高等工程教育体系中工程图学课程的改革诌议

徐 健1，张承谱1，丁伯慧1，徐 慧2，杨 林2



高等工程教育体系中工程图学课程的改革诌议

徐 健，张承谱，丁伯慧，徐 慧，杨 林

（1. 天津大学机械工程学院，天津 300072；2. 中国矿业大学（北京），北京100083）

论文探讨如何建立适应于中国国情的高等工程教育体系中工程图学课程的改革方向。突出特色以增强图学教育在高等工程教育中的地位，把思维能力、创造性意识、实践能力培养作为工程图学教育改革的首要目标。立体造型与投影、轴系零件测绘、工业机器人传动机构的三维实体构型等实验项目在工程图学课程中的实施，对提高学生的投影绘图能力，掌握科学思维方法，增强工程和创新意识有重要的作用。

工程图学；高等工程教育；教学改革；实验教学

面对国内社会、经济发展的新局面、国际环境的新变化，继科教兴国战略和可持续发展战略之后，国家又提出了人才强国的发展战略。在高等工程教育中，工程图学教育面临着新的发展机遇和挑战。新形势下，从全局的观点和战略的角度，分析我国图学教育的现状，思考和把握图学教育在高等工程教育人才培养中的作用和任务，探索图学教育改革和发展的新思路，有着非常重要的意义。本文探讨如何建立适应于中国国情的、能够良好自相适应与匹配的工程教育体系中的工程图学课程的改革方向。

1 高等工程教育中素质教育的含义

一般来说，高等教育中的素质教育是针对高等学校的教育教学过程中的科学主义与人文主义的割裂而提出来的；而在高等工程教育中，素质教育概念所包含的内容还要广泛，即它不仅要克服普通高等教育中的科学主义与人文主义的分离，还要克服工程类大学生在技术性素质与非技术性素质发展中的不均衡问题。随着知识经济时代的来临，人们对工程师的非技术素质的要求甚至超过了对技术素质的要求。具体地说，工程师意识就是支持他们在面对实际工程任务时，做“值不值得做”、“可不可以做”、“应不应该做”等回答所需要的知识和能力，在承担具体的工程任务时，具有良好的责任意识、成本意识和市场意识。

2 我国高等工程素质教育的改革方向

为了培养能够适应21 世纪工程事业发展需要的新型工程师，我们在未来的高等工程教育中，应注意处理好以下几种对应关系。

2.1 理论教育与实践技能培养之间的关系

我国所培养的各类工程师，在技术素质与非技术素质方面两者之间，前者好于后者；在技术素质中，专业知识的掌握水平又要好于专业技能。但是，强调对实践技能的培养锻炼，并不否认理论知识学习的重要性，我们可以从美国工程教育改革的一系列变化中得到一些很好的启示：美国工程教育在100 多年的发展改革中，先后经历了技术学院期、工程科学期以及现在呼声正高的“回归工程”期，“回归工程”就是强调工程教育不能忽视工程实践的特殊作用，即在强调工程科学教育的基础上，加强对工程专业学生的实践能力的锻炼培养，忽视其中任何一个方面的工程教育都很难说是成功的。

2.2 专业教育与“大工程”教育之间的关系

专业教育的含义是指以面向当前专业为主所进行的工程教育；“大工程”教育则主要是指工程教育不仅应当培养适应当前专业需要的工程师，还应当使学生具有适应未来职业变迁所需要的基本知识与能力要求。经济全球化提出了教育的国际化问题，也提出了工程教育适应经济全球化的任务，协调的、跨国的工程则正向新世纪走来。工程师已逐渐摆脱了工艺工程师、研究与开发工程师、设计工程师、管理工程师等狭窄的分工范围，要求在分工的基础上强调全面素质的综合，提出了现代工程师的新的要求。

在教学观念与教学方法方面，美国有较好的传统，即放手让学生去实践，鼓励创新，充分发挥学生学习的主动性。十分重视“企业与高校”结合来推动工程教育改革，而且有重点、有示范、有计划在进行。如NSF 的ERC pro2gram 等值得我们借鉴。在这点上，我国的差距尚大，所以虽然普遍的数理基础强，但创新精神及动手能力、团队合作与交流能力却普遍较弱。

3 高等工程教育体系中工程图学教育改革的若干思考

3.1 图学教育的发展基础与机遇并存

一方面，经过我国图学教育工作者几十年的辛勤工作和无私奉献，图学教育为我国经济建设做出了重要贡献，同时也使自身得到发展；另一方面，工程建设信息化，产品设计数字化等先进生产方式来势迅猛，图学学科领域不断扩大，研究不断深入，经济发展和学科研究又迅速作用于图学教育教学的改革，在教育思想、课程体系、内容体系、教学方法、教学手段、考核办法等方面呈现出全方位、立体化的教改热潮，获得了一批成果。一个“大图学”的学科构架正初见端倪。广大图学工作者，应该不失时机地总结和巩固现有的教改成果，增强学科研究和教育的实力，探索图学教育发展的新思路，为高等教育人才培养做出新的贡献。

3.2 突出特色增强工程图学教育在高等工程教育中的地位

工程图学属于技术科学，其目的是要满足高级工程科技人才对图学素质的需求，与高等工程教育目的相协调，培养的目标主要包括知识和能力（含技能）两方面。

（1）心智技能和能力 主要指逻辑空间和形象空间的几何分析和综合能力，通过这种能力的迁移，有效地提高学生的研究和创造能力。形象思维能力的培养是图学教育的重心之一，也是图学区别于其他学科教育的一个显著特点。

（2）信息技能和能力 主要指生产对象形态信息的构成、记忆、表达和交流能力，重点在表达，包括二维和三维的表达能力，以及自我学习的能力。

（3）社会技能与能力 包括严谨工作的能力，技术协调能力，遵守标准规范的能力，技术实践的能力等。

工程图学课程是理工科学生在校4 年中唯一一门把形象思维作为专项训练和教学目标之一的课程，而形象思维能力对于设计与制造类专业学生工程素质能力的培养是不可或缺的，它们对学生的作用和影响远远超出课程所涉及的理论和方法本身。其鲜明地反映了图学教育的特点，从而确立了图学教育在高等工程教育中的地位。

由此可见，就大学本科生而言，则应该比较系统地掌握工程图学的基础理论和基本的、相关的工程技术专业知识。其中基础知识可以提炼得更精一点，要求更严一些，横向的知识面可以更宽一些，深度浅一些，形成纵横交织，有机结合的宽厚的知识结构。

3.3 把能力培养作为工程图学教育改革的首要目标

（1）注意思维能力的培养 思维能力是可以训练的，但必须是在一种知识性内容和思维方法内容共存的体系内，通过两种内容的整合与互补，才能达到最佳的训练效果。工程图学课程恰是把图学知识和思维（特别是形象思维）训练有机结合的一门课程。因而，图学教育在教给学生表达设计对象方法的同时，应充分发挥课程特色，强化课程思维训练载体的作用，更有效地担负起创新人才培养的责任。

（2）注意创造性意识的培养 要培养学生的工程素质，教师不但要转变传统的教学观念，更要掌握提高工程能力的培养方法。图学教育中应努力探索人才培养的新模式，比如以学生为中心的发现型学习，基于自学的创造型学习，以问题为核心的研究型学习，面向多门类资源的开放型学习等等。转变学生在传统教学中的被动地位，使学生真正成为教学中的主体和中心，融入主动学习的良性环境。

（3）注意实践能力的培养 长期以来影响我国高等工程教育质量的主要问题就是学生的工程实践不够、综合能力较差。因为教学实践性环节往往从课程知识掌握的训练考虑而设置的，未能结合工程实际进行综合训练。传统的教学实验局限于实验操作技术的掌握，缺乏对学生实验思路、实验设计、实验技术、观察能力、分析与表达力和创新能力的综合训练与培养。在这种教学条件下，所培养的学生普遍表现为：观察力差、动手能力差。由于实际动手少，自然发现新问题就少，也就难以调动他们的创造力。所以，课程教学实验改革与建设的思路就是要逐渐减少演示性和统一性的实验，研制和开发学生能亲自动手组装、调试、测试及数据处理的综合性、设计性、研究性和创新性的实验，建立由必修实验、选修实验和开放实验三个层次组成的机械基础实验教学新体系，并逐步走向独立设课。

4 改革与实践

根据教育部高等教育司下发教高〔2007〕10号文件“教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的补充通知”精神，工程图学课程获得了天津大学“国家级实验教学示范中心”资助经费重点支持，进行实验教学改革和创新，研究开发创新性实验教学项目，探索建立适应学生工程素质培养的实验教学机制，并在2009级本科生中试点实施。

4.1 立体造型与投影

观察是科学发现的起点，在观察基础上进行造型、投影表达，以获取空间立体与平面投影间的关系。通过体察、发掘和思维互动，培养学生的认知、思辨素养，使他们成为实践教学过程中的主体，而不是对象。在工程图学课程中开设“立体造型与投影”实践环节对培养学生的构型能力、投影绘图能力，掌握科学思维方法，增强工程和创新意识有重要作用，为学生学习本课程后续内容，以及后续课程提供必备的基础知识与基本技能。

本项目的预期建设成效是：教师设计、制造符合教学基本要求、适合教学基本条件、能够满足学生使用需求的“组合体拼装模型”，如图1所示。将基本立体、截切立体、相贯立体、组合体和图样画法等内容贯穿于相关实践教学中，重点突出课程体系的有机衔接。学生可通过自行选定一个、或按一定要求拼装多个模块成为一个有效的模型，进行徒手投影表达、计算机绘制（造型或投影图）。旨在进一步增强学生的构型、徒手投影绘图、计算机绘图能力，有助于理解、掌握课堂教学中讲授的基本概念和基本理论。使学生在实践过程中，有所发现、有所创造。引导学生有科学创新的理想，技术创新的追求。

图1 组合体拼装部分模型

4.2 轴系零件测绘

有计划地开发培养学生创新能力的设计型实验，完善那些有助于理解和掌握基本概念、基本理论的传统实验，可以进一步增强学生的工程实践能力。增加学生的勇气和胆识，鼓励他们不要怕犯错误，因为很多发现、发明都是在错误和问题的堆积中脱颖而出的。学生在实验过程中，有所发现、有所创造，有科学创新的理想和技术创新的追求。

本项目的预期建设成效是：设计、制造轴系零件上典型结构的多种轴段，供学生自主拼接成满足一定要求、有实际意义的轴类零件，进行测绘，如图2所示。在传统零件测绘实验的基础上，将轴类零件特征的认知过程和表达方法引入实验教学，使学生既了解基本的测绘步骤和测量技术，又能够自主创新、提高辨识能力、开阔眼界，避免全班统一的轴型。

图2 轴系结构拼装部分模型

4.3 工业机器人传动机构的三维实体构型

目前，三维实体构型技术在产品的设计与开发过程中起着十分重要的作用，它是企业CAD/CAM/CAPP一体化技术的重要组成部分。自机械制图课程引入三维实体绘图软件之后，学生们对这部分的学习兴趣十分浓厚，为使绘图软件的学习与生产实际更加密切的联系起来，提出“工业机器人传动机构的三维实体构型”，旨在通过将已有工业机器人机构构件组建成不同的传动机构，并对其进行三维实体构型，锻炼学生自主创新能力以及熟练使用三维实体绘图软件的能力；在查阅资料的基础上，使学生对工业机器人的各种运动副和传动机构有个初步了解，为机械原理与机械设计等后续课程的学习奠定基础；了解工业机器人的种类、形状和功能，为产品设计与开发，开阔思路和眼界。

本项目预期建设成效是：在实验方案设计上，体现知识性和趣味性，并结合实际应用，使学生在强烈兴趣的驱使下完成整个实验过程；培养对空间形体的形象思维能力、培养创造性构型设计能力、养用二维平面图形表达三维空间形状的能力；培养徒手绘图和计算机造型、绘图的能力，培养工程意识和标准化的意识；初步了解工业机器人的各种运动副和传动机构，为学生后续课程的学习中奠定基础。

5 后 记

科学发展观是21世纪中国高等工程教育改革和发展必须牢固树立的指导思想。高等工程教育有着自身的规律和特点，同样的学科，面对各自的服务对象，就要形成不同的特色方向，培养的人才和产出的成果都应直接服务于社会生产力的进步。党的十七大报告把优先发展教育放在社会建设首位。胡锦涛总书记在今年优秀教师座谈会上，对教育的投入和保障提出了“三个优先”，为高等工程教育的发展提供了政治和经济上的保障。我们要抓住机遇，积极探索工程图学的改革与发展，用自己的实践和努力，为高等工程教育的科学发展尽心尽责，为加快走中国特色新型工业化道路的步伐和建设创新型国家做出应有的贡献。

[1] 刘少雪. 21世纪工程素质教育刍议[J]. 上海交通大学学报(社科版), 2000, 8(3): 111-114.

[2] 余寿文. 21世纪初我国高等工程教育面临的几个问题[J]. 中国大学教学, 2002, (2): 9-11.

[3] 葛文杰. 机械基础系列课程教学改革研究与实践[J].西北工业大学学报(社会科学版), 2003, 23(3): 83-85.

[4] 王多. 组合式制图教学模型: 中国, ZL200410020335.6[P]. 2005-03-23.

[5] 杨 波. 科学发展高等工程教育的理性思考[J]. 山西高等学校社会科学学报, 2008, 20(9): 1-4.

A Dicussion of Engineering Graphics Curriculum Reform in Higher Engineering Education System

XU Jian, ZHANG Cheng-pu, DING Bai-hui, XU Hui, YANG Lin

( 1. Mechanical Engineering College, Tianjin University, Tianjin 300072, China;2. Beijing School of China University of Mineral and Technology, Beijing 100083, China )

How to set up the reform direction of the engineering graphics courses in the higher engineering education system fitting China's national situation is discussed, to give prominence to features so as to enhance graphics education status in higher engineering education, to include cultivation of the abilities of ideation, creativity, and practice as a primary goal of engineering graphics education reform. The implementation of a series of pilot projects in engineering graphics courses, such as solid modeling and projection, shaft parts mapping and the three-dimensional entity modeling of industrial robot drive, plays an import role for students to improve projection drawing ability, master scientific way of thinking, enhance awareness of engineering and innovation.

engineering graphics; higher engineering education; educational reform; experimental teaching

TB 23

A

1003-0158(2011)03-0086-05

2009-11-27

徐 健（1963-），女，北京人，副教授，硕士，主要研究方向为计算机辅助设计。