基于“卓越计划”的工程图学教学改革研究

惠学芹 刘道标 吴进 陈西府

摘 要： 文章以“卓越计划”为引导，分析了工程图学课程的教学现状，对工程图学课程的教学体系、教学内容、教学手段和考试方式等进行了改革与研究。

关键词： 卓越计划 工程图学 教学改革

教育部启动“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”），其主要目标是面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量的工程技术人才。“卓越计划”具有三个特点：一是企业的深度参与；二是按照企业标准培养人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力，明确了我国工程教育改革发展的战略重点[1]。

在工程教育背景下，以“卓越计划”为引导，强化培养学生工程能力和创新能力的要求，其核心是对学生进行科学的思维训练。工程图学课程作为工科学生接触的第一门专业技术基础课，是工科院校实现人才培养目标的重要基础课程之一，课程的主要目的是在正投影理论的基础上，借助图形表达培养学生的创新思维能力和工程素养。考虑企业对工程人才的要求和我国当前高等教育实际，探索一套以创新思维与设计绘图能力培养为核心、现代化教育技术为手段、有利于培养和提高学生工程素养及工程设计能力的行之有效的教学方法，使学生创新能力的培养行之有效。

一、教学现状

工程图学课程主要由制图基础、画法几何、机械图样、计算机绘图和课程设计五个模块组成，分两个学期完成。工程图学的教学处于传统教学方法与现代教育手段深度结合期，多媒体课件的应用提高了课堂教学效率，但仍以传授知识为主，忽略学生能力和素质的提高，课程体系、教学内容没有与时俱进，与“卓越计划”人才培养脱节。由于该课程实训性很强，掌握制图的基本知识和基本能力需要课后大量的作业训练，学生在毫无工程背景、缺少工程实践经验的前提下，仅靠课堂教学难以掌握，学生实践课程课时严重不足，缺乏必要的实践性训练，动手能力和工程素质的培养缺乏有效的途径；对学生学习效果缺乏科学、合理的评价方式，目前我校仍以传统的考试方式为主。教学体系是以表达二维投影图为主，显然该模式不利于培养学生的空间想象能力、设计能力、实践能力和创新能力，与卓越工程师的培养目标不相吻合。

二、教学改革

1.教学内容的调整

（1）对画法几何部分、机械图样等内容的调整。

重新修订《教学大纲》，调整制图基础及画法几何、机械图样的内容，削减画法几何中点、线、面的投影理论知识，所需内容可融入基本体中介绍，去除画法几何中在制图部分应用极少或用计算机可方便求解的图解法内容；适度降低截交线和相贯线的教学难度；轴测图内容不必单独成章，将其内容穿插到基本体、组合体及机件表达方法等章节中介绍，这样更有利于学生借助轴测图进行读图和绘图；去掉在制图部分应用较少的投影变章节，所需换面法的内容可在斜视图、斜剖视图中补充介绍。点、线、面的投影规律，基本体投影及其表面上取点、线，立体表面交线线、组合体作图等则是制图的基础，这些内容是环环相扣、紧密联系的，必须进行系统的讲解，让学生全面掌握。机件的表达方法及规定画法、简化画法等必须让学生熟练应用，尺寸和技术要求的标注必须从基础知识部分就重点强调，直到零件图和装配图都能规范地标注为止。

（2）对计算机绘图内容的调整。

目前计算机绘图的主要内容包括平面图形的绘制、三维实体的形成及尺寸和技术要求的标注等。为了切实提高学生的计算机绘图能力，安排大量的上机教学和练习时间。把制图的理论知识部分穿插在上机教学中，如制图的基本知识、国家标准介绍与AutoCAD绘图界面放在一起介绍；点线面投影结合CAD的基本绘图命令教学；截交线、相贯线、组合体等内容和基本三维实体形成、叠加式组合体和切割式组合体原理展示给学生；标准件和常用件与CAD的块和属性的操作相结合。这样既可以减少理论课的学时，又有利于学生边学边练，在理解和掌握制图的基本理论与技能的同时，培养学生较强的空间想象能力和动手能力。传统画法几何及制图基础内容在减少的同时，增加三维设计内容，有利于培养学生的空间思维及动手的能力。

计算机绘图虽已普及，但尺规作图仍是学生掌握制图规范、培养学生绘图技能及空间思维能力的重要途径；计算机绘图技术是一种绘图环境和工具，是图板和丁字尺的发展和延伸。实践证明，只有掌握制图知识的人，才能更好地掌握和使用计算机绘图；徒手图具有快速、灵活、高效的特点，在机器测绘、方案讨论、技术交流、现场记录均要用到徒手图，通过徒手绘制草图的训练，培养学生表达产品设计构思的能力；构形设计是一种淡化设计和工艺的专业性要求，只是把形状构造出来，实现物体形状的模拟或根据给定条件构造实体，这种创意构形、形体表达的过程，对于空间想象能力和创新能力的培养非常有利[2]。因此，在教学内容中应有尺规作图、计算机绘图、徒手绘图及构形设计四种绘图能力的培养。

（3）对实践教学环节的调整。

动手能力培养、工程素质培养是工程图学课程的职责。学生在课堂上、书本里学到的理论知识，只有经过亲身实践、亲力所为的动手操作，才能将所学知识转化为实践行为和能力。加强训练是培养学生动手能力、工程素质的有力举措[3]。工程图学的教学的终极目标是培养学生绘制和阅读工程图样的能力，为学生以后的研究设计和生产工作打好基础。我们安排学生集中在两周进行一级齿轮传动减速器的测绘，在测绘过程中让学生进行分组，通过对相关零件的观察、分析，测绘并徒手画出各零件草图；用尺规画出指定的零件图；利用计算机绘图软件建立三维模型、虚拟装配并分解成爆炸图；利用CAD软件绘制指定的零件图；最后用尺规完成一张0号的减速器装配图并进行答辩。通过这样的综合实践，改变过去以二维图形为核心的实践教学模式，不仅改进學生的设计思维方式，掌握先进的设计表达方法，而且增强学生的工程设计意识。

三、教学方法与教学手段的改革

随着计算机技术的迅猛发展、3D打印机技术的出现和快速应用，通过学科知识交叉渗透发展工程图学课程及如何围绕以投影基础为核心，针对培养学生思维能力和图形表达能力的内容展开课程改革，是图学教育者必须思考的问题[4]。

1.构建新的课程体系

画法几何、机械图样、计算机绘图三个模块在内容上循序渐进，既互相渗透又自成体系，应使它们有机结合起来。在理论教学中将形体分析法、线面分析法、构型分析法均作为学生画图、读图、进行工程设计训练的基本方法，强化创造性构型能力的培养。在实践教学中，注重尺规作图、徒手作图、计算机绘图三种绘图技能并重的培养模式，使学生具备准确、快速表达设计创意和理念的能力，从而完成教学目标由单纯图解、图示向培养创造性构型能力方面的转移。根据企业目前对人才的要求及“卓越计划”的目标，工程图学的改革应将以二维投影图为核心的传统教学模式转变为以从责任意识、标准意识、制造过程知识、教学实践环节等方面着手，对学生进行工程意识的启蒙教育，在工程图学教学过程中渗透工程意识的教学模式，建立以培养学生的工程设计能力、实践能力及创新能力为主线的教学体系。

2.教学方法的改革

在课堂教学中，采用“启发式”、“互动研讨式”“案例式”等多种形式的教学，课前先梳理出每个章节的难点和重点，然后反复进行讲授和引导。将单一的课堂教学扩展到课堂教学、学生自学、查阅资料、讨论实践等多种形式中，发散学生的思维，培养学生的求知欲。同时，引导学生利用AutoCAD中的三维功能，自己动手构造在截交线、相贯线、组合体练习中遇到的实体模型，再现画法几何和制图作业中的空间情况。使学生在课内、课外实践教学环节中，能融合课堂所学知识、学会查阅工程资料、锻炼图示表达能力和绘图技能[5]。教师注重恰当增加工程实践元素，将生产环境与工程图学教学环境有机结合、有效衔接，将制图知识与工程实际设计与制造有机结合，加深学生对课程知识的理解，使学生更快捷地学习和理解制图课程的内容，提高教学质量。

3.教学手段的改革

（1）以多媒体教学为主，兼顾传统的教学方式。

以多媒体技术为基础的CAI课件教学具有图、文、声并茂的优点，可明显地提高教学效率。但由于其速度快，信息量大，留给学生思考的时间少，教学内容和教学次序相对固定，常常会使教师的主导地位被掩盖，显得程序化，还要借助传统教学方式中的黑板板书、实体模型及三维设计为主线的教学方法等。板书能把教学内容与教师的教学方法和思维方式全面地展示出来，实体模型则让学生感觉到所学的知识是看得见、摸得着的，非常直观地体现原理和方法，三维形体具有较强的可视性，能准确地反映工程师的设计思想；直接利用零件模型数据进行虚拟装配、生成相应的二维投影图，从而增强学生的感性认识和加快对知识的理解。

（2）采用多元化的教学手段。

采用“启发式”教学方法，教师应及时、灵活地使用黑板板书和教鞭，使教师的经验得以展示，且师生的思维同步互动，通过提问、启发将教学内容引人课堂教学。教师在讲解一定教学内容期间可以进行师生互动，还可以结合学生创新设计的内容，师生交流创新感想和研讨创新问题，激发学生学习课程内容和进行课外创新。通过“学生示范讲解”教学方法，一方面可以使学生起到示范辐射的作用，提高广大学生学习的积极性，促进学生自学，激发学生兴趣，使学生注意力更集中、稳定和持久，思维更积极活跃，即有利于知识的获取和知识的保持。另一方面教师能够及时掌握学生课程学习水平，以便及时对学生补充指导[3]。通过“案例式”教学方法，将计算机绘图的内容穿插到制图基础、画法几何、机械图样相应的章节，使学生更好地掌握工程图学、计算机绘图的知识。根据教学内容适时应用机械CAD/CAM软件可以将产品的功能、设计、装配仿真等内容生动地展现出来；可以对部分产品进行有限元分析、运动分析、数控模拟加工等后置处理。这种融合教学能使学生初步了解现代产品设计、制造的基本流程及所涉及的前沿技术，强化学生的工程意识，培养学生的工程素质。采用多元化教学手段表达传授制图知识和软件应用，强调继承传统教学与二者有机结合、优势互补[5]。

4.加强师资队伍建设

高等教育质量的提高关键在于教师素质的提高，大学教师在高等教育体系中起着主导作用，“卓越计划”要求教师具有良好的工程实践能力，不断更新工程知识，教师要站在本学科的前沿，追踪本学科的发展动向，保持教学内容和教学手段的“科学性”及“时效性”。为此，我校为“卓越计划”的学生配备学校和企业“双导师”，学校导师和企业导师分工协作，有机配合，共同为学生课内实践、企业实习实践和工程项目开发及科技创新等提供指导。充分发挥校内导师与企业导师的优势，促进学生学业规划、工程项目研究、企业实践的顺利开展。组建复合型教学团队，吸收专业课教师加入。实施图学教师交叉授课，至少还要讲授一门其他相关课程，或者参与相关的课程设计、机械创新大赛、专业实习和毕业设计指导等实践教学工作，使学生在大一学习到的图学知识，与大二、大三的课程设计、生产实习和大四的毕业设计等形成台阶，不间断地逐层深入地学习图学知识，互相渗透、有机结合、有效拓展和纵向延伸，形成台阶式教学模式，强化图学与专业课之间的融合和纵向贯通。课程设计、生产实习、毕业设计等设计图纸和答辩等教学环节必须有图学教师参与指导、监督、评定和答辩，从而使图学分散在各个不同阶段得以强化。

四、结语

以“卓越计划”为目标的工程图学的教学改革体现在教学内容、教学方法及教学手段等一系列方面，强调工程实践能力和工程设计能力的培養，把实践教学、工程案例融入理论教学的各知识点，不仅增强了学生的学习动力，而且对培养学生的读图能力、绘图能力、构形能力、创新能力、工程意识和工程素质都有深远的意义。通过改革工程图学教学手段，提高了工程图学课程的教学效率和教学质量，为学生后续课程学习、毕业设计和将来从事信息化制造业工作打下了基础，进而有利于培养高素质的创新型和应用型人才。

参考文献：

[1]葛长虹，马筱聪，李大龙，等.构建基于“卓越工程师教育培养计划”和CDIO的工程图学教学体系.工程图学学报，2014（2）：121-126.

[2]梁培生，朱波，吴巨龙，顾金凤，等.工程制图教学改革的研究和实践.科技信息，2010（3）：188-189.

[3]伊鹏，刘衍聪，牛文杰，等.以工程意识教育为导向的工程图学能力培养方法探析.工程图学学报，2014（6）：935-940.

[4]穆浩志，王晓菲，柳丹，等.卓越计划背景下的工程图学教学改革探讨.模具工业，2014，40（11）：60-70.

[5]季阳萍.现代图学教育亟待解决的两个倾向问题.黄河水利职业技术学院学报，2014（4）：83-85.

[6]高征兵，秦永法，等.基于“卓越计划”的工程图学课程改革.装备制造技术，2014（9）：283-285.

教改项目编号：2015JSJG264

2015年江苏省高等教育教改项目“面向先进制造业应用型高级工程人才培养的校企协同育人机制研究”