大工程觀機械制圖教學(xué)改革與實踐

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1大工程觀理念

大工程觀的本質(zhì)就是將科學(xué)、技術(shù)、非技術(shù)、工程實踐融為一體的，具有實踐性、整合性、創(chuàng)新性的工程模式教育理念體系。大工程觀作為一種新型工程教育理念體系，1993年由美國麻省理工學(xué)院（MIT）院長喬爾•莫西斯提出。大工程觀教育理念更加重視工程實際以及工程教育本身的系統(tǒng)性和完整性，得到了國內(nèi)外教育界的認(rèn)可。在我國，2010年教育部啟動卓越工程師教育培養(yǎng)計劃，專家們指出，未來的優(yōu)秀工程師應(yīng)該具備大工程觀，這既是科技發(fā)展的趨勢、學(xué)科交融的必然，又是社會的需求；2014年國務(wù)院召開常務(wù)會議部署加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育，進(jìn)一步強調(diào)了以實踐為基礎(chǔ)的工程教育目標(biāo)。由此可見，培養(yǎng)大工程觀的工程教育理念已經(jīng)成為高等工程教育改革的方向。大工程觀要求工程教育提供綜合的知識背景，強調(diào)工程的實踐性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性。大工程觀特別強調(diào)培養(yǎng)一名優(yōu)秀的現(xiàn)代化工程師應(yīng)該主要具備以下3個方面的能力：

（1）工程實踐能力。

既強調(diào)單元工程的設(shè)計能力，更關(guān)注單元工程與系統(tǒng)、與環(huán)境的關(guān)聯(lián)，強調(diào)用聯(lián)系的觀點分析和解決工程實踐中出現(xiàn)的問題。

（2）多學(xué)科的背景以及多方面的能力。

既強調(diào)專業(yè)知識領(lǐng)域內(nèi)的知識要點，更強調(diào)各個知識領(lǐng)域之間的關(guān)聯(lián)性和整體性，關(guān)注多學(xué)科的交叉與融合。強調(diào)所具備能力的多樣性，包括學(xué)習(xí)能力與自學(xué)能力、工程思維能力和創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力與組織能力等。

（3）職業(yè)道德以及社會責(zé)任感。

不僅要有高超的科學(xué)技術(shù)水平，還要有良好的人文素質(zhì)，即宏思維能力，強調(diào)能把科技創(chuàng)新活動同人類社會的重大問題緊密結(jié)合。基于大工程觀的高等工程教育理念，課程改革是核心，大工程觀要在教學(xué)中通過各門課程加以落實。課程教學(xué)改革重點要處理好較寬的知識應(yīng)用能力與較系統(tǒng)的專業(yè)知識體系的關(guān)系。

2機械制圖課程教學(xué)特點

機械制圖課程是理工科大學(xué)機械類專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生識圖和繪制機械圖樣的能力，具有很強的工程實踐性。在大工程觀背景下，機械制圖課程的教學(xué)存在著與高素質(zhì)應(yīng)用型人才的高等工程教育培養(yǎng)目標(biāo)不適應(yīng)的地方，主要體現(xiàn)在：

（1）過于重視學(xué)科的發(fā)展以及學(xué)生科學(xué)知識的獲得，而忽視學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)；過于重視學(xué)生專業(yè)技術(shù)知識的學(xué)習(xí)，而忽視學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，以致在專業(yè)學(xué)習(xí)與實踐工程中，學(xué)生實際應(yīng)用能力較差，能夠用到實踐中的產(chǎn)品設(shè)計能力弱，準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)、快速的完成視圖表達(dá)能力凸顯不足。

（2）傳統(tǒng)的教學(xué)采用以二維為主線的教學(xué)方式，整體、直觀表達(dá)不夠，使得學(xué)生對該課程難入門，且三維建模與形體表達(dá)能力不夠。

（3）教學(xué)手段貧乏，仍以課堂講授為主，課程缺少綜合性、與實際應(yīng)用緊密聯(lián)系的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，更缺少客觀考核學(xué)習(xí)效果的評價方式。教學(xué)空間封閉，尤其缺少引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)較復(fù)雜機構(gòu)圖樣的項目，不利于工程思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3課程改革的思路與內(nèi)容

機械制圖課程改革，即應(yīng)適應(yīng)大工程觀理念的高等工程教育培養(yǎng)目標(biāo)，強調(diào)工程意識、工程素質(zhì)、工程實踐能力的培養(yǎng)。近年來，課程組在機械制圖課程教學(xué)活動中，堅持以大工程觀教育理念為導(dǎo)向，突出工程應(yīng)用這一主題，在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了一系列改革與實踐，取得了初步成效，對其他課程起到了示范作用。

（1）以制圖大賽為風(fēng)向標(biāo)，引入工程教學(xué)理念。

一方面，將國家制圖標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練作為常規(guī)化教學(xué)，通過常規(guī)化的國家制圖標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練，使學(xué)生制圖時做到結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、圖紙表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)、尺寸及技術(shù)要求標(biāo)注可測可加工，避免設(shè)計出來的圖紙不能應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中的尷尬。另一方面，以大賽要求深化教學(xué)理念，強化設(shè)計、制圖、表達(dá)三者間的關(guān)系，切實提高學(xué)生的綜合運用能力和現(xiàn)代設(shè)計能力。以制圖大賽作為課程教學(xué)的風(fēng)向標(biāo)，可以幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，以大賽標(biāo)準(zhǔn)作為常規(guī)化教學(xué)，對學(xué)生工程實踐能力的獲得具有重要意義。

（2）引入三維—二維—三維的教學(xué)方法，突出直觀教學(xué)。

傳統(tǒng)的制圖教學(xué)以二維設(shè)計為主線，這種方式增加了抽象思維的難度，影響教學(xué)效果。三維—二維—三維的雙向教學(xué)方法，則突破傳統(tǒng)教學(xué)方法，以三維作為教學(xué)的切入點，采用直觀教學(xué)，更好的幫助學(xué)生掌握教學(xué)難點。由于三維實體模型具有形象、直觀的特點，使學(xué)生對制圖方法的掌握更為容易。等學(xué)生具備基本的二維圖制圖能力后，再由二維回到三維建模。使學(xué)生既能掌握由零部件到工程圖的轉(zhuǎn)換，完成設(shè)計的過程，又能實現(xiàn)由工程圖到具體的零部件的轉(zhuǎn)換，從而能夠校驗設(shè)計過程的合理性，理解設(shè)計的過程是一個不斷反復(fù)、不斷優(yōu)化的過程，以符合現(xiàn)代工程設(shè)計的需要。三維—二維—三維的雙向教學(xué)方法，可以讓學(xué)生通過虛擬樣機的虛擬裝配、干涉檢查、機構(gòu)運動分析等操作避免產(chǎn)品試制過程中可能遇到的問題，從而提高工程實踐應(yīng)用能力。

（3）融入項目法教學(xué)，教學(xué)輔導(dǎo)因材施教。

教學(xué)過程中，融入項目法教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。用符合專業(yè)實際需要的案例給學(xué)生布置學(xué)習(xí)任務(wù)，以此引出教學(xué)內(nèi)容。以學(xué)生為主體，分組合作，在此過程中以建議的形式給學(xué)生提供必要的知識信息，以提問的形式引導(dǎo)學(xué)生拿出解決方案。然后對不同的方案進(jìn)行討論、分析、選出最佳方案。教學(xué)過程中，加強對學(xué)生的個體輔導(dǎo)，并針對不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)因材施教。融入項目驅(qū)動教學(xué)法，將變學(xué)生被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維與求異思維，對培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力有極大的促進(jìn)作用。

（4）創(chuàng)辦第二課堂，提高創(chuàng)新能力。

創(chuàng)辦第二課堂，加強課外輔導(dǎo)，采用項目驅(qū)動經(jīng)行教學(xué)，滿足不同層次學(xué)生的需要，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力。項目內(nèi)容來源于兩方面：一是大賽項目；二是學(xué)生自主構(gòu)思產(chǎn)品，如科技論文報告會參賽作品。教學(xué)過程中將制圖與表達(dá)方法相結(jié)合。老師給出項目任務(wù)后，由學(xué)生利用三維軟件完成構(gòu)思設(shè)計或建立實物模型（如用橡皮泥制作），結(jié)合模型的特點，選擇不同的表達(dá)方法（包括不同的剖切面和剖切種類），加以分析比較，選擇合適的方法完成二維平面圖，繪制零件圖和裝配圖。最后建立三維動畫，驗證設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。通過第二課堂，學(xué)生根據(jù)自己的認(rèn)知水平、知識結(jié)構(gòu)層次自由選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，自行規(guī)劃、安排學(xué)習(xí)進(jìn)程，達(dá)到學(xué)習(xí)個性化的目的。

（5）考核方式。

考核，有利于強化學(xué)生的技能訓(xùn)練。科學(xué)、合理的考核方式應(yīng)該注重對學(xué)生素質(zhì)和能力的考查。《機械制圖》是一門工程性、實踐性都非常強的專業(yè)基礎(chǔ)課，其有效的考核方式尤其應(yīng)突出學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，強調(diào)繪圖的工程可用性。《機械制圖》的考核可分為三個部分：徒手繪圖、課程結(jié)束性考試和項目設(shè)計考查。徒手繪圖能力考核，占課程總成績的20％。這部分考核，應(yīng)突出考核徒手繪圖及機件表達(dá)能力，從視圖表達(dá)和尺寸標(biāo)注，到最終形成圖紙，要求圖線清晰、投影正確、尺寸標(biāo)注正確合理、字體工整。課程結(jié)束性考試，占課程總成績的50％。考核內(nèi)容包括：繪圖基礎(chǔ)知識的掌握和工程圖的閱讀、分析與繪制。繪圖基礎(chǔ)知識含：機械制圖的國家標(biāo)準(zhǔn)、幾何作圖；常用的基本投影方法；平面體、曲面體的三視圖及體表面取點；常用的平面與回轉(zhuǎn)體相交的截交線；平面體與回轉(zhuǎn)體的表面交線和圓柱正交的相貫線等等。工程圖的閱讀、分析與繪制含：組合體、軸測圖、典型機件、標(biāo)準(zhǔn)件與常用件的讀圖繪圖方法、符合國家標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)畫法及尺寸標(biāo)注方法；裝配圖、零件圖的工藝結(jié)構(gòu)、尺寸標(biāo)注、表面粗糙度及技術(shù)要求的標(biāo)注方法；公差與配合、形位公差的標(biāo)注方法；從裝配圖拆畫零件圖，并合理的標(biāo)注零件的尺寸等。項目設(shè)計考核，占課程總成績的30％。項目設(shè)計內(nèi)容，需結(jié)合工程實例，指定幾個機械產(chǎn)品，讓學(xué)生分組選做。讓學(xué)生利用第二課堂，通過討論、作業(yè)、測繪和計算機繪圖等環(huán)節(jié)完成一個復(fù)雜機構(gòu)的產(chǎn)品設(shè)計與建模。該項目考核中強調(diào)結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計理念，提高三維設(shè)計能力，因此對該部分30％的考核比重分配建議：對二維設(shè)計的能力考核占課程總成績的10％，要求能夠選擇合適的方法完成二維平面圖，繪制零件圖和裝配圖；對三維設(shè)計的能力考核占課程總成績的20％，要求能建立三維動畫，驗證設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

4結(jié)語

以大工程觀教育理念為指導(dǎo)思想，對機械制圖課程進(jìn)行課程建設(shè)和教學(xué)改革，極大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高了教學(xué)效果，增強了學(xué)生的機械制圖能力。自2009年來參加高教杯制圖大賽，多次獲得國家級一等獎、二等獎的優(yōu)異成績。實踐證明，大工程觀教育體系有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

作者：高恒強 單位：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）機電學(xué)院