机械类专业《画法几何与机械制图》课程教学改革的探索★

王颜辉， 樊彩转， 穆丽娟

（山西能源学院机电工程系， 山西 晋中 030006）

引言

在建筑工程、航空航天工程、机械工程等领域，工程制图都有着非常重要的地位，而工程图样就是工程制图的重要技术语言，也是生产制造的重要依据。对于工科类学生来说，《画法几何与机械制图》课程是他们必须要掌握的一门基础课，但它又不同于数学、英语等基础课，它是实践性、专业性、逻辑思维性很强的一门专业基础课，对学生的要求很高。该课程的讲授和学习在工科类学生的本科学习阶段也是相当重要，不仅仅要求学生掌握该课程的理论知识，更重要的是学会利用该课程的知识解决实际问题。

针对机械类专业本科学生开设的画法几何与机械制图课程分为两大部分，分别安排在大一年级第一学期和第二学期。第一学期主要讲授画法几何部分，第二学期主要讲授机械制图部分。但是由于每学期总课时数的限制，画法几何部分的课时数往往少于机械制图部分的课时数，而且因为学期与学期之间明显的时间界限，导致在学生的思想里，画法几何和机械制图是毫无关系的两门课程，这其实是与本门课程设立的初衷相违背的。甚至有很多同学会疑惑画法几何部分的内容与工程实际有什么关联？如何实际应用该部分的内容？该部分内容与第二学期所学的机械制图部分有什么关系？

1 目前课程特点

《画法几何》与《机械制图》是两门侧重点不同但关联度又很高的课程，《画法几何》偏重于点、线、面的投影以及解决平面、空间几何问题，《机械制图》偏重于体，更注重培养学生的绘图、读图、表达能力。两者在本质上具有不可忽视的联系[1-2]。本学院定位为应用型本科院校，而目前根据课时安排，我院机械类学生的《画法几何》课程总课时数与《机械制图》课时数不相上下，而课内实践课时数前者要多于后者，同时根据本院学生的学习基础以及学习效果回馈，可以在原有制图课思路的基础上进行改善，找到一个更适合本院学生的教学体系。

目前制图课授课方式大多采用传统理论教学为主，少量课内实践为辅的教学模式，学生学到的知识很大程度上取决于老师课堂上所讲内容，阻碍了学生学习自主性，学生不能很好地接受课程知识，缺乏对课程的学习兴趣，很多学生以期末考试为目标，不注重对课程的应用实践，致使很多学生在今后毕业设计中以及工作中不能很好地学以致用，画出的机械图漏洞百出。即使今后走上机械相关的工作岗位仍然对制图课知识掌握不熟练，无法满足工作岗位需求。

另外，机械制图课程大纲要求的课内实践课时数有限且规定死板，教师往往只能根据大纲要求安排课内实践课学生需要完成的绘图任务，而大纲要求的实践课内容主要依据是书本知识，并没有结合实际生产岗位需求，不能以实际工作为依据进行授课[3]。因此传统的教学模式不能很好地达到该门课程设立的初衷，预期效果也不理想。学生在课内实践中所画图纸没有放到实际生产中，不能严格按照技术要求，会让学生误以为机械制图严谨性一般，能画出来即可。但事实上机械制图要求非常精确，不得有半点闪失，否则造成的损失不可估计。

随着应用型本科高校课程改革的逐步推进，受到智能制造和人工智能的影响，传统课堂教学模式的弊端渐渐凸显出来，教学上面临的挑战也越来越大，为了更好地激发学生学习兴趣，提高教学质量，更好地让学生学以致用，工作后更好地实现自身价值，机械制图的教学改革是必然的[4]。

2 改革措施

2.1 增加实践教学课时数

适当减少机械制图部分的理论课时数，增加实践课时数，每一章内容讲完以后都应该增加2 课时的课内实践课，锻炼学生的读图、绘图能力，使学生能更加深刻地理解理论课所讲内容，能更好地将制图知识应用到实践中。除此以外还应该在大一第二学期末增加一周时间的集中实训，这对学生将来做专业课课程设计、毕业设计以及毕业后解决工作中遇到的问题都有很重要的意义[5-6]。另外，目前《机械制图》课程中的实践课更注重手工绘图，而将计算机辅助设计的课时量安排的很少甚至没有，即使重新再开一门AutoCAD 课程也会将课程安排至大二或大三来上，这样会造成两门课程的脱节，学生能够掌握CAD 的使用却不能很好地掌握CAD 在机械图纸中的应用，即仅仅会使用该软件而已而没有“辅助设计”这样的能力。所以很有必要增加课程实践课时数，这里的实践课时数包括手工绘图和计算机绘图两部分，且建议在学期末有一到两周的集中实训时间。期末成绩不能仅仅取决于期末考试的书面成绩，而应该将平时成绩的比重适当增加。平时成绩除包含平时上课表现、作业完成情况、平时出勤情况外，更应该加入实践教学环节所得成绩，实践教学中提交的作业成绩按比例换算成平时成绩加入到总成绩中，而且应该逐步提高实践教学成绩所占的比例，让学生意识到绘图实践的重要性。建议实践课成绩占平时成绩的比例不低于70%，每次提交的作业根据学生的绘图质量进行单独打分，每次的分值按比例换算成百分制算入到平时成绩中。

2.2 鼓励学生参加制图相关比赛

将大学生竞赛与机械制图课程直接相联系，可以激发学生学习热情的同时提高学生的竞争能力，将三维建模和3D 打印技术融入教学中，为大学生实践创新比赛搭建平台。除了课上教师的讲授与指导外，课下学生可自主进行创新性设计，能有效影响该课程现有的教学模式，有力地推动该课程的教学改革。目前相关比赛中学生参与范围较广的为全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛，参赛的高校涉及二百多个高校，以机械类、建筑类、水利类、道桥类专业为主，涉及的项目有尺规绘图、三维建模、3D 打印等，与学生课上所学知识息息相关。通过参加此类大赛，学生可以找到自己的不足之处进行弥补。例如参加制图类大赛，就需要组成小团队，长期进行专项训练，这样会形成一种长期学习制图的氛围，也能达到部分带动整体的目的。另外通过参加各种比赛，教师还可以和其他院校的相关教师交流，对比各种教学方法对学生学习的帮助作用，找到适用于本校学生的教学方法和教学大纲。

2.3 将三维建模引入到理论课程中

学习《机械制图》课程初期，很多学生空间想象力不够，尤其是在学习截交线、相贯线，根据已知视图补画其他视图时，单凭口头描述或者死板的解题并不能使同学们对题目有直观的了解，即使单个题目弄明白了也不能保证遇到其他题目时能独立解答[7]。由于目前企业需要的不仅仅是只具有绘图、读图能力的毕业生，同时还需要能够进行自主创新设计、数据计算、结构分析的人才，综合这些方面考虑，三维绘图软件的使用显得尤为重要。这就对机械类本科毕业生提出了更高的要求，要求他们不仅具有熟练绘制二维图的能力，还应该具有建立三维模型并基于三维模型进行计算、分析、仿真等的能力。另外三维模型对学生培养空间想象力帮助非常大，在讲授理论课时，边进行三维建模边进行讲授，学生纷纷表示能更好地接受所学知识，空间想象力也有了很大的提升，同时还能学会三维建模的方法。可以尝试在《机械制图》课程中适当增加计算机造型部分的内容，并着重讲三维建模的原理，讲授一种三维软件的使用方法入门，建议将该部分的内容安排在讲组合体之前。在后续章节的讲授过程中，可以体会三维建模在课程学习方面对学生的帮助效果，同时可以边讲授边进行课程总结，以便对接下来的课程改革进行调整改进。

目前常用的计算机辅助设计、分析制造三维建模软件有UG、CREO、Solidworks 等，在讲授组合体内容前，引导学生学习一种三维建模软件。在接下来几个章节的学习中，例如，组合体、轴测图、机件的图样画法、装配图等，三维模型对课程的学习都将起到非常大的帮助作用。组合体学习过程中涉及到的形体分析法，单纯靠理论讲解以及学生的空间想象力去理解该部分内容确有些困难，但如果在教学中引入三维建模软件，将各基本体分别建立模型，并通过基本体与基本体之间“相加”或“相减”的运算，就可以构造出不同的组合体，然后转换成工程图即为课上所讲的投影视图。在这个过程中，很直观地展现了三维实体模型和工程图之间的转换，将实体和视图之间的关系连接起来，学生可以更好地掌握视图中各部分的真实含义。机件的表达方法中涉及到的剖视图、断面图都是假想的用一剖切面剖切机件，剖切后根据规定再进行投影，这种假想的剖切就增大了同学们的学习复杂程度，同时对剖切具体位置难以准确选择。将三维实体模型引入进来可以让学生直观地看到机件的具体结构，尤其是复杂的内部结构，从而决定剖切的具体位置，对剖切后的机件进行投影。这样大大降低了该部分的复杂程度，激发学生的学习兴趣，取得更好的学习效果。

2.4 鼓励学生动手制作模型

在学习机械制图课程的过程中，对学生的空间想象力要求很高。但是学生在学习和实践的过程中，由于个体差异，会有部分内容单凭空间想象力无法理解。在本次教学改革中，我们建议鼓励学生通过3D 打印的形式，自己制作部分模型。学生自己制作模型可以使学生人人都主动参与到课程的学习中去，在学习中逐渐探索新知识，变抽象的想象力为空间实物，可以激发学生学习积极性的同时加深学习印象。模型的制作不仅仅可以应用到机械制图课程中，还可以在画法几何课程中体现出来。可以通过实体模型与二维图的对比清楚地体会到投影规律、点与点之间的相对位置关系、线的投影、线与线的相对位置关系、面的投影、面与面的相对位置关系等。为节约课堂时间，提高学习效率，动手制作模型的任务按小组进行分配，任务需要在课上指出并进行适当引导，但任务需要在课下时间完成，课上可以以制作的模型为例进行实际讲解。这种教学模式不仅有助于学生学习机械制图课程，对学生的专业课程学习也会有很大的影响，对学生综合能力的提高有很大的帮助。今后在其他专业课程的学习中，该种教学模式也可以作为参考。

2.5 调整教学大纲

现有教学大纲着重强调理论教学部分，课内实践教学部分安排课时较少且实践课内容多与理论课内容一致，能够达到巩固课上所学知识的目的，但是对于学生将来做毕业设计、走向工作岗位等来说，还是有一定的欠缺。为了让学生更好地学以致用，将来更好地服务于本专业，可以适当进行教学大纲的调整。画法几何部分内容多且集中，考试中所占比重大，但是在今后工作中多为间接使用，直接涉及到的不多，我们可将画法几何部分内容进行集中讲解，对于那些中学时期已经学习到的知识点尽量压缩课时，可以给出学生一些自主学习的建议和学习资料，不仅提高了课上学习效率还锻炼了学生的自主学习能力。画法几何部分的课内实践课时可设置为2 课时，或者全部为理论课程。为了将机械制图中的零件图、标准件、表达方法、装配图重点讲解，并多加实践，可以将机械制图课程（大一第二学期开设课程）中的组合体、轴测图内容提前到画法几何课程中讲解。机械制图课程的课内实践课时可设置为12～14课时。另外，对于原教学大纲中各个章节的重点内容进行适当调整，应以今后学生学以致用为主要目的设定，而不能完全以考试为主要目标。

2.6 教学内容与生产实际接轨

作为工科类专业的学生，所学的知识一定要能应用到实践中去，不能只讲究理论知识，最后只能纸上谈兵而不能解决实际问题。学生选择了该专业，就应该自始至终明白自己将来要从事的工作岗位对自己所学知识的要求，尤其是对专业课的要求。在机械制图课程的讲授过程中，教师应该在原有教学模式的基础上引进目前相关企业的一些实例和要求，保证学生在课堂上所学知识与生产实际能接轨，学生所学知识对以后的工作具有一定的实用价值。讲到零件图、标准件、装配图时，应以企业真实案例进行讲解，并严格要求学生按生产实际做课内实践。如有条件在讲该部分内容时，应让学生去相关企业认识学习，将所学理论知识真正的掌握熟练。

3 结语

对于机械类学生来说《画法几何与机械制图》课程是一门实践性要求很强的专业基础课，但根据目前的培养方案要求，该课程的课时量较之前有所减少，实践教学环节也相应被缩减。根据目前的教学大纲，各个章节重点难点内容是与期末考试内容相一致的，上课内容多以期末考试为主，不能很好地将理论课内容与生产实践相结合。教师只有在该课程上进行合理的课程改革，提出有效的改革措施，才能提升学生的动手实践能力，加深对理论课知识的理解，从而更好地利用所学知识解决实际问题，增强学习的积极性，为后续专业课奠定坚实基础。