等内容，将单独的点线面投影规律结合到形体实例中讲解，使学生能直接接受并应用到空间思维能力和想象力的建立中。另外，重视徒手绘图特别是快速绘制轴测图的训练，这有助于记录头脑中瞬间出现的创新“灵感”，且能快速表达设计意图，帮助与团队成员进行交流。

其次，改革讲授的方式。传统的课堂讲授偏向于教师的主导作用，却忽略了学生的主体地位，将学生置于被动接受的位置，压抑了其主动感受、发现、研究和和创造的过程。因此，教师首先要转变观念，充分认识到学生通过适当的引导掌握知识的潜力。教师要明确每一次课堂的教学任务，将所涉及的理论以知识点形式提取出来，根据其特点以问题形式提出来，启发性地引导学生分析、比较和综合概括，同时在这个过程中，学生通过一系列的质疑、判断和比较选择等，主动地掌握了要点。这个过程对学生进行研究性学习是尤为重要的。

(2)实践教学是研究性教学不可缺少的重要环节

《工程图学》作为技术基础课，最终是要为专业服务的。因此，加强与专业应用之间的衔接是必需的。当前多数高校的制图教研室是独立运行的，与其他学科之间缺少必要的交流，比如机械设计等。单本学科而言，教学目标实施得可能较好，但在学习专业课程后，进行设计制图的时候，往往提交的图纸方案不能令专业老师满意。这除了课程本身实践环节的缺失以外，缺少来自专业方面的实践交流也是一个不可忽视的原因。因此，在实践教学时，应从这两个方面同时入手。

首先，课程内的实践教学。正所谓百闻不如一见，当老师在课堂上描述零件的加工方法的时候，比如内外螺纹的加工形成，由于缺乏亲身体会，学生总处于一种似懂非懂的状态，而当在车间观看或学生亲自动手加工后，这个问题也就很容易讲解清楚了。因此，课程内的实践应当贯穿整个教学过程中，使学生在掌握理论基础的同时，获得来自实践的验证与支持。并且在与实践的接触过程中，又使学生的形象思维能力得到了加强。

其次，跨学科的实践教学。站在学生的角度，专业内的课程是相互联系的，但任课教师往往会重点关注自己所教授的课程，忽视与其他相关课程的交流，这对学生全面掌握知识是不利的，各相关课程应该建立起既相互独立又密切联系的关系。国内在课程交叉与综合教学方面实施的比较好的是重庆大学。在其设立的工科机械基础教学基地中，将《工程图学》、《机械原理》、《机械设计》和《机械制造技术基础》4个教研室及其实验室整合建设，突破了按课程建立教研室和实验室的模式。各课程教师不再封闭于原有的教学体系，课程之间的衔接与整合使彼此的交流扩大，学生在学习任一门课程时可以进入全天开放的实验室进行观摩实验，指导教师也不限于固定的任课老师。其建立教学基地最大的优势在于，最大限度地实现了实验资源共享，为实践教学提供了便捷的场所。

最后，来自生产一线的实践教学。比如，完整的零件图和装配图是由视图、尺寸、技术要求和标题栏等内容构成的。其中，技术要求包括公差、粗糙度、形位公差以及工艺要求等组成，它受工作状态和加工方法及工艺的约束。因此，与生产一线结合，更能激发学生去思考课堂上不能体会到的现实问题，进而主动研究解决的方法，设计绘制的图样才具有更好的实际可行性。

(3)现代教学工具的运用是实现研究性教学的重要手段

在实施图学课程的研究性教学中，要特别重视现代化辅助教学工具的作用。传统的图学教学手段主要有教师的黑板板书、形体模型（木模）以及挂图等静态形式，手段落后而繁琐，在这种条件下，实施研究性教学困难的。随着计算机技术的发展，多媒体课件以及绘图软件对图学课程的教学起到了极大的作用，为实施研究性教学提供了强有力的平台与手段。首先，多媒体课件图文并茂、直观形象，具有生动的表现力，并可承载大量的信息，对于学生深刻理解课堂内容具有极大的作用，比如在表达投影原理、螺纹形成的动画以及标准间常用件的实物图等方面。其次，绘图软件特别是3维造型软件进一步培养了学生的形象思维和空间想象能力，并且为学生提供了主动解决问题的工具。三维软件如Solidworks简洁而出色的造型能力，将二维投影与三维实体联系起来，使学生可以实现自我检验与改正，这一过程的不断重复，将有助于学生建立起牢固的空间思维能力。图学课程以其自身的特点，充分利用辅助教学工具是提高研究性教学效果的必然工具。

(4)将最新科研成果适时引入教材与教学是建立创新思维的重要途径

教材的更新和建设是实施研究性教学的基础工作。教材作为课程内容的主要载体，需要具备一定的稳定性，如正投影法与“三等规律”等是本课程最基本的原理与基础，贯穿于整个教学工程中，在任何发展阶段都应处于相对稳定的状态。但任何科学都是不断向前发展的，图学课程也承担着时代发展所赋予的责任，将最新的科研成果或方法适时的引入教材与课堂也是研究性教学的一大特点。它可激发学生对新旧方法理论进行比较，并作出独立的差异性的判断，比如传统的AutoCAD二维绘图与现时流行的Solidworks三维造型后再投影成二维图形两种方法各自的优缺点。另外，最新科研成果的引入，对研究性教学也具有重要的引领作用，代表着学科的发展方向，教学过程中有利于学生养成创新型的思维习惯。

四、结论

“学习”的过程就是“研究”的过程，“研究”的过程也是“学习”的过程，二者并不矛盾，都是掌握新知识的手段。同样，传统的图学教学模式与先进的研究性教学等并不矛盾，这需要我们去认真的思考与实践。倡导学生探究性学习，但也不偏废接受式学习，在实际的教学中，要根据学习的内容及知识的特点，以及学生的实际来选择恰当的学习方法。让传统与先进和谐共生，既继承传统中精华的东西，又很好地渗透新的教学理念，共同的目标是培养出懂理论、会研究的21世纪创新型人才。

[1] 毛文武. 美国加州大学圣迭哥分校工程图学课程教学研究.工程图学学报.2007,5:172-177

[2] 李迎春. 对日本冈山大学图学教育状况的思考.现代教育技术.2007,17(10):106-108

[3] 胡琳, 程蓉. 浅论中英“工程图学”教育的差异.北京大学学报（哲学社会科学版）.2007, S2:110-114

[4] 杨婉霞. 工程制图教学改革之谈. 高等教育与学术研究.2007,2:43-45

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.165

卢敏（1975-），男，江苏南京人，硕士，南京航空航天大学机电学院讲师，主要从事工程图学课程的教学与研究。