電氣工程專業(yè)《工程制圖》教學(xué)改革實(shí)踐研究

趙曉山，劉建波，李書環(huán)，蔡雨辰

（天津農(nóng)學(xué)院機(jī)械工程系，天津 300384）

工程制圖是我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，面向大一新生，32學(xué)時(shí)理論+16學(xué)時(shí)實(shí)踐，專業(yè)難度適中，突出能力，注重實(shí)用是制圖課教學(xué)的特色。課程研討及實(shí)踐環(huán)節(jié)多，思政導(dǎo)入性強(qiáng)。

課程的目標(biāo)是通過學(xué)習(xí)投影表達(dá)的基本原理，培養(yǎng)細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、空間構(gòu)形能力、建模設(shè)計(jì)和形體表達(dá)能力，掌握簡單零件測繪、手繪草圖和利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助制圖的技能，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)、實(shí)習(xí)與實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)建立基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生全面的個(gè)人能力、職業(yè)素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作及社會(huì)意識(shí)。

1 工程制圖教學(xué)改革的必要性

（1）工程制圖課程面向我校大一新生開設(shè)，學(xué)生無任何工程背景，零件加工常識(shí)、零件部件結(jié)構(gòu)等幾乎一片空白，學(xué)生的空間想象能力普遍較弱，學(xué)習(xí)起來感覺到很吃力，如果按照傳統(tǒng)的PPT+板書模式講解，學(xué)生會(huì)感到枯燥乏味，學(xué)生難以提起學(xué)習(xí)制圖課的興趣，也激發(fā)不了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（2）大一新生自主學(xué)習(xí)意識(shí)普遍薄弱，大家已習(xí)慣了課堂被“灌”，缺乏自主探究知識(shí)的能力，學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)也得不到充分、有效地培養(yǎng)鍛煉。

（3）學(xué)生普遍沒有標(biāo)準(zhǔn)概念。圖紙的布圖不合理，圖面也不干凈整潔；尺寸標(biāo)注時(shí)箭頭畫的不規(guī)范，書寫的尺寸數(shù)字位置和方向總出錯(cuò)；同一種線型整圖不一致，尤其對(duì)稱中心線或軸線總有漏畫；字形和字號(hào)整張圖紙不統(tǒng)一等等。

（4）責(zé)任心、工程意識(shí)和服務(wù)意識(shí)缺乏。表現(xiàn)在畫圖讀圖時(shí)，隨意性、盲目性，構(gòu)形表達(dá)能力弱，沒有全局觀。作圖過程缺乏耐心，不嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，缺乏工匠精神。

（5）《中國制造2025》是我國實(shí)施制造業(yè)強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)。為了更好地適應(yīng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的要求，滿足制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)大背景下企業(yè)對(duì)技術(shù)技能人才的需求，課程除講授手工繪圖，還要增加CAD作圖、3D數(shù)字建模等相關(guān)內(nèi)容。但隨著學(xué)分制的改革和專業(yè)認(rèn)證的開展，專業(yè)培養(yǎng)方案也隨之作了相應(yīng)的調(diào)整，工程制圖課程的教學(xué)課時(shí)數(shù)反而明顯減少，課程內(nèi)容增加和授課學(xué)時(shí)減少的矛盾，迫使工程制圖課程教學(xué)改革勢在必行。

2 工程制圖教學(xué)改革的構(gòu)想和嘗試：

2.1 重構(gòu)課程內(nèi)容體系，謀劃課程改革方案

基于我校都市型農(nóng)業(yè)大學(xué)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的辦學(xué)理念，依據(jù)理工科本科學(xué)生專業(yè)培養(yǎng)方案要求，團(tuán)隊(duì)教師梳理并撰寫了融入思政的教學(xué)大綱、制圖教案及PPT課件等。團(tuán)隊(duì)以O(shè)BE理念為改革思路，以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，采用項(xiàng)目化教學(xué)，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，以學(xué)生職業(yè)能力培養(yǎng)為主線，將數(shù)字化軟件內(nèi)容有機(jī)融合到工程制圖知識(shí)體系中。從學(xué)科知識(shí)點(diǎn)出發(fā)深度挖掘蘊(yùn)含在制圖課程中的思政元素，精心設(shè)計(jì)該課程思政改革教學(xué)案例，將人文精神、科學(xué)精神、創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)素養(yǎng)、工匠精神教育等核心內(nèi)容融入課堂教學(xué)。

2.2 注重能力培養(yǎng)，整合優(yōu)化工程制圖教學(xué)內(nèi)容

（1）精簡畫法幾何內(nèi)容，融入3D軟件突破難點(diǎn)。淡化點(diǎn)、線、面，學(xué)習(xí)完正投影特性和三視圖投影規(guī)律后，直接從體開始，借助實(shí)物模型以教室的三個(gè)面（黑板、墻面、地面）比作三面投影體系中的V、W、H面直觀演示教學(xué)，用十八字法要求和規(guī)范作圖，這樣學(xué)生雖然初次接觸投影作圖，理解起來也不會(huì)有困難，也能很快建立起完整的空間概念，也能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)制圖的積極性，教學(xué)活動(dòng)中師生雙方始終處于有“溫度”的良性互動(dòng)，提高了課堂教學(xué)效率和效果。截交線和相貫線是師生都很怵頭的內(nèi)容，俗稱為“頭痛幾何”，它對(duì)空間想象能力要求較高。團(tuán)隊(duì)教師課前或課堂上利用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)或Solidworks軟件構(gòu)建三維模型，課堂進(jìn)行截切和分割演示，讓學(xué)生弄清楚其內(nèi)外結(jié)構(gòu)形狀。工程實(shí)際中，回轉(zhuǎn)體相貫線在實(shí)際零件中，出現(xiàn)較多的只是圓柱與圓柱正交的情況，出于應(yīng)用的考慮，只重點(diǎn)講解相貫線的近似畫法及應(yīng)用。

（2）平面圖形的繪制部分，我們選用國產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的2D軟件──CAXA電子圖板融入這部分的教學(xué)中。與其他二維軟件相比 CAXA 2D對(duì)電腦硬件要求不高，教師課堂上即裝即用，直接應(yīng)用CAXA軟件的操作講解國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，比如：圖紙幅面尺寸、圖框格式、標(biāo)題欄及方位、明細(xì)欄、比例、字體等。通過具體平面圖形的繪制和尺寸標(biāo)注操作，介紹各種圖線的應(yīng)用和尺寸標(biāo)注的基本規(guī)定，內(nèi)容清晰明了，課堂效果非常好且節(jié)約課時(shí)。

（3）投影作圖部分，我們借助CAXA 2D軟件獨(dú)特的“導(dǎo)航”功能，來實(shí)現(xiàn)主俯視圖長對(duì)正，主左視圖高平齊，俯左視圖寬相等。結(jié)合 CAXA 3D實(shí)體設(shè)計(jì)的創(chuàng)新建模方式，講授組合體組合方式、表面連接關(guān)系，3D軟件靈活便捷的旋轉(zhuǎn)、剖切能讓學(xué)生多角度觀察模型，通過包圍盒的動(dòng)態(tài)拖放，直觀演示相貫體內(nèi)外表面的形成及變化情況。鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)會(huì)這款軟件的建模應(yīng)用，大膽嘗試，培養(yǎng)自己的創(chuàng)意靈感，提高自己的空間想象能力。機(jī)件的表達(dá)方案，我們講授表達(dá)方法和基本規(guī)定，實(shí)際的應(yīng)用還是使用CAXA3D軟件建模，然后生成二維工程圖，再對(duì)照機(jī)械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定編輯修改和標(biāo)注，便捷又高效。

（4）典型零件圖部分，CAXA2D軟件在繪制零件圖時(shí)有些操作具有獨(dú)特的繪制和編輯功能，比如：繪制軸套類零件，其他繪圖軟件就相對(duì)麻煩些，而CAXA2D就方便多了，其單獨(dú)有個(gè)軸/孔命令，操作者只需按照提示輸入軸的起始直徑、終止直徑和軸段的長度即可輕松繪制出軸的投影圖，再結(jié)合一些編輯操作（如：倒角、圓角等）、尺寸和技術(shù)要求標(biāo)注操作很快就能完成一張零件圖繪制。

（5）裝配圖部分。我們把標(biāo)準(zhǔn)件放入裝配圖中講授，介紹標(biāo)準(zhǔn)件的基礎(chǔ)知識(shí)、標(biāo)記和學(xué)習(xí)查閱國家標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用我們還是通過從CAXA2D軟件強(qiáng)大圖庫中調(diào)用圖符來完成裝配圖繪制。典型裝置的裝配圖繪制，利用CAXA二維軟件把繪制完成的零件圖拼裝成零件圖。

（6）電氣工程圖部分，為了更好地服務(wù)于電氣工程專業(yè)的后續(xù)課程，增加了電氣繪圖部分，對(duì)比介紹電氣CAD的基本規(guī)定，通過提取CAXA 2D圖庫中電氣符號(hào)學(xué)習(xí)繪制電氣電路圖。

2.3 加強(qiáng)課程育人，融入課程思政元素

（1）介紹圖學(xué)史、我國電力工業(yè)的發(fā)展史和我國技術(shù)制圖相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程，認(rèn)識(shí)工程制圖從手繪到CAD制圖的發(fā)展歷程，使學(xué)生建立工程圖樣繪制的規(guī)范性思維，提高對(duì)手繪制圖的興趣。解讀《中國制造2025》和中國政府的“制造業(yè)強(qiáng)國戰(zhàn)略”，引導(dǎo)學(xué)生樹立遠(yuǎn)大理想和擁有愛國主義情懷，樹立正確的人生觀、價(jià)值觀，培養(yǎng)責(zé)任感、使命感，全面提高學(xué)生思想政治素養(yǎng)。

（2）“沒有規(guī)矩，不成方圓”，“規(guī)者，正圓之器；矩者，正方之器”。制造業(yè)是一個(gè)在“標(biāo)準(zhǔn)”約束下得以迅速發(fā)展的行業(yè)，遵循標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則是行業(yè)的要求，也是做人的要求。要使用工程圖學(xué)語言進(jìn)行交流，也必須要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就是國家標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)就是制圖行業(yè)規(guī)矩。國有國法，家有家規(guī)，校有校規(guī)校紀(jì)。規(guī)矩是人類自己制定的信條，規(guī)矩與我們的生活息息相關(guān)。堅(jiān)守誠信，遵守學(xué)校實(shí)驗(yàn)室規(guī)則，遵守交通規(guī)則，垃圾分類處理，疫情當(dāng)下嚴(yán)格遵守防疫規(guī)定等等，從點(diǎn)滴做起，培養(yǎng)工程師基本素質(zhì)。

（3）“工欲善其事，必先利其器”。工程制圖課程的學(xué)習(xí)中我們會(huì)接觸到手工繪圖工具和計(jì)算機(jī)繪圖工具，只有我們平時(shí)多實(shí)踐，熟能生巧，畫圖質(zhì)量和繪圖速度才能逐漸提高。

（4）“細(xì)節(jié)決定成敗”，制圖中的點(diǎn)、劃、線、漢字，看似簡單，但沒有認(rèn)真踏實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度是畫不好、寫不好的。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工程制圖漢字應(yīng)寫成長仿宋體，畫好點(diǎn)劃線，寫好仿宋字，從點(diǎn)點(diǎn)滴滴開始，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、踏實(shí)的作風(fēng)與態(tài)度，盡自己所能，現(xiàn)在努力學(xué)習(xí)，打好基礎(chǔ)，今后才能充分發(fā)揮你的聰明才智，把工作做到極致，為祖國的繁榮昌盛、更加強(qiáng)大做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

（5）目前，核高基（核心、關(guān)鍵、基礎(chǔ)）的軟件，如操作系統(tǒng)、重要工業(yè)軟件、控制類軟件等，被國外軟件壟斷。機(jī)械相關(guān)軟件基本都是國外軟件，這種狀況嚴(yán)重威脅著我們的信息安全。哈工大、哈工程接到了MATLAB軟件停止服務(wù)的郵件通知。因此，禁用對(duì)我們影響巨大。美國實(shí)體清單正在擴(kuò)大，而被禁用的類別，也已經(jīng)從硬件為主，增加了軟件，后續(xù)還會(huì)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、專利等內(nèi)容被禁用。畫工程圖倡議大家使用國產(chǎn)軟件，防止被“卡脖子”，激勵(lì)大家努力學(xué)習(xí)，認(rèn)真鉆研，開發(fā)我們自己的民族繪圖軟件。

（6）“功成不必在我，功成必定有我”。螺絲釘雖小，但作用重大，我們每一個(gè)人都要有“干一行，愛一行，鉆一行”的雷鋒精神，發(fā)揚(yáng)雷鋒同志的“螺絲釘精神”。從唐氏螺紋防松螺母的發(fā)明歷程中，培養(yǎng)學(xué)生勇于從小處著手，立志創(chuàng)新的精神。鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，成為行業(yè)冠軍。

2.4 搭建向上教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)課程學(xué)習(xí)過程考核評(píng)價(jià)

利用開放的校園網(wǎng)，搭建線上教學(xué)平臺(tái)，構(gòu)建“智慧樹+騰訊課堂+QQ群”線上教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)課程的翻轉(zhuǎn)，學(xué)生借助平臺(tái)資源自主學(xué)習(xí)，討論答疑，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)客觀的過程考核評(píng)價(jià)。

以上是我們團(tuán)隊(duì)教師多年來圖學(xué)教學(xué)改革的切身體會(huì)。今后我們會(huì)持續(xù)跟進(jìn)改革措施，加大制圖課程思政改革力度，注重學(xué)生能力和素質(zhì)培養(yǎng)，為社會(huì)輸送更多高技能創(chuàng)新型人才。