以工程意识教育为导向的工程图学能力培养方法探析

伊 鹏， 刘衍聪， 牛文杰， 赵军友， 秦 臻

（中国石油大学(华东)机电工程学院，山东 青岛 266580）

以工程意识教育为导向的工程图学能力培养方法探析

伊 鹏， 刘衍聪， 牛文杰， 赵军友， 秦 臻

（中国石油大学(华东)机电工程学院，山东 青岛 266580）

本科阶段加强学生工程意识培养重要而紧迫，分析了现代工程意识和能力培养的主要内容，以工程图学课程为切入点探究了课程教学内容与工程意识的密切联系，基于工程意识培养的可行方案，针对不同教学环节的培养方法进行创新设计，并配套设计了工程意识实验环节，使得教学手段更为立体、方法更为多样，为培养理论基础扎实的现代工程创新人才提供了有效途径。

工程意识；图学能力；培养方法；实验课程

知识经济时代国际竞争日益激烈，技术创新已经成为竞争力的决定性因素。我国的经济发展正处于从资源依赖型向创新驱动型的转变过程中，其中也伴随着从技术依赖型向自主创新型的战略转变。当下，培养具有专业素质又富有创新精神和能力的高层次人才显得尤为重要，这对于高等学校本科的专业基础课程培养水平也提出了更高的要求，而“人才培养模式改革取得突破，学生的实践能力和创新精神显著增强”成为国家对现阶段高等教育人才培养的直接要求。为应对新形势下的人才需求，众多高校已经开始探索一种大工程教育背景下的工程教育体系改革，着重培养和提高学生的工程意识成为新型高教人才培养的共识[1-3]。

工程图学作为工程类专业的技术基础课程，以培养学生空间思维能力、绘制和阅读工程图样的能力、以及增强学生工程实践能力和创新意识为目标[4-5]。通常开设于大一和大二阶段，也正是学生开始接触工程问题、形成工程意识的启蒙阶段，所以该课程的教学对学生工程意识、创新意识的培养具有至关重要的作用。

根据学校制订的“十二五”发展规划，工程图学所在的机械工程系列课程的教学改革与实践要以工程意识养成教育和实践动手能力、创新能力培养为目标，构建集教与学为一体、理论教学与实践教学为一体、课内与课外教学为一体的实践基地，不断提高教学水平和教学质量[6]。因此，在已有改革的基础上，依托工程图学省级精品课程的建设平台，突出重点、开拓思路，分析课程中工程意识教育与现代工程图学能力之间的内在联系，坚持实验教学与理论教学相结合、实验教学和科学研究相结合，对工程图学课程进行创新建设。

1 现代工程意识和能力培养的主要内容

现阶段学生的工程意识和能力的培养，主要从工程实践意识培养和工程创新意识培养这两个方面着手，两方面培养虽然在层次上为递进关系，但通过设置合理的课程教学环节能够得到互为补充和促进的教学效果。

1.1 实践意识培养

理工科院校是培养工程技术人才的重要基地，因此需要培养学生的工程实践意识和能力作为其课程体系的建设导向。近年来，虽然众多院校一再呼吁要加强实践教学环节，包括实验、实习和设计等；但由于各方面条件所限，考试成绩一定程度上仍然是教学的主导方向，学生的工程实践兴趣没有得到引导，学校的课程建设投入没有得到保证[7]。因此，课程中实践教学环节比重较低，学生缺乏学习兴趣，也很少有时间和机会参与产品设计、机械制造甚至加工装配等第一线的工程实践活动。

课程教学环节的设置过程中，要体现工程实践意识的特征，切实加强工程实践训练。一方面，避免过多的理论教学纯学术化和学科化倾向，加强工程基础类课程的教学，并在这些课程中结合课程内容开展工程教育，让基础课程工程化、近现场化，帮助学生建立工程实践的概念；另一方面，构建新的实验与实践教学体系，整体提高学生的设计能力。从而逐步将依附性实验转变为独立性实验，增加设计性、综合性实验，从单纯技术性实习向综合性实习转变，同时增加和加强课程设计环节，提高设计内容的综合性、设计过程的实践性以及完整性。

1.2 创新意识培养

工程实践意识逐渐建立起来的同时，工程创新意识教育也开始在学习过程中萌发，学生会针对所学知识进行自觉地综合运用，期待能够解决实际问题，解决问题又不可避免地激发创新意识，从而形成对工程创新意识的自觉培养，所以两者是密不可分的。可以通过启发、诱导等教育手段，激发学生探求新知和新技术的兴趣，自我学习、自我提高，从而能够推陈出新，有所发现和突破。

以培养学生的创新意识和创新精神为目标，应注重3个方面的培养：①树立创新教育观念，改变传统的继承式教学模式，释放学生的创新热情，不仅注重理论知识的学习，更要重视学生应用所学知识创造性地解决问题的能力；②营造有利于培养学生创新意识和创新能力的文化氛围，开设有关创造学、创造力开发训练和创造工程的课程，同时调动自主创新的积极性等；③树立个性教育的观念，知识的个性可以有效驱动并产生创造能力，通过还原教育的生机和活力，赋予学生知识的灵性和创造性。

2 工程图学能力课程教学方法设计

工程图学是理工科学生在本科期间首先接触的专业类基础课，学生能够在图学课程的学习中，或抽象或具体地接触大量的工程元素，是大学本科工程意识培养的重要阵地，因此对其课程教学方法进行了设计，主要内容如图 1所示。图学能力培养可以分为 4个方面：图感检索能力、图学表达能力、空间分析能力以及现代制图能力。在实验支持方面，搭建石油石化特色装备的实验平台供学生进行拆装测绘实践，同时配套进行教材建设和软硬件支持。

图1 基于工程意识培养的课程内容示意图

2.1 图感检索能力的培养

图感是对所看到图形的直观感觉，在灵活应用图学理论的基础上，以形象思维和抽象思维为依托，经过大量训练逐渐形成，其对图形的敏感程度是图学能力的重要度量[8-9]。因此真正用图学的语言进行思考，调动图感直接对相关知识检索进而将对象结构进行快速分析，成为提高工程意识、锻炼图学能力的有效途径。

(1) 在点、线、面和组合体环节，适当压缩几何关系和投影规律的推导，转而明确提出图感的概念，带领学生展开空间想象及形象思维，在脑中建立空间点、线、面和基本形体的虚拟模型，并积极进行对应和联系，进而建立起条件反射，此为图感的形成阶段。

(2) 在轴测图环节，重点锻炼学生根据投影图绘制轴测图的能力，训练学生快速绘制空间形体的轴测草图，如同模型在脑中一样，使用起来得心应手，由此进一步掌握典型形体结构及其特征，促进图感的逐渐建立，此为图感能力的辅助提升阶段。

(3) 在画图和读图环节，大量使用实物模型，将模型与平面视图进行比对，旋转实物模型进行多视角观察、剖切，以此引导学生对虚拟模型进行转换思考，然后脱离模型继续思考，依托基本的投影规律，可以将空间形体想象清楚从容作图，此为图感的增强和运用阶段。

(4) 在表达方法和零件图环节，依托计算机3D建模软件，根据教学安排中的例题，对应制作零件模型，以3D环境中零件模型的动态教学为主，PPT静态教学为辅，综合前面图感能力的培养，引导学生熟练运用图感进行零件图的绘制，此为图感的熟练、综合运用阶段。

2.2 图学表达能力的培养

注重表达能力的培养有助于增强学生运用已有知识解决工程问题的自觉性，因此在机件表达方法的辅导、一般类零件表达方法、典型机构零件表达方法、行业特色典型机构零件表达方法、行业特色图样阅读方面对课程体系进行调整。

(1) 在机件表达方法的辅导和一般类零件表达方法环节，加强理论教学手段，开发理论教学多媒体CAI课件以体现课程教学内容、思维特点以及反映轴、盘、支架、壳体类零件几何形体表达、尺寸标注、技术条件的课程培养特点，通过教学使其得到不断完善，在图学表达能力培养方面发挥作用。

(2) 在机件表达方法和一般类零件表达内容环节，根据图学实践教育的重要性，与理论教学对应配套1:1学时的实践环节，以轴、盘、支架、壳体类零件的课内工程测绘、表达方案的讨论以及相应的工程图样绘制加强学生这两方面能力的培养。

(3) 在典型机构零件表达方法和部件表达方法环节，主要采取与工程测绘实践相结合的方式进行，以部件实物测绘方式对部件及其典型零件进行工程图样的表达绘制，以加深学生对工作原理、装配关系、零件的组成、零件之间的相互作用、尺寸公差、材料以及表达方案的选择等内容的理解。

(4) 在行业特色典型机构零件表达方法环节，主要结合目前正在开展的机械产品设计相关的研究工作，如石油钻采用的泵阀及运动装置等都由结构典型的各类零件组成，教师带领并辅导学生通过集体讨论、分工协作的方式，绘制其工程图样，如图2所示，增强学生对具有行业特色零部件的表达能力。

2.3 空间分析能力的培养

空间分析能力的培养方面主要在基本体组合分析、形体构形分析、图与物的相互转化分析、画图与读图的形体分析和线、面分析环节开展课程教学工作。

(1) 在基本体组合分析和形体构形分析环节，采取案例教学结合课上、课后作业练习的方式，课内测绘组合体模型，通过视图选择、组合体形体分析、三视图绘制等内容加强学生对形体分析方法的理解和应用。另外，与图感培养相结合，给出组合体的一组视图，如图3所示，让学生尽可能多的构想空间形状，锻炼学生空间想象能力。

(2) 在画图与读图的形体分析、线、面分析和图与物的相互转化分析环节，以课上讲解具体实例、课下作业实践辅导方式为主，一方面让学生分析基本体形状和空间位置，利用形体分析方法对形体进行假想拆分，并应用于读图和画图，此外，还要锻炼学生还原基本体、分析截面及交线，并应用于读图与画图的能力。

2.4 现代制图能力培养

现代制图能力是能够直接反映学生的课程学习效果的可靠手段，课程教学的最后阶段，补充制图能力的培养，可以激发学生的工程实践意识和创新意识，提高动手能力，主动运用图学知识，得到设计成果。在工程图学教学内容改革的基础上，课程中补充工程图样的计算机辅助绘制以及工程零部件的三维几何建模的教学和实践内容[10]，分别采用最新版本的AutoCAD和SolidWorks工程软件。

AutoCAD软件辅助工程图样绘制的教学内容包括图样绘制、编辑、图层、图块、尺寸标注等，在实践环节中[11]，主要针对具体的组合体、曲线图案、一般类零件，如轴、盘、支架、壳体等的图样绘制、尺寸标注为内容对学生进行培养，示例图样如图4(a)所示。SolidWorks软件辅助三维几何建模的教学内容包括草图绘制、零件特征造型、零部件智能装配、工程图样的生成设计等，在实践环节中主要针对典型的一般类零件的三维特征建模，以及齿轮泵、快速阀等部件所组成零件的三维几何建模和装配进行培养实践，示例图样如图4(b)所示。

图2 用于学生实践锻炼的防喷器装配和零件图

图3 用于锻炼空间想象能力的一组视图

3 石油钻采装备工程实验环节设计

工程图学课程的实验、实训环节一直以来课时安排不够充分，实验目标不够清晰，学生很容易将其认为学期末简单的拆装测绘，未能达到课程安排的培养目的[12]，然而合理设置这一环节，是可以很好地培养学生的工程自觉意识。因此，依托本校的石油石化行业背景，开展工程图学课程石油钻采机械测绘实验环节的设计工作。

实验平台的建设突出我校图学课程的石油、石化行业特色，从大一开始加强对石油机械的认知，为学生后续石油类专业课程的学习打下良好的基础，所采购的钻采机械装备用于师生的室内拆装、工程测绘和主要工作原理的讲解，并在图学课程教学中增加石油钻采机械图样教学内容。此外可以在假期课程设计中，针对部分有兴趣、有潜力的学生开设钻采机械产品创新设计的选修课，进一步培养学生的工程意识和实践能力。

目前实验平台正在建设中，现阶段购置的设备包括：井口转盘套、钻机传动减速器、螺杆马达钻具、液压油管钳、井下抽油泵、实验台架及设备的拆装工具等各两套，并配套钻采机械测绘网上实验室和测绘展示橱窗等进行支持。根据教学安排和工程意识培养目标，尽可能发挥实验平台的最大作用，计划开设的图学课程及其他相关课程的实验项目如表1。

表1 实验环节的课程设计

4 结 束 语

依托工程图学精品课程的快速建设，在学生的工程意识、实践意识和创新意识的教学培养方面得到了进一步的重视，进而开展了充分的课程改革探索。基于工程意识培养创新课程教学方法并配合设计行业特色的工程实验课程环节，为学生图学能力和工程能力的提高提供了广阔的空间，也适应了本科阶段的基础理论课程与工程意识培养的人才教育目标。现阶段课程建设和改革是一个长期的系统工程，还需要不断优化课程内容、配套特色实验设备和条件，循序渐进地提升教学质量，同时重视加强教学师资队伍的建设，通过丰富中青年教师的工程经历提高教学水平。

[1] 宋爱国, 吴 涓, 崔建伟. 测控技术与仪器专业学生工程意识培养与创新教育的探索[J]. 中国大学教学, 2012, (1): 41-43.

[2] 陆 怡, 徐明华, 邹海燕. 建设现代工程中心实践教学平台的思考[J]. 实验技术与管理, 2012, 29(7): 110-113.

[3] 任正义, 刘思嘉, 王 冬. 现代工程师的工程意识[J].实验室研究与探索, 2013, 32(3): 194-198.

[4] 段志坚, 杨甫勤, 田广才, 杨玉琦. 改革工程制图教学理念构建全程教育课程体系[C]//2012管理创新、智能科技与经济发展研讨会论文集, 2012: 104-107.

[5] 姜文锐, 宫 娜. 拔尖人才培养模式下的工程图学教学研究[J]. 图学学报, 2014, 35(3): 455-458.

[6] 石永军, 刘 峰. 机械工程实验教学中心建设与创新人才培养[J]. 实验技术与管理, 2014, 31(2): 110-113.

[7] 杨 谆, 张士杰. 工程制图实践教学体系建设的研究与实施[J]. 中国科教创新导刊, 2012, (4): 87-88.

[8] 伊 鹏, 刘衍聪, 马晓丽, 张 琳. 工程图学“图感”形成过程分析及教学实践研究[J]. 中国电力教育, 2013, (31): 84-85.

[9] 刘衍聪, 马晓丽, 伊 鹏. 现代图学教学中的图感因素探析[J]. 图学学报, 2013, 34(6): 110-113.

[10] 瞿 军, 朱玺宝, 张来红. 以精品课程建设为牵引创新工程制图实验教学[J]. 实验室研究与探索, 2008, 27(6): 33-34.

[11] 刘克非, 汤小红, 吴庆定, 胡劲松. 建筑类工程图学实践创新型教学内容与方法的研究与实践[J]. 图学学报, 2013, 34(6): 123-129.

[12] 丛文静, 朱玺宝, 赵 敏. 工程制图虚拟实验室的建设及应用[J]. 实验技术与管理, 2011, 28(11): 176-179.

Analysis of Engineering Graphics Ability Training Methods Driven by the Engineering Consciousness Education

Yi Peng, Liu Yancong, Niu Wenjie, Zhao Junyou, Qin Zhen
(College of Mechanical & Electronic Engineering, China University of Petroleum, Qingdao Shandong 266580, China)

It is important and urgent to cultivate students′ engineering consciousness in undergraduate education. In this paper, the main contents of modern engineering consciousness and ability are analyzed by taking the engineering graphics course as an instance, and the teaching contents in close contact with the engineering consciousness are explored. Based on the feasible scheme of engineering consciousness cultivation, various teaching methods are innovatively designed, and experiment platforms for engineering consciousness improvement are constructed. As a result, a three-dimensional teaching system with diverse methods is finally formed, which provides an effective way for the cultivation of modern innovative engineering talents with strong theory foundation.

engineering consciousness; graphics capabilities; cultivate methods; experimental courses

G 642.0

A

2095-302X(2014)06-0935-06

2014-07-24；定稿日期：2014-10-04

中国石油大学(华东)青年教师教学改革资助项目(QN201411)；中国石油大学(华东)研究性课程教学改革资助项目(YK201319)

伊 鹏(1983-)，男，山东淄博人，讲师，博士。主要研究方向为工程图学。E-mail：yipupc@163.com