留学生机械制图课中运用CAD辅助教学方法初探

王懿　赵宏林　罗晓兰

随着我国高校国际化进程的不断推进，来华留学生的数量日渐增多，他们普遍存在语言交流不畅的问题。在机械制图课程的教学过程中，如何根据留学生的实际情况采取灵活多变的图形化教学方式，提高教学效果，显得日益重要性和迫切。介绍了基于我校留学生的实际情况，在留学生机械制图课中，引入CAD软件辅助教学的原因及方法，提出了切实可行的操作流程。为未来留学生机械制图类课程的教学改革，探索了一个新的提高教学效果的手段。

留学生教学CAD软件机械制图教学改革随着我国高校国际化进程的不断推进，来华留学生作为重要桥梁，为我国高校加强国际合作交流起到重要作用。来华留学生的教育，由于教育对象的特殊性而存在较多问题。留学生不同于国内学生，他们来自不同的国家和地区，社会制度、宗教信仰、文化背景、生活习俗、思维方式等均与我国学生不同。而他们在我国留学期间，必须与国内学生一样完成基于我国国情制定的学习任务，这必然使得留学生在学习过程中精神风貌、思维方式和价值取向等与国内学生不同。将留学生与国内学生混合一起教学的模式，对留学生往往达不到预期的培养效果。因此，针对留学生群体的特殊性，要求我们在教学过程中根据留学生的实际情况采取灵活多变的教学方式，其中将留学生单独开班授课是行之有效的一种方法。小班授课可以根据留学生跨国、跨文化的特殊性，以及留学生在各自国内接受的教育基础情况，制定针对他们的教学方法、培养模式和考核方式。并且小班授课可以使教师和留学生之间在课堂上有跟多的交流，及时了解留学生课堂学习情况；留学生也可以随时提问，教师当场给予解答。我校机械制图教学团队自2012年起，针对留学生主要来自中、东亚等国的特点，在机械制图课程中采用小班授课模式，并在不断尝试改进几何体实物模型演示、幻灯片多媒体教学等教学手段的同时，将CAD软件辅助教学应用于课堂实践中，使学生更好地建立起各种复杂几何形体的空间概念，提高了机械制图课的教学的效果。

一、留学生机械制图授课特点

我校目前在校留学生主要来自哈萨克斯坦、土库曼斯坦、苏丹、蒙古、沙特阿拉伯、伊朗等40多个国家和地区。留学生相对于国内学生来说有以下特点：

1.汉语学习尚未完全过关

虽然留学生来我校后进行了为期一年的汉语培训，但由于留学生母语与汉语的差异各异，各个国家留学生在来华汉语学习进度上存在一定差异。因此，在授课过程中，有的留学生能说但是听不懂，有的能看懂文字但是听不懂。因此，在课堂讲授重要知识点时，需要考虑留学生的困惑是对知识点的难以理解，还是对汉语意思的不理解。

2.留学生入学基础不一

由于我校留学的本科生主要来自亚洲我国周边地区和非洲地区各国，招生时只要求其在本国完成至少12年的基础教育（相当于中国的“高中”毕业），其入学资格考试相对于国内学生千军万马参加高考才能上重点大学来说相对容易。造成这些来自各个国家的留学生的基础参差不齐，且与国内学生有一定差距。

3.留学生学习主动性差异较大

来我校留学的学生分为两类，一类是拿到政府或企业的奖学金资助来华留学，另一类是自费留学。因此，这两类留学生在课程学习的主动性上存在较大差异。获得资助的留学生在经济上没有太大压力，而毕业回国后就业压力也不大。造成了这些留学生学习积极主动性偏低，经常迟到或旷课，在课堂上注意力不够集中，课后不会找老师答疑。

我校需要为来华留学生开展机械制图课程培养的专业为机械、储运和化工专业。这三个专业留学生总人数2012年为33人，2013年为54人，而同级相应专业的国内学生总人数在300人左右。以前留学生与国内学生一起授课时，由于国内学生的总体素质略高于留学生，对于抽象空间想象的理解能力更强，课程学习的积极主动性更高，对课堂讲解基础知识点的掌握也更牢固。因此，为保证课堂内大部分学生的学习进度，无法对部分留学生难以理解的知识点反复详细讲解，从而使留学生由于跟不上课堂授课进度而进一步加深了厌学、惧学的情绪。从2012年起，专门针对留学生开设机械制图课程小班课，如何根据教材特点和留学生实际情况，在机械制图小班授课过程中运用科学的教学方法和先进的教学手段，从而探索出确实可行的提高留学生机械制图教学效果的方法，是亟待解决的问题。

机械制图是机械制造类等专业的一门理论性和实践性较强的基础课程，重点培养学生空间投影分析、二维图形与三维图形间相互转换、手工绘图和计算机绘图的基本能力，提高学生认真负责、严谨细致的工作态度和作风。最终达到使学生既能掌握工程设计绘图基础知识，又有熟练的绘图和读图能力，还有敏捷的灵活思维和创新意识，能快速、准确的绘制和阅读较为复杂的机械图样。其中，空间想象和分析能力的培养作为教学中的难点和重点，需要学生在接受物体的二维或三维信息后，经过联想和判断、想象和推理等思维活动，确定物体在空间的位置和几何形状，为机械设计能力的培养打下基础。作为大学新生，留学生对于机械制图课程的主要困难在于空间想象能力的欠缺，而如平面与复杂曲面立体的截交线、组合体的相贯线等难以想象清楚的空间图形，光靠老师在课堂上的讲述是难以让学生掌握清楚的。而教研室准备的实体模型由于数量有限，且多为常规立体模型，难以满足课堂灵活授课的要求。因此，在计算机迅速普及、工程制图软件飞速发展的背景下，充分挖掘多媒体教学的潜能顯得尤为重要。

二、CAD辅助教学方法

目前，机械制图课堂上常用几何体实物模型演示、幻灯片多媒体教学等教学手段来帮助学生理解。其中，几何体实物模型演示可进行直观的形象化教学。通过多看这些实物模型来对模型进行空间分析，增强学生对复杂截交及相贯问题的空间概念理解。但由于实物模型教具数量有限、携带不便，在讲解某一知识点时难以通过大量的实物模型开展教学；并且实物模型教具的空间构型固定，难以适应结合学生课堂上实际理解情况灵活开展教学的目标。而幻灯片多媒体教学虽然可以通过丰富的图片激起学生的学习兴趣，启发留学生对较复杂抽象的空间问题的理解，但在幻灯片二维图片上难以将三维实体形状最直观的展现给学生。如何在教师用生动、形象的语言描绘外，寻找充分利用现有多媒体教学工具的手段，是在留学生小班授课中需要解决的首要问题。

近年来，随着CAD/CAM技术的快速发展，计算机绘图软件得到了广泛应用，其强大的二维绘图和三维建模造型功能使立体实物的造型和变换及其与视图转变更加简便、快捷。在机械制图课程之后的计算机辅助绘图课程中，留学生将会接触到AutoCAD此类计算机辅助绘图软件。那么是否可以在机械制图课堂授课中提前引入CAD软件来进行辅助教学，一方面，可以通过CAD软件三维绘图能力使复杂的空间几何形体问题形象化、具体化，以便留学生更好地建立起各种复杂几何形体的空间概念，丰富对常见工程结构的感性认识，提高制图课的教学的效果；另一方面，让留学生提前接触CAD软件的使用方法及界面，提高后续课程计算机辅助绘图的教学效果。CAD辅助教学具有以下优势：

1.图形展示清晰易懂

对于复杂的组合体图形，CAD软件的三维图与二维图之间的转换功能可揭示由二维图形生成三维模型以及三维模型转换为二维图形的过程，从而将抽象的空间想象问题具体化、形象化，增加留学生的感性认识；对于复杂零件，CAD软件的剖切、爆炸图和运动仿真功能可方便留学生进行零件内部结构和连接部位的观察和分析，从而使教学内容清晰明了，便于留学生熟悉和掌握相关知识点。

2.图形展示灵活多变

CAD软件对于立体图形可以快捷的利用各个视角进行主视图、俯视图和左视图的转换，也可以通过旋转从任意角度对立体进行观察。当课堂上留学生提出疑问时，可根据其具体情况便捷的在CAD软件中进行展示，也可根据教学需要灵活的对三维模型进行修改和新建，弥补了实物模型难以更改的不足。

3.图形携带存储便捷

采用CAD软件建立的模型，可以作为电子文档存储在各类存储介质上，便于教师间的教学资源共享，且避免了实物模型因为自身体积和重量等原因造成的携带不便、课堂上使用类型和数量受限的缺点。既降低了教学成本，又能充分发挥多媒体教学设备的功能。

三、留学生小班CAD辅助教学课堂设计

如何及时把握留学生的文化、知识背景，结合留学生的实际情况开展有针对性的CAD辅助教学课堂设计，是留学生小班CAD辅助教学的一个关键问题。结合本教研团队近年来在留学生机械制图授课上的经验，总结应开展以下主要工作：

1.了解留学生的文化、知识背景

可与国际交流合作中心、教务处合作，采用问卷或网络调查的形式开展匿名调查。及时掌握留学生的文化特征、知识背景、兴趣爱好、中文语言水平等相关信息。使教学的深度、广度、进度适合学生的知识水平和接受能力，同时考虑留学生的个性特点和个性差异，做到因材施教，将会取得更好的授课效果。同时，教师授课时可以根据留学生的接受能力适当调整语速。

2.选择合适的CAD软件

目前，主流的CAD制图软件包括UG、Pro/E、Inventor、SolidWorks、CATIA、SolidEdge、AutoCAD等。随着高性能微型计算机技术的飞速发展，CAD软件性能也不断得到提升。如何从种类繁多、各有千秋的CAD软件中选择一种合适留学生课堂辅助教学的软件，便于首次接触此类软件的留学生快速理解和掌握，对于CAD辅助教学的顺利开展具有关键作用，同时也要考虑授课老师对于该软件的熟练程度，充分发挥CAD辅助教学快捷便利的优势。

3.制定合适的CAD辅助教学计划

在机械制图教学中，如何将实物模型演示、幻灯片演示和CAD软件演示这三种教学方法结合，最大限度的利用多媒体教学优势，是制定教学计划和教学大纲需要重点考虑的内容。以截交线这一知识难点为例，如何空间想象出平面与复杂立体表面的截交线，并正确的投影到三个投影面上去，对于空间想象能力有限的学生来说就有点吃力了。如果在讲述这些内容的时候，运用CAD软件在课堂上进行现场建模（如图1所示），并通过启发式的教学方法，通过改变截切面的位置（如图2所示），从而诱导学生主动联想和思考截切面位置变化对截切形状的影响，将会极大的提高教学效果。

4.增加课堂练习时间比例

课堂练习是加强和巩固课堂讲授知识的最有效的形式。针对留学生的小班授课由于可以加强课程内容凝练，注重核心知识传授，从而保证了有一定的课堂时间加强学生对所学知识的练习。同时，为保证课堂练习对学生的约束力，可以在总成绩构成中提高平时成绩的比例，平时成绩由考勤、平时作业、平时测验、课堂表现等组成，平时测验的次数为每周一次，测验及讲解测验试题占用课堂时间。学校可为单独开课的留学生课堂配备助教，协助进行测验、考勤及课后辅导等工作。

四、结论

CAD软件操作简单方便，视图展示灵活，截切、相贯等概念展示形象，装配、拆卸过程清晰明了，在课堂上能快速地实现三维图形和二维图形的转换，极大地提升了教学的直观性和灵活性，激发了留学生学习兴趣，有助于机械制图课程教学的顺利开展。

将CAD软件引入留学生小班机械制图课程当中，将实物模型演示、幻灯片演示和CAD软件演示这三种教学方法结合，最大限度地利用多媒体教学优势，能给留学生带来耳目一新的感觉，提高了留学生学习的积极性，启发了留学生空间想象能力的构建，提高了课堂教学效果。

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本文系中国石油大学（北京）本科教改项目“CAD辅助教学在留学生制图课中的应用研究”。