机械制图三结合实践教学模式的探索

杨 薇，张京英，张 辉，佟献英

（北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081）

机械制图课程是机械类本科生在进入大学后，接触到的第一门与中学课程区别极大的课程，也是工科学生接受工程意识训练的首门课程，是学生以后专业学习和从事机械工程领域工程技术工作的基础课程。

机械制图课程的教学目标是培养学生的空间想象能力和分析、解决问题的能力，培养学生设计表达能力，拓展学生创新性思维空间。因此，机械制图教学要把重点放在学生画图和读图能力的实践训练上。如何更好地深化教学内容和方法的改革，提升教学质量，如何贯彻“面向工程、宽基础、强能力、重应用”的卓越工程师培养方针，成为我校机械制图课程组深化教改工作的重要而紧迫的课题。

1 目前机械制图实践教学中存在的问题

近年来, 随着教育教学改革的不断深入，尽管在教学内容的整合和教学方法手段的优化方面做了很多工作，但学生的实际应用能力还是相对较低。在机械制图实践教学中存在一些需要深入细致研究的问题，主要表现在3个方面：

（1）从课堂教学来说，先进的多媒体课件已经基本取代了过去传统的手写板书，课堂教学变得形象、生动及信息量大。但基于多媒体课件的发展现状，完全摒弃在黑板上画图，仅依靠多媒体教学，某些细节的教学效果并没有预期的那么好。

（2）从CAD软件教学来看，由于实践环节少，学生熟练应用CAD软件的能力较差，CAD软件与制图课程的整合，没有达到应有的效果。

（3）从课程安排来看，机械制图综合测绘的内容和形式多年不变，不同专业的学生测绘的产品基本一样，并且测绘要求与实际设计流程脱节。

2 三结合实践教学模式

针对以上问题，我们提出三结合实践教学模式，在教学方法和手段、教学内容、教学体系上进行了改革尝试。

2.1 课堂教学中教师的示范实践与多媒体课件相互配合

机械制图课程由画法几何与机械制图两部分组成。画法几何是机械制图的投影理论基础，掌握投影理论是学好制图的先决条件。学生在学习这部分内容时，一定要注重反复实践和思维的训练。面对授课对象是深受应试教育影响的大一新生，他们习惯了传统的理论教学，很少与生产实际接触，因此缺乏动手实践的意识和能力。课堂上，虽然多媒体课件能够形象、生动地讲解投影理论及作图方法，但是学生在自己动手作图时，总觉得茫然，没有顺序概念。更有部分学生，投影规律倒背如流，可一到自己作图，就不知道如何应用，甚至于在后来所画零件图中连基本的投影对应关系都得不到保证。经过对比分析，发现以前应用传统的板书教学时，学生的动手能力还是相对比较强的，原因在于学生在课堂上除了获取理论知识以外，更观摩到了老师一笔一画地示范演示，课后做作业时能够比较容易地“模仿”老师。而相比板书教学，现在的CAI课件，速度快得多，学生就像看电影，只注重结果，而容易忽略过程。因此，考虑到学生初次接触实践性很强的画法几何知识，注意掌控课堂的节奏，适当加入板书作图，以身示范，引领学生乐于和易于自己动手画图。

机械制图部分重点是培养学生绘图和阅读机械图样的能力，更需要精心安排多种教学手段，来提升学生的工程意识。长期以来，空间想象能力和缺乏机械加工实践体验一直制约着学生对实际机械产品投影图形的理解，是机械制图教学环节中的重点和难点，多媒体课件能够很好地解决这两个问题。如多视角展示复杂零件的三维模型，对学生提升空间想象力和读图能力起到很好的辅助作用。在讲授零件合理结构时，引入各种机械加工视频，不仅丰富了教学内容，使授课内容有声有色，而且开阔了学生的眼界和思路，使学生对书本知识有了深刻的理解，培养了工程分析的能力。在讲授CAD软件绘图操作时，教师从头到尾地完成一个具体实例的每一步操作，学生观摩到完整的示范过程，将会事半功倍的开始他自己的作业练习。因此，将教师的示范实践与多媒体课件很好地结合使用，能在细致入微之处提升对学生动手实践能力的培养，使课堂教学效果更上一层楼。

2.2 CAD软件与课程内容紧密融合

我国从“十一五”开始推行制造业信息化工程，实施工业化和信息化融合，经过多年的努力，已初见成效，目前大部分机械制造企业采用CAD进行数字化产品设计。邬贺铨院士认为，两化融合首先应该进一步优化教育体制，尤其是大学教育对人才的培养，要从应试教育转为素质教育，拓宽专业领域，进行学科交叉，开阔学生思维，真正激发学生的探索创新积极性，培养出大批时代急需的复合型人才。因此，将CAD技术引入制图课程是大势所趋。目前国内多数制图教材将CAD技术作为一个章节加以介绍，约占全书内容的十分之一[1]。但如何开展CAD内容的教学，是多年来不断争论的一个话题。经过调研国外高校和国内名牌大学，我校设计的教学方案是：以项目式目标驱动，使CAD作为工具，为制图课程内容服务，达到CAD与传统制图的完全融合，采用课堂教学与实践教学相结合的教学模式。具体方案是分阶段讲授CAD基本操作，在机房人手一台电脑，边讲边练。课外作业是以小组形式分别完成不同油泵的所有零件二维图、三维造型、装配造型、创建部分工程图和表达视图。在讲标准件和常用件时，教授AutoCAD的使用，作业为绘制螺纹紧固件连接图和齿轮啮合图；讲零件图时，教授Inventor软件的造型功能和生成工程图；讲装配图时，教授Inventor软件的装配功能和创建表达视图。项目中期进行检查答辩，监督各小组进展情况。项目结束提交各种电子文档和PPT结题报告。在8周时间里，以项目为目标驱动，学生学会使用两种CAD软件，边学边实践的教学模式，提高了学生的学习兴趣和实际操作能力。随着实践项目的不断推进，学生获得极大的成就感，对自己动手画图不再产生畏难情绪，一部分学生甚至痴迷于制图课。

2.3 综合测绘与专业以及数字化设计有机结合

机械制图综合测绘是学生学完理论课后的一个重要的实践教学环节，也是学生首次进行的设计训练，可以使所学的知识得以融会贯通。由于大学四年的学习是一个系统工程，各门课程之间的衔接非常重要，如果这个训练与学生所学专业相关性较强，对学生后续专业课的学习将会有更大帮助。因此从系统工程角度，我们在设计制图综合测绘内容和形式时，综合考虑学生所学专业和现代数字化产品设计的实际流程，选择不同的产品进行训练，使制图内容与后续专业学习有更好的衔接，同时也进一步提高CAD软件的设计使用能力。改革后的综合测绘的具体内容和任务是：将学生6～8人分为一组，选择与专业相关的产品进行测绘（如车辆专业选择汽车或摩托车上的机油泵等），各组产品不同，要求学生拆卸零件，选择表达方案，徒手绘制草图，测绘尺寸，然后根据对规格、性能等数据的改变要求设计一款新产品，利用计算机进行零件的三维实体造型、产品的装配造型设计，并对新产品虚拟样机进行模拟运动干涉检查，及时修正零件设计，最后由三维软件出零件图和装配图。这样的课程内容设计，有利于学生综合能力的训练，既符合实际的设计流程，提升学生的工程意识和工程素养，又培养了学生的实践创新能力、协作精神和交流沟通能力[2]。

3 三结合实践教学模式的效果

对于教学质量和培养实践创新型人才，三结合实践教学模式起到事半功倍的效果, 制图课程深受广大学生欢迎。

3.1 制图课内更加有吸引力，富有成果

制图课程内，学生的学习兴趣和整体的学习氛围有很大提升，制图实践能力和学习能力明显提高。第一学期的第一节课，通过强调制图课程对完成“卓越工程师”培养计划的至关重要的地位和意义，学生们产生了立志做一名卓越工程师的荣誉感和使命感，激发了极大的学习兴趣。在整个课程期间，学生上课提前“抢占”前排座位，课下小组定期讨论，制定项目实施安排等。尤其可喜的是个别班级还产生了一些“小老师”，在班级自行组织的制图学习研讨会上，做串讲和答疑。整个班级洋溢在一个良好的学习氛围中，并感染到其他班级学生的踊跃加入。

注重实践教学后，制图课完全改变了学生以往高中式个体的学习方式，引进了团队协作学习模式，以组为单位完成项目，相互督促，相互学习，兴趣更大，效率更高，效果更优。遇到学习上的困难，学生们更积极主动地去想办法解决，不管是手工绘图还是软件使用的速度和准确度都有很大提升。

3.2 制图课外搭建多个实践平台，知识应用纵深化

采用三结合实践教学模式以来，为鼓励学生在课外应用制图知识，提高制图实践能力，使优秀学生脱颖而出，首次开设面向全校的以实践教学为主的制图开放实验和公选课[3]，成立了“三维成图空间”学习型学生社团。这些平台的搭建，更激发了学生的学习兴趣和动手实践的激情，调动了学生的科技创新积极性，在学生群体中形成了一种良好的学习制图和实践创新氛围。同时，也实现了不同专业学生之间的知识交流。学生们跨专业、跨年级组队参加各级别的课外科技创新活动和竞赛，一些低年级的学生在高年级的带动下提前进入到所学专业方向进行科创活动，多个项目获得大学生科技创新立项[4]。

3.3 实践教学模式下的课外参赛，成绩显著

去年9月，全面实施机械制图三结合实践教学模式以来，我校学生参加竞赛多次获奖。今年暑期，我校第二次参加全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛，荣获团体一等奖，而在去年，我校首次参赛却无缘团体奖项。值得一提的是，去年底，我校有4支队伍参加全国信息技术应用水平大赛之高端装备制造综合技能分项，两只队伍入围全国总决赛，其中一组获得本科以上组别唯一的特等奖（见图1）。特等奖作品——游梁式智能抽油机的全部三维造型由一名大二的制图优秀学生完成，并且现场实操考核——从装配图拆“画”各零件三维造型并装配，得到28分的好成绩（满分30分），这在实践教学改革以前的学生中是不可能完成的工作。今年，我校有10个团队或个人提交了三维作品参加BICES中国——第二届工程机械及专用车辆创意设计大赛，其中获得一等奖和优秀奖各一项。学生参赛获奖反过来又在低年级学生中掀起学习制图的热潮，学生们热衷于学习和科创，良性循环，成绩喜人。

图1 学生实践作品

学生参加大量的课外实践，提高制图实践能力的兴趣高涨，反过来也丰富了制图课程的教学内容，对及时发现教学中的薄弱环节、提高教学质量有很大帮助[5]。

4 结论

在“以学生为主体，以教师为主导”的教学理念指导下，在机械制图课程中构建三结合实践教学模式，通过课堂教学手段的细致策划、CAD和制图的紧密融合以及综合测绘的内容和流程设计，抓住实践应用性强的课程特色，课内、课外相互呼应，激发学生的学习兴趣，达到培养学生的实践创新能力的教学目标，很好地解决了工科学生第一次接受工程训练的教与学的矛盾，为他们今后的专业学习奠定了良好的基础。在以后的教学工作中，将不断完善三结合实践教学模式下的学生考核评价体系，以做到每一个学生的学习过程都能得到监督和检查。

[1]张京英, 张 辉, 焦永和.机械制图[M].北京: 北京理工大学出版社, 2013: 357-384.

[2]刘 伟.实践教学中应用型人才培养模式的研究:以山东省德州学院机电工程系实践教学为例[J].高等教育研究, 2008, 25(4): 29-31.

[3]林大钧.实验工程制图[M].北京: 化学工业出版社,2009: 84-87.

[4]刘卫东, 卜 丽.DSP实验课程教学研究与探索[J].实验技术与管理, 2012, 29(3): 170-172.

[5]王 斌.浅论开放式实验教学与创新人才培养[J].实验室科学, 2008, 25(2): 35-36.