基于“新工科”建設(shè)的畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程教學(xué)改革探討

路玲，龔智強(qiáng)，邢剛，董慧芳，胡健

（巢湖學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 巢湖）

為適應(yīng)科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”等國(guó)家戰(zhàn)略，教育部高等教育司發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》。新工科研究與實(shí)踐圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開(kāi)展[1]，旨在建設(shè)工程教育強(qiáng)國(guó)，培養(yǎng)綜合素質(zhì)強(qiáng)的高水平新工科人才，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型提供支撐與服務(wù)。

畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖是針對(duì)機(jī)械類(lèi)本科學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)必修課程[2,3]，課程內(nèi)容包括運(yùn)用投影理論在平面上表達(dá)空間幾何、機(jī)件的常用表達(dá)方法、零件圖與裝配圖、計(jì)算機(jī)繪圖，主要培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力、繪圖與讀圖能力和工程思維能力?！靶鹿た啤睆?qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性[4,5]，企業(yè)越來(lái)越看中人才的創(chuàng)新性，這對(duì)畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程的教學(xué)提出了更高的要求?；诖?，本文對(duì)畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討。

一 畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程理論教學(xué)改革

（一） 理論教學(xué)內(nèi)容改革

畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程知識(shí)點(diǎn)較多，且隨著課程體系的改革，理論課時(shí)不斷壓縮，課上很難將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都講透講好。所以要想提高理論教學(xué)質(zhì)量，教師必須以人才培養(yǎng)方案的培養(yǎng)目標(biāo)和企業(yè)需求為依據(jù)，把握上課重點(diǎn)，將不常使用的知識(shí)點(diǎn)篩掉。

該門(mén)課程的開(kāi)課時(shí)間為第一和第二學(xué)期，此時(shí)學(xué)生還未進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)，且無(wú)工程實(shí)踐基礎(chǔ)，當(dāng)學(xué)習(xí)到零件圖、裝配圖這些與工程實(shí)際關(guān)聯(lián)度較大的章節(jié)時(shí)就會(huì)比較吃力。教師在備課時(shí)，就要選取適當(dāng)?shù)墓こ虒?shí)例，以工程實(shí)例為研究對(duì)象展開(kāi)要傳授的知識(shí)點(diǎn)。比如在講解零件尺寸標(biāo)注的方法和步驟時(shí)，以葉片泵中的軸為例，播放泵的工作視頻，講解泵的工作原理及零件的裝配關(guān)系，將抽象的知識(shí)點(diǎn)與具體的工程實(shí)例建立聯(lián)系。這不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還為學(xué)生參與課堂討論提供理論前提。課堂關(guān)系也由原先的以教師為主體轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體、以教師為引導(dǎo)，極大地提高了學(xué)生的積極性與主觀能動(dòng)性。

“新工科”建設(shè)要求工程教育課要適應(yīng)市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)的需求，培養(yǎng)多元化的人才[4]，所以制圖課的教學(xué)內(nèi)容，除了理論知識(shí)點(diǎn)，還應(yīng)當(dāng)增加三維建模軟件的教學(xué)。通過(guò)三維建模軟件的學(xué)習(xí)不僅能讓學(xué)生更好地理解投影理論，而且能提高學(xué)生應(yīng)用先進(jìn)計(jì)算機(jī)軟件的能力。

（二） 理論教學(xué)輔助手段改革

畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程要求學(xué)生具有一定的空間分析與處理幾何問(wèn)題的基礎(chǔ)，而相當(dāng)一部分學(xué)生的空間思維能力較差，這也是阻礙學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的一個(gè)主要因素。為解決這一問(wèn)題，教師可通過(guò)使用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模具和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI課件，使抽象的問(wèn)題變得生動(dòng)、具體，淺入深地進(jìn)行教學(xué)，可顯著提高學(xué)生分析、處理空間幾何問(wèn)題的能力。

形體分析法是繪制組合體視圖的基本方法，即將組合體分解成若干幾何形體，根據(jù)各形體間的相對(duì)位置分別畫(huà)出各自的三視圖，然后處理好兩形體鄰接面間的投影，即可完成組合體的視圖。在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)經(jīng)常需要學(xué)生根據(jù)兩個(gè)視圖繪制第三個(gè)視圖，這對(duì)于空間想象能力較差的學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，教師可基于形體分析法，根據(jù)書(shū)本教學(xué)內(nèi)容，將基本的幾何形體制作成積木，讓學(xué)生自由組裝，然后繪制三視圖，經(jīng)過(guò)反復(fù)組裝投影訓(xùn)練，學(xué)生可更好地理解形體分析法，掌握組合體三視圖投影的基本規(guī)律，提高空間思維能力、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

剖視圖是學(xué)習(xí)機(jī)件形狀常用表達(dá)方法的重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，剖視圖是用一個(gè)假想的平面將物體剖開(kāi)，并將處于觀察者和剖切面之間的部分移去，然后將剩余部分向投影面投影所得到的圖形。在學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生經(jīng)常想象不到剖切面與物體相交的截面形狀或者對(duì)剖視圖的形成規(guī)律理解不夠。針對(duì)這一問(wèn)題，教師可將一些機(jī)械零件的模型制作出來(lái)，然后從剖切平面切開(kāi)，并將截面上色，在課堂上用制作出的模型展示剖視圖的形成過(guò)程以及截面形狀。一方面通過(guò)模型可以吸引學(xué)生的注意力，另一方面可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，將知識(shí)點(diǎn)與工程零件建立關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)際。

當(dāng)學(xué)到裝配圖時(shí)，常常需要講解裝配體的裝配關(guān)系，這種情況就不適合運(yùn)用模型進(jìn)行講解，一是制作模型成本高；二是課上拆解裝配體耗時(shí)；三是由于教室較大，人數(shù)較多，很多學(xué)生觀察不到，達(dá)不到預(yù)期的效果。這時(shí)使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI課件是更好的選擇，通過(guò)CAI課件中的圖、文、聲、色、形、動(dòng)畫(huà)可以將機(jī)械裝配體更加生動(dòng)形象地展示出來(lái)，在一定程度上增加了課堂的趣味性，且提高了教師的教學(xué)效率。

（三） 理論教學(xué)模式改革

為適應(yīng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（2.0版）人才培養(yǎng)的需要，傳統(tǒng)的授課方式已經(jīng)滿(mǎn)足不了時(shí)代的需求，教學(xué)模式的改革勢(shì)在必行。采用混合式教學(xué)模式，根據(jù)課程內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與在線(xiàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，為教師和學(xué)生提供一種高效的“教”與“學(xué)”模式。

通過(guò)發(fā)布教學(xué)視頻、學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)與資料，幫助學(xué)生進(jìn)行數(shù)字化預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)，對(duì)課堂教學(xué)起到輔助和鞏固的作用；通過(guò)創(chuàng)建討論，增加學(xué)生的參與性，教師也可以通過(guò)討論情況了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，然后有針對(duì)地講解知識(shí)點(diǎn)，提高教學(xué)效率；通過(guò)群組“聊天”功能，可以給學(xué)生提供一個(gè)自主交流的平臺(tái)，并且可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)答疑。

二 畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程實(shí)踐教學(xué)改革

實(shí)踐教學(xué)是對(duì)理論教學(xué)的檢驗(yàn)，是鞏固理論知識(shí)和加深學(xué)習(xí)的有效手段，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力的綜合性人才的重要方式。根據(jù)“新工科”建設(shè)的需求，該課程實(shí)踐教學(xué)改革主要從以下幾方面進(jìn)行：產(chǎn)學(xué)研合作；與學(xué)院工程實(shí)訓(xùn)中心的金工實(shí)習(xí)同步開(kāi)展；鼓勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)生制圖類(lèi)比賽。

（一） 產(chǎn)學(xué)研合作

為培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)企業(yè)需求的人才，要深入開(kāi)展學(xué)院與地方企業(yè)的合作，組建教學(xué)實(shí)習(xí)基地。

安排教師去企業(yè)掛職鍛煉，培養(yǎng)“雙師”教師，優(yōu)化師資隊(duì)伍，從而更好地指導(dǎo)實(shí)踐教學(xué)。通過(guò)教師承接企業(yè)項(xiàng)目，讓學(xué)生參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，通過(guò)產(chǎn)品三維建模與工程圖紙的創(chuàng)建，極大地鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力與工程設(shè)計(jì)意識(shí)。

組織學(xué)生去企業(yè)參觀實(shí)習(xí)，首先將企業(yè)某一產(chǎn)品的零件圖、裝配圖分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生通過(guò)理論知識(shí)和查閱文件讀懂零件圖和裝配圖中的信息，包括零件圖視圖的表達(dá)方式、尺寸標(biāo)注、極限與配合、形狀和位置公差及熱處理等，裝配圖中零件的相對(duì)位置、連接方式及裝配關(guān)系。然后安排學(xué)生去零件加工車(chē)間參觀實(shí)習(xí)，通過(guò)觀察加工過(guò)程及工人師傅的講解，深刻理解機(jī)械制圖中視圖表達(dá)方式選取、尺寸和技術(shù)要求的標(biāo)注步驟和方法。通過(guò)建立理論知識(shí)與一線(xiàn)產(chǎn)品的聯(lián)系，可以顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生探索新知識(shí)的欲望。

（二） 實(shí)踐教學(xué)與金工實(shí)習(xí)同步開(kāi)展

畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程的實(shí)踐內(nèi)容一般是測(cè)繪零件及裝配體，測(cè)繪模型大都精度較低，不利于學(xué)生分析裝配關(guān)系和零件的工藝性。金工實(shí)習(xí)是機(jī)械專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課，包括車(chē)、銑、刨、磨、鉗、砂型鑄造和焊接，并且要求學(xué)生加工一些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，例如錘子、啞鈴等。如果將金工實(shí)習(xí)與制圖課程的實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合，使學(xué)生利用制圖課的理論知識(shí)設(shè)計(jì)加工出機(jī)械產(chǎn)品，可以達(dá)到更好的實(shí)踐效果。

實(shí)踐流程如下：首先將學(xué)生分組，3-5人一組，每組選一人作為小組長(zhǎng)；經(jīng)小組討論，進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，構(gòu)思擬制造的產(chǎn)品；利用三維造型軟件進(jìn)行建模，導(dǎo)出二維工程圖紙，包括裝配圖與零件圖；以小組為單位匯報(bào)PPT，討論方案的可行性；在工程實(shí)訓(xùn)中心進(jìn)行金工實(shí)習(xí)的學(xué)習(xí)后，加工各零件；檢驗(yàn)零件質(zhì)量，裝配各零件，完成機(jī)械產(chǎn)品的制造。

該門(mén)課的實(shí)踐教學(xué)與金工實(shí)習(xí)同步開(kāi)展的好處是：學(xué)生在加工零件時(shí)可以檢驗(yàn)自己的零件圖視圖表達(dá)是否恰當(dāng)，尺寸標(biāo)注是否正確、齊全、清晰、合理，在裝配時(shí)可以檢驗(yàn)選取的配合與公差是否合適等。這不僅可以更好地理解和鞏固理論知識(shí)，還可以讓學(xué)生意識(shí)到該門(mén)課程在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、裝配過(guò)程中的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)意識(shí)、合作意識(shí)、創(chuàng)新思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和實(shí)踐能力。

（三） 鼓勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)生制圖類(lèi)比賽

教師是土壤，競(jìng)賽是培育優(yōu)秀學(xué)生的營(yíng)養(yǎng)液[6]。競(jìng)賽的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和在學(xué)校評(píng)獎(jiǎng)評(píng)優(yōu)中的作用激勵(lì)學(xué)生積極報(bào)名。通過(guò)競(jìng)賽，學(xué)生綜合應(yīng)用畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖知識(shí)去分析和處理問(wèn)題，提高創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，也是提高教學(xué)效果的有效措施。

三 總結(jié)

在“新工科”建設(shè)背景下，探討了畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的改革措施，推進(jìn)畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖課程建設(shè)發(fā)展。通過(guò)改革理論教學(xué)內(nèi)容、理論教學(xué)輔助手段、理論教學(xué)模式，深入開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作，將實(shí)踐教學(xué)與金工實(shí)習(xí)同步開(kāi)展，鼓勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)生制圖類(lèi)比賽這一系列措施，可顯著提高學(xué)生的空間思維能力、繪圖讀圖能力、創(chuàng)新能力、工程設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，培養(yǎng)出適合社會(huì)企業(yè)需要的高素質(zhì)新工科人才。