改革工程图学课程教学内容和方法的探索

汪 敏

汪敏/南京大学金陵学院信息科学与工程学院助教，硕士（江苏南京210089）。

图样不但是指导生产的重要技术文件，而且是进行技术交流的重要工具，是每个工程技术人员必须掌握的“工程界的语言”[1]。工程图学作为工科院校机械类专业的重要技术基础课，主要任务是培养学生徒手绘图、尺规绘图、计算机绘图，阅读机械图样的能力以及对物体的三维形状的空间逻辑思维能力和形象思维能力，为后续专业课程的学习以及学生日后从事工程设计工作打下坚实的基础。

一、传统教学内容和方法改革的必要性

工程图学是一门理论性和实践性都很强的课程，主要培养学生绘图、看图能力，要求学生具有良好的空间想象力和空间分析能力。在教学过程中，教师要引导学生从平面扩展到空间，再从空间回归到平面的过程。这种抽象的思维过程教师难教，学生也难学。另外，随着近年来大学人数不断增加，新的课程不断出现，工程图学课时量减少，传统的教学内容和方法已不能满足社会的要求，问题主要表现在以下方面：第一，直观性差。教师教学中常采用板书、挂图、模型等手段，模型小、结构复杂，并不是每位学生都能仔细观察到，而挂图是平面的，线型比较多，学生很难建立空间概念。很多图形需要教师靠语言描述，直观性差，学生兴趣不强，增加授课难度。第二，理论性强，课程间缺乏有效整合。课程内容理论性偏多，重视知识点的详细讲解，缺乏实际设计实例详细探讨，在课程设置上，作为技术基础课，内容多且具有一定专业性，学生很难较好理解和掌握。第三，学生动手和创新能力不强。传统课堂教学主要老师讲、学生听，学生缺乏对绘图的深刻认识和全面理解，缺少锻炼的机会，综合设计能力差。因此，迫切需要改变传统的教学内容和教学方式，从全方位角度出发对工程图学课程进行改革。

二、教学内容和方法的改革探索

1.整合课程群。工程图学的授课对象主要面向大一新生。他们刚入校，对机械产品的设计和制造过程缺乏直观的感受，对机械零件的结构、加工工艺、技术要求等更是一无所知。因此，在教学过程中，直接灌输大量的理论知识效果不大，也很难提起学生学习的兴趣。考虑学生学习的特点，并借鉴一些高校的方法，我们将工程图学课程划分为两部分，在课程编排上进行整合（见表1）。在第一学年上学期学习画法几何及工程制图基础，即制图的国家标准、基本绘图方法、三视图画法、轴测图画法、机件形状的基本表示方法。下学期进行金工实习课程实践，了解零件加工的主要方法和典型零件的加工工艺，知道主要设备的结构、操作以及刀具、量具等工具的使用，为后续课程学习奠定基础。第二学年上学期学习金属工艺学、极限公差与配合、机械制图内容。机械制图内容包含零件图、常用标准件和齿轮、弹簧的表示法以及装配图画法，有了前面理论和实践的铺垫，与本学期课程的相互联系，学生对课程的认识会更深入。这样，专业内多门课程合理安排，知识点有个循序渐进的积累过程，并有其他课程为其铺垫，学生更容易理解和联系。

表1 工程图学课程划分

2.调整教学内容。教材的好坏直接影响教学的质量。国内教材特点是内容详细，理论性、概念性内容偏多，实际应用和激发学生创造性的内容偏少。国外的一些优秀教材的典型特点是内容新，学术水平高，比较注重应用性、广泛性和时代性，重视将制图课程与机械加工、机械设计等融合起来[2]。吸收国外教材的优点，在课程内容安排上，我们降低部分理论知识的要求，增加徒手绘图及综合设计实例的讲解。比如，截交线和相贯线这部分内容是传统工程制图课程学习的一个重点和难点，往往会花较多的学时来讲解这部分内容。但从教学效果来看，学生普遍反映很难真正理解和掌握，并且实用性不强。因此，减少这部分内容教学课时量，让学生把更多精力用在创新或实用的内容上。增加徒手绘图的讲解，徒手绘图是现代设计技术人员构思设计所必备的一种能力。随着计算机辅助设计绘图技术的日益普及和完善，尺规作图将逐渐被计算机绘图取代，徒手绘图的方法和技能将显得更加重要。虽然我国的高校教学也比较注重学生这方面能力的培养，但所占的学时比重仍不够大，对学生这方面技能的训练也不够。同时增加综合设计实例的讲解，将零件图和装配图与具体机械设计案例联系起来讲解，让学生体会到零部件的原理、功能、结构特点以及加工工艺等，而不是简单的作图目的[3]。激发学生学习热情，不仅把知识装进学生头脑中，更要引导学生会分析和思考问题。新教学内容的安排更符合学生学习特点和综合技能的培养，有助于教学质量的提高。各学校也可以根据本校的特点，编写适合的工程图学课程讲义，便于更好开展教学工作。

3.增加实验教学。工程图学是实践性很强的技术基础课，光靠知识讲解而缺乏练习是很难学好的。以往教学是在知识点讲解后通过大量作业来巩固知识，但从练习效果来看，往往不尽如人意。有些学生并没有真正用心去完成作业，还有些学生空间想象能力不强，无论再努力、做再多练习，成效依旧不大。总结发现，单靠书本练习是远远不够的，而要在实践中逐渐培养这些能力。我们在每章内容讲解后，安排相应的实验课程。难度由浅入深，先以日常生活常接触的实物或实际零部件为模型让学生去观察，比如课桌、手机、空调。日常的实物是学生熟悉的，也便于观察，将它们作为实验内容，引导学生产生兴趣，然后测量，徒手绘制草图。再逐渐增加难度，画一些复杂零件的三视图、剖视图。实验中穿插一些自行设计的内容，让学生分组自行设计简单的具有一定功用的零部件，发挥学生的积极性和创造性。装配图实验部分可以做一级齿轮减速器拆装实验，了解减速器的功能，通过动手拆装，拆开后观察内部结构由哪些零件组成，弄清楚每个零部件的工作原理，测量各个零件尺寸，并徒手绘制零件图和装配图。在课程结束时，要求学生完成一个实际的设计项目，综合考虑选材、原理、功能、配合要求等。通过实验教学，大大激发了学生兴趣，巩固了知识，增强了学生的实际动手能力。

4.强化三维绘图能力。传统工程图学的教学常常采用黑板、模型、幻灯片等方式，不断由物画图，再由图想物，反复练习，逐步培养空间想象能力。讲解中，教师很难形象地表现出空间立体结构、零部件装配及拆卸的动态过程，枯燥的描述讲解使学生失去学习的兴趣[4]。随着计算机技术的发展，许多高校在教学中采用PPT和AUTOCAD绘图相结合教学。但无论是尺规作图还是AUTOCAD作图，都是二维视图表达形式。绘图者思维方式是设计者先在头脑中想象立体图再用二维视图表达出来，而读图者根据二维图形在头脑中想象并构建出空间实体结构。在此过程中都经过一个中间环节，并对绘图和读图者都提出较高的要求。相比较而言，三维视图更符合人们读图习惯，它直观地将头脑中的三维图像快速表达出来，学生更容易看懂。并且，现在越来越多企业在生产设计中应用三维软件，比如：UG，Pro/E，SolidWorks。由于三维软件能直接进行三维建模，形象生动地展现出产品整体结构，可以和其他软件结合对产品综合性能进行分析，并且，三维软件能自动生成二维图形方便用于生产制造环节，因此，三维软件在今后生产实际中逐渐占据重要地位。在教学中，要增加三维软件的教学，强化学生的绘图技能，同时注重将图型构型设计与计算机绘图相融合[5]。改变单纯地只教学生画图和读图、轻实践的不足之处，将“画”和“读”提升到机械设计的层面，表现其原理、方法和图形设计思想。

5.采用CAI课件教学。CAI课件是综合WORD、PPT、投影仪、录影机以及SWF动画手段的一体计算机辅助系统教学课件。工程图学课程教学中涉及大量的图形表达，注重学生空间能力的培养。多媒体技术作为一门新技术，它是把文本、图形、图像、动画、视频图像、声音等多种运载信息的媒体结合一起，通过计算机进行综合处理和控制，将多媒体的各个要素进行有机的结合，完成一系列随机交互操作的信息技术。它的优点正好满足工程图学课程的教学需要。这种课件配有动画、解说，形象生动，可以随时暂停，详细解说，很好地控制讲课进度，掌握学生学习情况。课件制作首先应用先进的视频、三维动画设计、平面图形绘制、图像处理等技术，进行大量素材制作，然后在Authorware多媒体集成平台上进行课件集成。整个课件制作需要花费较长时间，刚开始阶段可以先借鉴部分网络上的CAI课件，再逐步完善，形成自己的CAI教学体系。

6.辅助手段。网络在生活中逐渐扮演重要角色，越来越多的教师将网络应用在教学中，成为课堂教学的有效补充。课堂教学的时间和信息量有限，而网络具有信息储存量大、互动性强、时效性强的特点，有利于学生及时回顾和巩固知识[6]。建立工程图学教学辅导网站，将教学大纲、电子教案、电子习题、实验指导等资料放在网上，让学生能方便下载，提高教学效果。减少尺规作图作业量，减少学生不必要的课业负担。对课程考核方式采用笔试、平时作业、实验和设计综合的评价方式。降低笔试成绩比重，增大实验和设计项目成绩比重，有利于提高学生学习积极性，培养学生的创造力和提高学生的动手能力。

随着技术的不断发展以及社会对高层次创新型人才需求的日益增多，作为机械类的重要基础课程，现代工程图学的教育肩负的任务越来越重。教育方式要顺应时代的脚步，借鉴国内外先进的教学方法，与我国实际相结合，在有限的课时里首先保证教学质量，同时着力培养学生的动手能力和创新能力，培养出更多社会需求的合格人才。

[1]唐克中，朱同钧.画法几何及工程制图[M].北京：高等教育出版社，2009

[2]焦永和.从教材看国内外工程图学教学理念的差异[EB/OL].http://www.lib.scut.edu.cn/scutwgjc/wgjczl/wj_01.htm

[3]舒宏，胡清泥，高菲.中日机械制图教材的比较及对教学改革的启示[J].工程图学学报，2010，（4）：166-171

[4]张梅林.工程图学教学的几点思考[J].东华大学学报，2010，36（4）

[5]靳萍，彭正洪.基于工程图学学生创新实践能力的培养[J].实验室研究与探索，2009，（11）

[6]江洪，张培耘，吴巨龙.美国工程图学教材对我国图学教育和精品课程建设的启示[J].工程图学学报，2006，（6）