中意兩國“工程制圖”課程教材比較與分析

唐樂為，熊德紅，張愛軍，尚振濤，李 莉

（湖南大學(xué) 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，湖南 長沙 410082）

引言

“機(jī)械制圖”課程是機(jī)械類學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，通過課程教學(xué)過程引導(dǎo)學(xué)生完成“機(jī)械制圖”課程內(nèi)容學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生立體空間思維的形成和發(fā)展，并具備機(jī)械制圖和識圖能力。根據(jù)新工科建設(shè)要求和協(xié)同育人教學(xué)目標(biāo)，圖學(xué)教育工作者從課程體系、教材建設(shè)、實踐教學(xué)和教學(xué)模式等多個角度進(jìn)行“工程制圖”課程教學(xué)改革研究，目的在于激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。杜俊總結(jié)了國內(nèi)“工程制圖”課程教學(xué)體系的問題，提出了融合三維建模技術(shù)的新型課程教學(xué)體系。李競闡述了新工程視域下機(jī)械制圖教材建設(shè)的改革方式，包含校企協(xié)同撰寫教材并引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)等內(nèi)容。朱文博提出通過增加機(jī)械零部件認(rèn)知實踐教學(xué)，建立基于認(rèn)知實踐和工程設(shè)計理念的“機(jī)械制圖”課程教學(xué)體系。從測繪實踐和課程思政教學(xué)分別探索了工程制圖測繪實踐課程的改革方式、融合課程思政元素的教學(xué)模式，并在教學(xué)實踐中取得了良好的教學(xué)效果。

教材作為課程教學(xué)內(nèi)容的基本載體，是知識傳遞、課程建設(shè)和教學(xué)改革的基礎(chǔ)。蘇金英采用動態(tài)管理方法，根據(jù)邏輯順序和認(rèn)知思維發(fā)展，重構(gòu)并優(yōu)化了部分工程制圖教材的知識點(diǎn)，體現(xiàn)了教學(xué)改革的時代性。寧利川建議引入工程實踐案例，適當(dāng)增加機(jī)械制圖教材的廣度和難度。余江鴻構(gòu)建了基于CDIO模式的“機(jī)械制圖”教學(xué)知識點(diǎn)，用以適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)對機(jī)械人才的新需求。以上文獻(xiàn)根據(jù)不同教學(xué)理論的分析結(jié)果，優(yōu)化了機(jī)械工程制圖課程教材內(nèi)容和教學(xué)方法，具有一定的指導(dǎo)和參考意義。針對教材內(nèi)容改革研究，另一種方式是對比研究不同國家的課程教材的異同點(diǎn)，通過吸收國外教材的優(yōu)點(diǎn)，持續(xù)提高國內(nèi)教材的國際化水平。大連理工大學(xué)舒宏就中日兩國機(jī)械類制圖教材知識結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)比較，提出了減少理論知識敘述并增加實踐應(yīng)用內(nèi)容等改革措施，對國內(nèi)機(jī)械制圖教材改革和雙語教學(xué)具有啟發(fā)意義。朱秋寒研究了中日職業(yè)教育機(jī)械制圖教材的異同，總結(jié)了職業(yè)教育機(jī)械類教材內(nèi)容應(yīng)以實踐類知識為主線，并注重學(xué)生職業(yè)實用能力的培養(yǎng)，符合我國對新時代職業(yè)教育人才的具體要求。面向智能制造發(fā)展對專業(yè)技術(shù)人才能力的新需求，結(jié)合工程專業(yè)認(rèn)證要求和新工科改革發(fā)展目標(biāo)，新時代機(jī)械類復(fù)合創(chuàng)新型人才的能力培養(yǎng)應(yīng)與時俱進(jìn)，不斷發(fā)展提高。因此，通過研究工程類專業(yè)基礎(chǔ)課程工程制圖教材，不僅能夠明確教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的個人能力培養(yǎng)目標(biāo)，而且可以指導(dǎo)工程制圖教材改革和機(jī)械工程專業(yè)建設(shè)，以適應(yīng)現(xiàn)代社會快速發(fā)展對機(jī)械類專業(yè)人才能力需求的新變化。

本文從工程制圖教材構(gòu)架、知識要點(diǎn)分析和工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)三個角度，分析了中意兩國工程制圖教材的異同點(diǎn)，提出國內(nèi)工程制圖教材內(nèi)容改革和教學(xué)模式改進(jìn)的新方向，以期對新時代智能制造背景下工程制圖課程教材建設(shè)、教學(xué)改革、國際化教學(xué)等方面起到一定的啟發(fā)和參考作用。

一、教材選擇

從20世紀(jì)50年代后期開始，國內(nèi)工程制圖教育工作者以蘇聯(lián)教材為基礎(chǔ)，陸續(xù)出版了多種校版工程制圖教材，滿足不同高校對人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。雖然國內(nèi)教材在各章節(jié)內(nèi)容的深度和廣度上略有區(qū)別，但是大多數(shù)教材之間重疊內(nèi)容較多。意大利帕多瓦大學(xué)于1222年建校，是歐洲歷史最悠久的四大高等教育院校之一。因此，本文選取意大利帕多瓦大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)本科生的“工程制圖”課程教材，作為意大利工程制圖教材分析對象。結(jié)合湖南大學(xué)工程類專業(yè)現(xiàn)用“工程制圖”課程教材，以湖南大學(xué)《工程制圖》（第5版，2019年出版）和意大利帕多瓦大學(xué)“工程制圖”課程教材（2018年 上 冊，2020年下冊）（以下統(tǒng)稱為意大利教材）為例，進(jìn)行中意兩國工程制圖教材內(nèi)容的比較與分析研究。

二、教材構(gòu)架

課程教材作為連接教師和學(xué)生的關(guān)鍵橋梁，是傳遞知識和培養(yǎng)能力的紐帶。教材內(nèi)容構(gòu)架方式不僅有利于專業(yè)教師組織教學(xué)活動和實現(xiàn)知識輸出，還需要從學(xué)生接受的角度出發(fā)，有利于課程知識的接收和內(nèi)化。目前，國內(nèi)工程制圖教材多沿用蘇聯(lián)教材體系的學(xué)科邏輯關(guān)系強(qiáng)、強(qiáng)調(diào)理論知識的編寫特點(diǎn)，大部分教材缺少實際應(yīng)用場景和內(nèi)容。雖然這類教材更適合教師實現(xiàn)系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)過程，但是并不能有效促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的內(nèi)化和能力的培養(yǎng)，從而阻礙受教育者空間思維的形成與發(fā)展。

王彩芬在討論中美微積分教材中提到教學(xué)過程需要將知識內(nèi)容與個體已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，突出以學(xué)生為本的教材構(gòu)架模式，實現(xiàn)學(xué)生知識內(nèi)化和發(fā)展作為教學(xué)活動的最終目標(biāo)。中意兩國工程制圖教材構(gòu)架對比也體現(xiàn)了不同點(diǎn)。如在講解《正投影》章節(jié)內(nèi)容時，意大利教材首先給出了正投影的概念，接著比較了第一角投影（歐洲、中國）和第三角投影（美國）的定義，分別以手電筒和照相機(jī)原理說明兩者的區(qū)別，使得兩種投影方式的概念變得形象生動，易于學(xué)生接受。中國教材根據(jù)定義投影面與光源、觀察者之間的位置關(guān)系，從理論上區(qū)分第一角投影和第三角投影。雖然兩種教學(xué)方式都能傳遞相同的教學(xué)內(nèi)容，但是從學(xué)生視角出發(fā)，意大利教材的描述方式更有利于連接學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知內(nèi)容，即新知識能夠固著在個人認(rèn)知體系中，為后續(xù)應(yīng)用提供長期的知識儲備。因此，國內(nèi)工程制圖教材的構(gòu)架可以嘗試思考工程制圖理論知識內(nèi)容與受教育者已有認(rèn)知范疇的關(guān)聯(lián)，探索最佳結(jié)合點(diǎn)，有利于工程制圖知識點(diǎn)的內(nèi)化和吸收。又如，意大利教材在講解斜視圖內(nèi)容時，采用換面法的思路進(jìn)行講解，在復(fù)習(xí)換面法知識點(diǎn)的同時，體現(xiàn)了斜視圖表達(dá)的意義，即傾斜于基本投影面的復(fù)雜幾何體表面的真實特征表達(dá)方法。這種講解方式基于換面法知識點(diǎn)的內(nèi)容，將斜視圖作為換面法知識的延伸，有利于斜視圖知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

三、知識要點(diǎn)

不同于參考文獻(xiàn)［9，10］中關(guān)于中日機(jī)械制圖教材的對比方式，考慮到中意兩國語言系統(tǒng)的不同，本文不針對教材總字?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計比較。對于教材知識要點(diǎn)，對比分析僅從教材章節(jié)標(biāo)題、頁數(shù)和圖例數(shù)三個方面，總結(jié)了中意兩國的教材內(nèi)容和知識分布情況。

分析表明，中意兩國工程制圖教材知識要點(diǎn)基本一致，但在側(cè)重點(diǎn)的編寫順序上存在較大差異。意大利教材涉及畫法幾何的內(nèi)容，但其分布在其他章節(jié)內(nèi)容中。詳細(xì)閱讀中意兩國工程制圖教材后發(fā)現(xiàn)以下編寫特點(diǎn)：（1）湖南大學(xué)工程制圖教材的點(diǎn)投影、直線投影和平面投影內(nèi)容集中在意大利教材《正投影》章節(jié)中介紹，但意大利教材相關(guān)內(nèi)容不多，講解簡潔；（2）針對中國教材中的《基本體的投影》，部分內(nèi)容對應(yīng)意大利教材中的《幾何結(jié)構(gòu)》，相對而言，意大利教材更加注重對幾何結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，并給出了詳細(xì)的尺規(guī)畫圖步驟。（3）國內(nèi)教材中的《立體表面的交線》對應(yīng)于平面與立體表面的交線，出現(xiàn)在意大利教材中的《剖視圖和展開圖》章節(jié)，以求截面實形問題引入并介紹了換面法的原理和步驟，最后與后續(xù)斜視圖內(nèi)容呼應(yīng)，強(qiáng)化了換面法的應(yīng)用；中國教材中的《組合體的投影》章節(jié)也安排在意大利教材《剖視圖和展開圖》章節(jié)組合體小節(jié)中，內(nèi)容相對簡潔。

相對于國內(nèi)機(jī)械制圖教材畫法幾何部分采用“點(diǎn)—線—面—體”的學(xué)科邏輯順序撰寫相關(guān)內(nèi)容，意大利教材在介紹了常見的幾何圖形和立體幾何后，通過《正投影》的方法給出了三平面投影，最后結(jié)合三面投影講解立體上點(diǎn)線面的投影特點(diǎn)。關(guān)于畫法幾何知識要點(diǎn)，中意兩國教材的不同點(diǎn)體現(xiàn)在中國教材知識點(diǎn)較為集中；而意大利教材中的畫法幾何內(nèi)容與工程表達(dá)及應(yīng)用章節(jié)聯(lián)系更為緊密。

意大利工程制圖教材的特點(diǎn)還體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的廣度。比如，第7章《制圖和機(jī)械加工》以較大篇幅介紹了常見機(jī)械加工方式及對應(yīng)的常見機(jī)械零件工程圖例；第9章《尺寸標(biāo)注和測量》將尺寸標(biāo)注知識點(diǎn)和零件尺寸測量方式相結(jié)合，從根本上厘清了尺寸標(biāo)注規(guī)定的原因并強(qiáng)調(diào)了注意事項?？紤]到中意兩國基本國情和高等教育模式的差異性，意大利教材《幾何公差》和《尺寸公差》兩個重點(diǎn)章節(jié)在國內(nèi)工程制圖教材中有相應(yīng)介紹但并未重點(diǎn)展開?？傮w而言，意大利工程制圖教材內(nèi)容詳盡，制圖知識點(diǎn)與機(jī)械加工及機(jī)械設(shè)計內(nèi)容關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)；國內(nèi)工程制圖教材內(nèi)容簡潔凝練，在畫法幾何部分理論性強(qiáng)、難度大，重點(diǎn)突出了培養(yǎng)學(xué)生制圖和識圖能力的特點(diǎn)。

四、工程創(chuàng)新能力

國內(nèi)工程制圖教材側(cè)重于制圖和識圖知識的學(xué)習(xí)與掌握，受限于學(xué)時要求，涉及相應(yīng)知識的應(yīng)用和實踐較少；意大利教材的實踐內(nèi)容較多，比如第8章《工業(yè)設(shè)計》和第12章《產(chǎn)品開發(fā)和生命周期》。引入工程應(yīng)用需求，設(shè)計符合消費(fèi)者預(yù)期的功能產(chǎn)品，有助于促進(jìn)學(xué)生將知識點(diǎn)應(yīng)用到具體產(chǎn)品的開發(fā)情境，從而培養(yǎng)和提高工程創(chuàng)新能力。意大利教材注重三維軟件的學(xué)習(xí)，根據(jù)章節(jié)內(nèi)容選取相近的軟件模塊內(nèi)容穿插在每章習(xí)題后，形成理論和軟件應(yīng)用相結(jié)合的滲透式教學(xué)過程。因此，國內(nèi)工程制圖教材適當(dāng)增加實踐和創(chuàng)新內(nèi)容，并與制圖理論知識相融合，對提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力有不可替代的作用。

五、教材改革思考與啟發(fā)

基于中意兩國“工程制圖”課程教材內(nèi)容比較分析，結(jié)合課程教學(xué)實踐和經(jīng)歷，對工程制圖類教材的改革研究進(jìn)行了一些思考，得到了以下三點(diǎn)啟發(fā)。

1.工程制圖知識以教材為載體，在教師和學(xué)生之間實現(xiàn)傳遞，其效率取決于教材內(nèi)容的構(gòu)架方式。教師作為知識的輸出者，通常采用“定義—定理—證明—實例”的課程講授模式；學(xué)生作為知識的接受者，對內(nèi)容的接受程度更多取決于個體認(rèn)知領(lǐng)域與新知識的關(guān)聯(lián)程度，教與學(xué)的差異性使得教師教學(xué)效果及學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度表現(xiàn)出較大的個體差異性。借鑒意大利教材的特點(diǎn)，通過采用融入學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知體系的課程知識構(gòu)架方式，與工程制圖知識點(diǎn)相結(jié)合，使新知識固著于已有認(rèn)知體系，完成專業(yè)知識的傳遞和內(nèi)化過程。

2.中意兩國工程制圖教材的知識點(diǎn)側(cè)重和內(nèi)容分布區(qū)別較大。國內(nèi)教材通常將畫法幾何和機(jī)械制圖內(nèi)容區(qū)分并獨(dú)立成章，先講授畫法幾何“點(diǎn)—線—面—體”的相關(guān)內(nèi)容，然后過渡到零件圖和裝配圖內(nèi)容。意大利教材先給出基本幾何立體的類型，再從立體投影圖中分析點(diǎn)線面的投影規(guī)律。將畫法幾何知識點(diǎn)按工程制圖知識點(diǎn)需求分布在對應(yīng)的章節(jié)是意大利工程制圖教材知識點(diǎn)分布的特點(diǎn)之一。

3.“工程制圖”課程的總體目標(biāo)為表達(dá)產(chǎn)品設(shè)計思想服務(wù)，促進(jìn)學(xué)生立體空間思維能力的形成和發(fā)展。國內(nèi)工程制圖教材注重工程制圖和識圖能力的培養(yǎng)，意大利教材強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)工程類學(xué)生的產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計能力。在實踐教學(xué)內(nèi)容方面，國內(nèi)教材相關(guān)內(nèi)容較少。在新工科建設(shè)的創(chuàng)新復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)下，適當(dāng)增加實踐教學(xué)和產(chǎn)品設(shè)計內(nèi)容，將有利于大學(xué)生工科創(chuàng)新能力的發(fā)展。

結(jié)語

面對智能制造背景下新工科建設(shè)的需求，通過對比中意兩國工程制圖教材內(nèi)容，分析了兩國教材在內(nèi)容構(gòu)架、知識點(diǎn)分布和工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)三個方面的差別，從而提出關(guān)于工程制圖教材改革的兩點(diǎn)建議，即改變畫法幾何理論知識分布和適當(dāng)增加實踐應(yīng)用內(nèi)容，以期對新時代機(jī)械制圖課程教材改革和工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，起到一定的推動作用。