基于项目教学法的机械类专业“工程图学”教学模式探讨

高爱民，张克平，杨小平

(甘肃农业大学 工学院，兰州 730070)

【教育教学方法研究】

基于项目教学法的机械类专业“工程图学”教学模式探讨

高爱民，张克平，杨小平

(甘肃农业大学 工学院，兰州 730070)

“工程图学”课程的学习需要通过大量实践环节进行训练和培养。项目教学法把图学问题与工程实践相结合，使学生按照图学课程的思维方式不断探求知识，解决问题，其具体实施过程需包括项目主题的确定、项目的框架与计划、项目的实施和项目的评价四个阶段。应用项目教学法对齿轮泵装配图和零件图的教学实践表明，该教学模式能明显提升学生绘制零件图和装配图的合理性、正确率和绘图速度，是提高装配图和零件图教学效果的有效途径。

工程图学；项目教学法；教学模式

图样是工程与产品信息的载体，是工程界表达与交流的语言。通过“工程图学”课程的学习要培养学生用二维图形表达三维形体能力、形象思维能力、构型设计能力、绘图和读图能力及工程意识、标准化意识等，这种综合能力的培养更是“工程图学”课程教学的难点。近年来，广大图学教育工作者对如何培养学生应用图学理论正确表达工程形体，以培养适应社会需求的人才进行了广泛研究，取得了很多成果，但仍存在许多问题。项目教学法是一套系统的教学方法，它是对复杂的、真实的问题的探究过程，是以现代认知心理学思想、自适应学习理论和探索性学习架构为基础，采用类似科学研究与工程实践的教学方法，促进学生主动学习、自主发展的一种新型的教学方法[1-2]。

一、工程图学课程的特征与教学难点分析

1.工程图学课程的特征

图是人类描述世界、表达思想、交流知识的基本工具，是人类共同的语言，协助人的思考与交流。[3]图样是科学技术界的语言，用于传递设计与加工的构想。工程图学课程是高等院校中一门重要的技术基础课，用图形来研究工程与产品的图形信息表达、图形理解和图样的绘制，具有较强的系统性、抽象性和实践性。工程图学的教学是以图形为主，研究由空间抽象到平面，再由平面想象到空间的复杂转化过程。最终目标是培养学生对三维空间几何形体的想象和二维工程图样的绘制与阅读能力。

2.工程图学课程的难点分析

工程图学课程内容包括投影理论、构型方法、表达技术、绘图方法、工程规范及专业绘图技术六个部分，对学生能力要求较高。

(1)思维方式新颖，影响学习积极性。利用投影理论将三维物体表达成二维图形，或根据二维图形想象空间形体，对于大学新生而言，需要具备较强的空间想象能力，这种能力在先行课程的学习中很少得到锻炼，学生在学习工程图学课程时积极性容易受到打击，部分学生会对课程学习丧失兴趣，影响学习效果。

(2)工程图样涵盖信息丰富，学习难度增加。工程图样既反映设计者的意图，也是制造和检验的重要依据，涵盖了产品设计、制造、检验等诸多信息，其各个阶段所需要的信息在图样中以图形、尺寸、技术要求、材料等信息体现出来，这些信息的表达往往与设计意图、加工工艺、装配安装要求、材料性能等方面紧密联系。传统的教学过程往往是将这些信息单独讲授，而未形成统一的体系，导致学生学完图学课程以后，大都按照投影原理绘制图形，尺寸标注不合规范、技术要求不会标注或者标注不完全等问题层出不穷，未能反映设计和制造等要求，不能用于生产实际。

(3)工程图学课程与生产实习、课程设计、毕业设计环节衔接不紧，制图能力得不到及时训练，影响学习效果。“工程图学”课程是所有工科专业学生上大学后接触的第一门与专业有关的技术基础课，其后要经过生产实习、课程设计、毕业设计等环节的训练，从图学课程学习到毕业设计结束，图纸上所表达的信息是逐步被学生理解和消化的，而这些训练环节都间隔一个甚至几个学期，这就势必造成知识链、记忆链的断裂，使专业知识学习的连续性、系统性和完整性受到影响，导致课程设计和毕业设计图纸中图样表达不清或表达不规范等问题普遍存在[4-6]。

二、基于项目教学法的机械类本科专业“工程图学”教学模式构建

机械类学科具有应用性和实践性强的特点，一个完整的机械产品的设计最终需要用机械图样表现出来。一个产品的设计到制造完成可看作一个项目的完整实施过程。项目完成的质量取决于设计的质量和制造水平的高低，而设计的质量体现在工程图样的质量上。学生只有完全了解了设计对象的功能、性能要求及制造方法和过程后，才会给出正确的尺寸、合理的技术要求，这对于初学机械设计的学生来说难度可想而知。因此，工程图学课程的教学必须与生产实践结合起来，要让学生了解产品设计和制造是一个复杂的过程，必须通过实践检验才能完成设计任务。

基于项目教学法的“工程图学”教学模式是在学习时给学生首先设定一个设计项目，学生通过对现有实物模型的拆装、测绘、生产实习等实践环节，了解了产品的功能、配合要求、制造过程之后再进行学习的过程。教师在这些环节中需要给学生进行启发指导，使学生带着问题不断探索，直至绘制出正确的工程图样。教师也可以按照一些学生绘制的工程图样进行加工制造，最后完成一个小部件的装配，然后分析存在的问题，让学生明白自己设计的图样为什么不能制造，或者制造的零件不能用于实践，从而达到熟练掌握这门课程的目的。

项目教学法是以项目的实施为主线，让学生参与项目，从实践中探索知识，进而掌握知识的过程。与传统教学模式的根本区别在于其通过项目的实施调动了学生的学习主动性，是学生通过接触项目后掌握知识的过程，而非传统的课堂灌输知识。教师能否科学地引导学生进行学习，项目实施环节能否保质保量是项目实施成功与否的关键。项目的实施是一个系统工程，教师必须负责协调好各个环节的衔接与联系，为项目的顺利实施做好保障。

项目教学法包括项目主题的确定、项目的框架与计划、项目的实施和项目的评价四个阶段。项目主题的好坏直接影响教学效果，教师要以教学大纲为依据，紧扣教学目标确定项目主题并提出明确的项目要求，制定的项目既要涵盖教学基本知识点，又要难易适中，制定的项目既要使学生有学习兴趣又要能够完成。项目主题确定后，教师要认真研究教学内容，在教师的引导和组织下，经充分讨论制定详细的项目框架和实施计划，以小组为单位确定任务分工，制定详细的技术路线图，明确每个环节所要达到的目标要求，最好提出具体可控的衡量指标，以便对项目的实施情况进行评价。项目的实施环节要充分发挥学生的主体作用,教师是项目完成的帮助者和促进者,学生在教师的指导下开展探索式的主动学习，大多数学生可能对如何进行探索式学习束手无策，教师要不断对学生进行启发引导，为学生指明研究方向。该环节可采取师生互动、共同讨论的交流方式，教师且不可只负责为学生确定项目而不去参与项目的实施环节，因为这样可能会导致部分学生对项目产生畏难情绪而敷衍了事，影响项目的实施，也不利于各小组任务的衔接。项目实施完成以后，最好根据项目任务指标制定详细的评分表，学生先将自己任务的完成情况与任务指标进行对照，做出自我评价，然后教师根据学生的自评情况进行点评，分析项目的执行情况，掌握学习情况，针对具体问题进行讲解分析，同时对学生的实践能力、分析能力、合作能力和解决实际问题的综合能力进行综合评价，写出总结报告。最后，教师要依据教学大纲要求，把基本知识串联起来讲解一遍，对项目中没有涉及的知识进行补充。

专业绘图部分是“工程图学”课程教学的重点，也是整个课程学习的根本落脚点。专业图样涵盖了投影理论、表达方法、技术制图、专业规范等几乎所有图学知识，是对所学图学知识的高度概括和应用。其中由于设计意图、加工工艺、装配安装要求、材料性能等方面体现出来的图形信息理解而不能正确绘制图形，已成为制约工程图学教学效果的技术难点。把项目教学法引入机械类专业“工程图学”课程的教学就是要把工程图学知识同工程实际应用结合起来，让学生真正理解工程图样的意义，能将其绘制正确。为此，项目教学法的实施应该重点放在专业绘图部分的教学中进行，即放在“工程图学”课程教学的后半程进行。

三、基于项目教学法的机械类本科专业“工程图学”教学案例分析

1.项目主题与要求

项目主题：教师负责准备一台能正常工作的齿轮泵，并指导学生完成齿轮泵的拆装实习，之后完成齿轮泵零件图和装配图的学习任务，并能正确绘制零件图和装配图。最后进行总结归纳，对项目实施做出自我评价。

项目要求：(1)完成齿轮泵拆装实习，了解齿轮泵的性能、用途、结构、工作原理及其部件中各个零件的装配关系和定位关系。(2)绘制被测部件的装配示意图和装配图。画装配图时教师要提示学生注意从装配图所表达的目的出发，重点表达齿轮泵的工作原理、主动齿轮与从动齿轮的安装关系，齿轮与轴的配合性质、主从动轴与泵体的配合关系、泵体和泵盖的连接关系、安全装置的工作原理及安装关系。画图时应该先从装配基准件——主动轴，并按先近后远、先上后下、先小后大的顺序画图。(3)绘制被测零件的零件图。分小组分别完成齿轮泵重要零件的零件图。画零件图时教师要提示学生从零件与部件的关系出发，搞清楚零件表达方案的选择必须以能清楚表达零件的形体特征为原则。零件图与零件在部件中的作用和零件的加工工艺密切相关，如主动轴需与联轴套、键、主动齿轮、泵体、泵盖共同配合才能完成其将外部动力传递给主动轴并带动从动轴转动的目的，因此主动轴的形状与其他配合零件相互影响，并要满足一定的强度要求。配合部位需提出表面质量要求以保证正确安装和工作寿命。根据功能要求，零件和零件之间需形成间隙、过盈、过渡三种不同的配合性质，这些配合性质需通过尺寸公差加以保证，间隙和过盈量可通过测绘感知。最后教师要带领学生现场参观轴的加工过程，让学生弄清尺寸、形状误差的由来，并在图中加以标注。(4)标注被测零部件的尺寸和技术要求。

2.项目框架和计划

项目教学法是师生通过共同实施一个完整的项目而进行教学活动的教学方法。根据装配图和零件图教学大纲要求，具体实施框架计划如表1所示。制定计划时需注意对各组任务之间的相互衔接和小组之间的通力协作，避免各小组只关注自身任务而忽略其他环节，不能将知识形成完整的体系而影响了学习效果。

表1 装配图、零件图项目教学计划书

3.项目的实施

项目的实施环节是教学的关键环节，教师要组织各小组一起拆卸部件，并测绘零件，绘制草图，其间教师要组织各小组进行讨论、交流。对于零部件的装配，教师先组织学生拆卸，启发学生按照装配干线进行拆装，告诉学生装配图的表达只有坚持以各条装配干线为序进行绘图，才能符合装配图的表达要求。要清楚装配关系的表达和零件图的表达是不同的。装配环节要特别注意配合的松紧程度与零件在部件中的工作状态的关系，注意记录相邻零件之间的定位关系。由于图形信息的表达已在前面章节进行了学习，在零件草图绘制过程中，教师要让学生重点讨论零件尺寸标注的合理性以及技术要求的标注。教师可组织学生深入车间参观实习，完成齿轮泵轴的加工，以此了解零件的加工和检验过程，启发学生探索零件制造和零件图上标注信息之间的关系。教师要先提出问题，让学生带着问题参观实习。学生在经过小组讨论后确定本组草图和技术要求的标注。学生在教师规定的时间内完成项目后上交。教师可采取小组讨论、答辩的形式对作业进行批阅。针对普遍存在的问题进行讲解，以解决装配图和零件图的绘制问题。

4.项目的评价

教师将各小组完成的图形和正确的图形进行对比分析，从项目的实施情况，各小组的任务完成情况，部件和零件的表达方案选择，尺寸标注的正确性、完整性和合理性，技术要求选择的合理性等方面对各小组的作业进行打分，而后以讨论的形式形成组内评价、组件互评和教师评议结果。教师最后再引导学生系统学习一遍装配图和零件图，以便建立形成完整的知识体系。

5.项目的实施效果

笔者在教学过程中对甘肃农业大学机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化、交通运输三个专业进行了三年对比教学试验，其中在机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化专业工程图学教学中采取了项目教学法，交通运输专业采用传统教学法，结果表明，采取项目教学法教学的班级，绘制零件图和装配图时对技术要求的标注方面较采取传统教学方式的班级更加全面，正确率更高，绘图速度也有明显提升。

四、结语

项目教学法的特点适应于工科专业课程特征，改变以往传统的教学模式，将“工程图学”的学习与生产实践紧密结合，将课堂转移到实验室，边动手、边思考、边探究、边学习，在实训过程中，使书本上静止不动的知识成为活的知识，既提高了学生的学习兴趣、增加了学习主动性，又强化了知识的记忆和应用，极大提高了教学效果。

[1] 宗亚妹，封世新，汪木兰.系列化探究式项目教学的管理模式与方法[J].中国现代教育装备，2011，(23):13-16.

[2] 周明虎，汪木兰，封世新.项目教学法的实施与典型案例分析[J].中国现代教育装备，2010，(13):6-8.

[3] 王晓红，单鸿波，金怡，等.基于空间想象的工程图学思维逻辑分析[J].东华大学学报(自然科学版)，2013，39(4):449-552.

[4] 刘梅英，任奕林，王巧华，等.工程图学系列课程实践教学探讨[J].机械制造，2013，41(1):82-84.

[5] 马亚丽.机械类本科专业“工程图学”课程内容体系与教学方法探讨[J].吉林工程技术师范学院学报，2013，29(1):66-67.

[6] 杨建中.项目教学法教学模式与传统教学模式的比较研究[J].昆明冶金高等专科学校学报，2008，24(2):13-15.

【责任编辑 曹 静】

Teaching Model of “Engineering Graphics” Course for Mechanical Engineering Majors Based on Project-teaching Method

GAO Ai-min, ZHANG Ke-ping, YANG Xiao-ping

(College of Mechanical Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Learning the course of “Engineering Graphics” needs a lot of practice to train and develop. Project-teaching method can make graphics problems combining with engineering practice. Project-teaching method can make students to search for knowledge and solve the problem according to the graphics course way of thinking. The implementation of the process of project-teaching method includes four stages, which are the determination of subjects, the framework of project, the implementation of the project and the evaluation of the project. Application of project-teaching method in assembly drawing and part drawing teaching about the gear pump shows that the project-teaching method can significantly improve the rationality of drawing, accuracy and drawing speed. Project-teaching method is the effective way to improve the teaching effect of about assembly drawing and part drawing.

engineering graphics; project-teaching method; teaching mode

2015-04-24

甘肃农业大学重点课程建设项目：机械原理

高爱民(1981—)，男，甘肃庆阳人，甘肃农业大学工学院讲师，甘肃农业大学农学院博士研究生，主要从事作物栽培学与耕作学研究。

G642

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1009-5128(2015)16-0037-04