新形勢下《工程圖學》課程研究性教學改革及方案探索

盧敏 南京航空航天大學機電學院 210016

新形勢下《工程圖學》課程研究性教學改革及方案探索

盧敏 南京航空航天大學機電學院 210016

分析了國外實施研究性教學的先進模式，結合我國圖學教育的現(xiàn)實狀況，提出了適合我國國情的圖學改革方向與建議。主要從課堂教學、實踐環(huán)節(jié)以及教學工具和教材建設等方面提出改革意見，主要目標是培養(yǎng)學生的研究性學習方式和創(chuàng)新意識。

工程圖學；教學改革；研究性教學；創(chuàng)新

為了適應時代的發(fā)展，我國的“十一五”規(guī)劃綱要對建設創(chuàng)新型國家和人力資本強國作出了全面的規(guī)劃和部署。國家的經(jīng)濟建設和國際化交流，也越來越體現(xiàn)出對高層次、創(chuàng)新型的人才的旺盛需求。高等院校作為人才的培養(yǎng)基地，必須走在時代的前列，擔負起培養(yǎng)新型人才的歷史重任。繼承傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式的優(yōu)點，積極借鑒和發(fā)展國外先進的教學理念和成功經(jīng)驗，根據(jù)自身的特點，探索適合我國國情的大學創(chuàng)新型人才培養(yǎng)改革。而在本科階段實施研究性教學是一個國際化的趨勢，從90年代開始，各國在這方面已取得一些值得借鑒的范例。

一、國外實施研究性教學的成功經(jīng)驗及分析

以美國加州大學圣迭哥分校為例[1]，其成立于1960年，經(jīng)過近50年的發(fā)展，已成為知名的一流大學。其工程圖學相關課程有3門，分別是《工程圖學和設計入門》、《計算機輔助設計和分析》和《計算機圖形學》。其中《工程圖學和設計入門》和國內的工程制圖比較接近，也有一定的區(qū)別。在課堂教學部分，每周4學時，主要內容有：①制圖的基本原理，包括第三分角投影三視圖、軸測圖、剖視圖、尺寸和形位公差、零件圖和裝配圖；②計算機輔助設計軟件教學，主要AutoCAD二維繪圖和Inventor三維建模及動畫制作；③機械設計的基本知識，主要有緊固件、軸承、齒輪和帶傳動的設計。另外，教學中貫穿著素質教育，如誠信教育、團隊合作意識、口頭表達技巧等內容?？梢?，其與國內的教學存在相似的地方，但也有值得關注的差別。實踐教學部分，與課堂教學緊密結合。要求學生每周參加至少3次的實踐活動，課程有專門的實驗工場和計算機房。實驗工場內有多種常見的機床，如鉆床、金屬折彎機和焊接設備等。計算機房有30余臺計算機和打印設備。課程中要求完成2個左右的實驗項目，每4人一組，合作完成指定的機械時鐘設計并加工成型，完成后各組進行演示和比賽，選出優(yōu)勝團隊，成績計入總分。

在日本的岡山大學[2]，基本機械制圖課安排在第3學期，共60學分。其中講課占8～10學時，其余為任課教師和輔導老師指導學生繪圖練習。講課內容與我國相似，但近幾年刪掉了畫法幾何部分。在第4學期開設計算機繪圖（CAD）課程，為選修課，共30學時，全部在機房上課，主要講授AutoCAD軟件的基本操作，繪制工程圖等。在第6學期開設機械設計與制圖課，共60學時，最后給出實例，要求學生提交設計書和圖紙，設計書成績占30%，圖紙占40%，答辯占30%。但在大一階段，學生須參加一年的生產(chǎn)實習，第一學期主要學習零件的各種加工方法，類似于國內的金工實習；第二學期要求動手制作一些實例如陀螺儀等，并進行評比。

英國高校[3]開設的“工程制圖”課程的主要任務是培養(yǎng)具有繪制和閱讀工程圖樣的基本能力的專業(yè)工程技術人才。在教材中大量刪減了理論性的內容，同時加強了工程實用性內容。不僅完全刪除了畫法幾何部分，還將平面立體、曲面立體及截交、相關部分大大削減，直接從基本體入手，到復雜的組合體，將點、線和面得投影規(guī)律融合在形體的投影之中。另外非常重視徒手繪圖的能力，特別是軸測圖部分的徒手繪圖能力，認為這是現(xiàn)代工程設計人員快速表達設計意圖的手段，可以記錄瞬間的創(chuàng)意構思和靈感，這是儀器繪圖和計算機繪圖所不能取代的。在教學方法上，在教授專業(yè)知識的過程中，注重培養(yǎng)學生的專業(yè)素質和能力。教學方法具有很大的靈活性，充分運用啟發(fā)式、討論式、提問式和自學式等手段，變“學會”為“會學”，教師只是以明確的主題、精煉的內容和清晰的思路引導學生積極思維。其中，教育部門明確要求采用課堂分組討論的教學方法，提出一問題后，由學生自己收集資料找答案，并寫出結果報告，小組討論選出優(yōu)秀者。

從以上國外進行研究性教學的過程與內容上可以看出，其核心理念是“以學生為中心”，目的是在教與學的過程中培養(yǎng)學生的研究力和創(chuàng)新力，以及團隊合作能力。為了實現(xiàn)這一目標，各國所采用的教學模式雖存在差異，但都具有以下的共同點：⑴ 實現(xiàn)教學與科研的結合；⑵ 教師的角色轉變?yōu)橐龑橹鳎瑒?chuàng)造條件使學生有機會參與研究工作，且學生的學習主動性得到增強；⑶ 教學模式多樣化，教學的流程經(jīng)過精心的設計；⑷ 注重理論學習與社會實踐的結合；⑸考核的方式實現(xiàn)階段化和多樣化。

但是，研究性教學在實施的過程中也存在著一些難點：（1）典型案例和問題難以設計。在現(xiàn)實背景下，案例的難度要適中，要有利于知識的學習和積累。同時，教師要有實際工作的背景，高質量的案例是教師長期實際工作和科研積累的體現(xiàn)。（2）教師和學生花費的時間增加，工作難以量化。教師在篩選和撰寫案例時，要花費很多的時間，作業(yè)的答案是開放的、個性化的，教師在評價時也要花費更多的時間。對于學生，也要花費很多的課外時間收集資料，尋找答案，甚至動手制作一些實物，如果同時選修多門這樣的課程，勢必造成沉重的負擔。（3）不利于知識的系統(tǒng)學習。這類課程的學習是基于問題(案例) 的解決，因此，學生會將主要精力集中在解決問題的知識部分，忽視聯(lián)系不緊密的知識點，從而使知識的學習缺乏系統(tǒng)性。

二、傳統(tǒng)大學教學手段的特點與精華

我國的教學模式和教材基本上來源于50年代引進的蘇聯(lián)那一套結構體系，注重課程的理論性和完整性，忽略了實踐性和創(chuàng)新性。具體表現(xiàn)為：（1）教學目標大多以大綱規(guī)定的內容為要求；（2）以課堂講授為主要方式，輔以討論課和課堂練習；（3）教學內容大多來源于統(tǒng)一的教材，其更新的速度較慢；（4）最后的評價以考試為主，輔以平時作業(yè)等。但這種傳統(tǒng)的教學方法中也有一些精華的東西需要認真的保留與繼承。

首先，傳統(tǒng)的課堂講授的最大優(yōu)點是能使大多數(shù)學生迅速、大量的掌握知識，避免認識過程中許多不必要的結果，讓學生去重復發(fā)現(xiàn)與研究比如一些公理性的概念，是沒有必要的。在當前高校擴招、教師缺編的情況下，教學的效率顯得尤為重要；其次，傳統(tǒng)教學中教師一般比較重視理論基礎的分析與比較，使學生能深刻理解基本原理，這非常有利于后續(xù)的實踐與創(chuàng)新。

三、國外研究性教學在《工程圖學》課程改革中的應用探索

從以上的論述可以得出，批判吸收國外的先進教學經(jīng)驗，繼承傳統(tǒng)教學方法中的精華，并從我國的國情和實際情況出發(fā)，是對《工程圖學》課程實施研究性教學的課程改革與探索的基本出發(fā)點。

From Table 1,it can be seen that there are many hedges and interjections in FC,such as“l(fā)ike”,“just”,“oh”,“yeah”,“uh”,“um”.What’s more,the frequency of these words are very high.

《工程圖學》是一門專業(yè)技術基礎課程，畫法幾何是其主要的理論基礎，機械制圖是其應用，設計繪制的圖樣須接受生產(chǎn)實踐的檢驗。結合本課程自身的特點，提出如下課程改革意見：

(1)課堂講授基本理論是建立研究性思維的基礎與起點

目前，《工程圖學》作為基礎課程，面向大部分工科學生授課。因此，課堂講授仍然是學生快速全面獲取知識的重要途徑，它為學生奠定了創(chuàng)新研究不可缺少的知識基礎。但講授理論的方式和內容應作出調整，使課堂教學不僅是學習基本知識的過程，更重要的是引導學生進行科學研究，訓練研究思路與方法的過程。

首先，改革講授的內容。長期以來，特別強調畫法幾何的重要性，占用了大量的教學時間，但實踐證明，抽象的畫法幾何理論中，有些內容沒有太大的實用價值[4]，大多數(shù)制圖任務并不需要太深的畫法幾何知識。這樣在教學中就沒有必要追求理論的深度和廣度，而是應該強調工程實用性。因此，可以對畫法幾何部分作選擇性地刪減，比如刪除直線與平面求交點、圖解法求相貫線和截交線等內容，將單獨的點線面投影規(guī)律結合到形體實例中講解，使學生能直接接受并應用到空間思維能力和想象力的建立中。另外，重視徒手繪圖特別是快速繪制軸測圖的訓練，這有助于記錄頭腦中瞬間出現(xiàn)的創(chuàng)新“靈感”，且能快速表達設計意圖，幫助與團隊成員進行交流。

其次，改革講授的方式。傳統(tǒng)的課堂講授偏向于教師的主導作用，卻忽略了學生的主體地位，將學生置于被動接受的位置，壓抑了其主動感受、發(fā)現(xiàn)、研究和和創(chuàng)造的過程。因此，教師首先要轉變觀念，充分認識到學生通過適當?shù)囊龑д莆罩R的潛力。教師要明確每一次課堂的教學任務，將所涉及的理論以知識點形式提取出來，根據(jù)其特點以問題形式提出來，啟發(fā)性地引導學生分析、比較和綜合概括，同時在這個過程中，學生通過一系列的質疑、判斷和比較選擇等，主動地掌握了要點。這個過程對學生進行研究性學習是尤為重要的。

(2)實踐教學是研究性教學不可缺少的重要環(huán)節(jié)

《工程圖學》作為技術基礎課，最終是要為專業(yè)服務的。因此，加強與專業(yè)應用之間的銜接是必需的。當前多數(shù)高校的制圖教研室是獨立運行的，與其他學科之間缺少必要的交流，比如機械設計等。單本學科而言，教學目標實施得可能較好，但在學習專業(yè)課程后，進行設計制圖的時候，往往提交的圖紙方案不能令專業(yè)老師滿意。這除了課程本身實踐環(huán)節(jié)的缺失以外，缺少來自專業(yè)方面的實踐交流也是一個不可忽視的原因。因此，在實踐教學時，應從這兩個方面同時入手。

首先，課程內的實踐教學。正所謂百聞不如一見，當老師在課堂上描述零件的加工方法的時候，比如內外螺紋的加工形成，由于缺乏親身體會，學生總處于一種似懂非懂的狀態(tài)，而當在車間觀看或學生親自動手加工后，這個問題也就很容易講解清楚了。因此，課程內的實踐應當貫穿整個教學過程中，使學生在掌握理論基礎的同時，獲得來自實踐的驗證與支持。并且在與實踐的接觸過程中，又使學生的形象思維能力得到了加強。

其次，跨學科的實踐教學。站在學生的角度，專業(yè)內的課程是相互聯(lián)系的，但任課教師往往會重點關注自己所教授的課程，忽視與其他相關課程的交流，這對學生全面掌握知識是不利的，各相關課程應該建立起既相互獨立又密切聯(lián)系的關系。國內在課程交叉與綜合教學方面實施的比較好的是重慶大學。在其設立的工科機械基礎教學基地中，將《工程圖學》、《機械原理》、《機械設計》和《機械制造技術基礎》4個教研室及其實驗室整合建設，突破了按課程建立教研室和實驗室的模式。各課程教師不再封閉于原有的教學體系，課程之間的銜接與整合使彼此的交流擴大，學生在學習任一門課程時可以進入全天開放的實驗室進行觀摩實驗，指導教師也不限于固定的任課老師。其建立教學基地最大的優(yōu)勢在于，最大限度地實現(xiàn)了實驗資源共享，為實踐教學提供了便捷的場所。

最后，來自生產(chǎn)一線的實踐教學。比如，完整的零件圖和裝配圖是由視圖、尺寸、技術要求和標題欄等內容構成的。其中，技術要求包括公差、粗糙度、形位公差以及工藝要求等組成，它受工作狀態(tài)和加工方法及工藝的約束。因此，與生產(chǎn)一線結合，更能激發(fā)學生去思考課堂上不能體會到的現(xiàn)實問題，進而主動研究解決的方法，設計繪制的圖樣才具有更好的實際可行性。

(3)現(xiàn)代教學工具的運用是實現(xiàn)研究性教學的重要手段

在實施圖學課程的研究性教學中，要特別重視現(xiàn)代化輔助教學工具的作用。傳統(tǒng)的圖學教學手段主要有教師的黑板板書、形體模型（木模）以及掛圖等靜態(tài)形式，手段落后而繁瑣，在這種條件下，實施研究性教學困難的。隨著計算機技術的發(fā)展，多媒體課件以及繪圖軟件對圖學課程的教學起到了極大的作用，為實施研究性教學提供了強有力的平臺與手段。首先，多媒體課件圖文并茂、直觀形象，具有生動的表現(xiàn)力，并可承載大量的信息，對于學生深刻理解課堂內容具有極大的作用，比如在表達投影原理、螺紋形成的動畫以及標準間常用件的實物圖等方面。其次，繪圖軟件特別是3維造型軟件進一步培養(yǎng)了學生的形象思維和空間想象能力，并且為學生提供了主動解決問題的工具。三維軟件如Solidworks簡潔而出色的造型能力，將二維投影與三維實體聯(lián)系起來，使學生可以實現(xiàn)自我檢驗與改正，這一過程的不斷重復，將有助于學生建立起牢固的空間思維能力。圖學課程以其自身的特點，充分利用輔助教學工具是提高研究性教學效果的必然工具。

(4)將最新科研成果適時引入教材與教學是建立創(chuàng)新思維的重要途徑

教材的更新和建設是實施研究性教學的基礎工作。教材作為課程內容的主要載體，需要具備一定的穩(wěn)定性，如正投影法與“三等規(guī)律”等是本課程最基本的原理與基礎，貫穿于整個教學工程中，在任何發(fā)展階段都應處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。但任何科學都是不斷向前發(fā)展的，圖學課程也承擔著時代發(fā)展所賦予的責任，將最新的科研成果或方法適時的引入教材與課堂也是研究性教學的一大特點。它可激發(fā)學生對新舊方法理論進行比較，并作出獨立的差異性的判斷，比如傳統(tǒng)的AutoCAD二維繪圖與現(xiàn)時流行的Solidworks三維造型后再投影成二維圖形兩種方法各自的優(yōu)缺點。另外，最新科研成果的引入，對研究性教學也具有重要的引領作用，代表著學科的發(fā)展方向，教學過程中有利于學生養(yǎng)成創(chuàng)新型的思維習慣。

四、結論

“學習”的過程就是“研究”的過程，“研究”的過程也是“學習”的過程，二者并不矛盾，都是掌握新知識的手段。同樣，傳統(tǒng)的圖學教學模式與先進的研究性教學等并不矛盾，這需要我們去認真的思考與實踐。倡導學生探究性學習，但也不偏廢接受式學習，在實際的教學中，要根據(jù)學習的內容及知識的特點，以及學生的實際來選擇恰當?shù)膶W習方法。讓傳統(tǒng)與先進和諧共生，既繼承傳統(tǒng)中精華的東西，又很好地滲透新的教學理念，共同的目標是培養(yǎng)出懂理論、會研究的21世紀創(chuàng)新型人才。

[1] 毛文武. 美國加州大學圣迭哥分校工程圖學課程教學研究.工程圖學學報.2007,5:172-177

[2] 李迎春. 對日本岡山大學圖學教育狀況的思考.現(xiàn)代教育技術.2007,17(10):106-108

[3] 胡琳, 程蓉. 淺論中英“工程圖學”教育的差異.北京大學學報（哲學社會科學版）.2007, S2:110-114

[4] 楊婉霞. 工程制圖教學改革之談. 高等教育與學術研究.2007,2:43-45

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.165

盧敏（1975-），男，江蘇南京人，碩士，南京航空航天大學機電學院講師，主要從事工程圖學課程的教學與研究。