加强实践能力培养的机械制图课程改造研究
施岳定+张学昌+许少锋+吴红兵
[摘 要]针对机械制图课程图形表达与功能设计割离、综合性设计表达训练不足等教学中长期存在的问题，课题组提出新的课程内容体系和创新的教学方法，将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，促进学生设计表达能力和形体结构创新能力的提高。
[关键词]教学方法；功能设计；实践能力；工程素养
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）01-0058-03
机械制图既具有系统的理论性，又有较强的实践性，因此，学生实际的绘图设计表达能力的提高是建立在对机械零部件结构功能的理解和大量结构设计绘图表达实践性训练的基础之上的。但传统的教学内容体系和课堂教学方法未能将理论教学和实践训练融为一体，未能将对零部件结构功能的理解与图形表达密切结合。虽然经过一系列课程改革和教学创新，但其对于这一长期存在的问题，并无多少改进作用。对于学习内容，学生机械记忆的多，真正理解灵活掌握的少，对基于功能设计的结构理解和正确表达仍是不易逾越的坎，实践性训练教学仍然是课堂教学的薄弱环节，以至于机械类学生在毕业设计中仍存在无法正确表达设计意图的现象等，教学中存在诸多亟待解决的问题。
一、课程教学存在什么样的问题
（一）图形表达与功能设计完全割离的教学内容体系
机械中的任何结构都是为功能服务的。但在机械制图的课堂教学中，重点是对已有结构的表达，普遍就事论事，没能与机械设计制造有机结合，只讲形体结构的表达方法，不讲机件的结构功能分析，图形规范与设计实际脱离，图形表达与功能设计脱离。离开功能分析的表达，学生只能机械地记忆画图规范，不能灵活掌握，对结构知其然而不知其所以然，只记图形表达，不懂功能设计要求。当毕业设计中需要功能结构设计表达时，学生竟不知道如何表达，对学过的知识毫无印象。这样的现象每年都在发生，至今仍在发生。
（二）重理论轻实践
机械制图课程的性质决定了其具有很强的实践性，应将实践教学内容真正融入课堂理论教学中，并进行理实一体化设计。但在教学实践中，教师往往存在重理论、轻实践，重学术、轻应用的倾向，并没能把课堂理论教学和实践教学融为一体化，而是按常规知识点配以分散的、相对独立的练习题进行单元性训练，缺乏知识的连贯性和综合性，导致知识不能关联，令学生对与工程相关的知识能懂不能用，实际应用能力严重不足。这一教学理念的偏差所导致的学生设计应用能力不足的后果，对于研究性大学因对学生实践能力检验的滞后性而言较为隐性，而对于需要为区域经济服务的高水平设计人才的培养，则会立刻遭受教学质量的检验。
（三）忽视基本功的培养
现代科技的发展，给设计表达方法带来了翻天覆地的变化，各种CAD软件的运用，为设计插上了腾飞的翅膀。但是，无论软件工具的功能多么强大，其都是为设计创造服务的。但在实践中，许多设计工具的方便性和易表现性，导致学生热衷于概念设计和模型表达，而忽视结构设计表达的各种工程技术要求和机械图的二维表达，当需要按工程设计要求进行量化、细化具体结构设计时却一脸茫然，不知道该如何设计和表达，设计的作品中看不中用，或者完全不符合工程设计和制造的要求。
（四）课程教学改革的综合性问题
教师要将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将零件和装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，这需要整合本课程的内容，也要对相关课程内容进行整合，并设计出符合绘图、看图要求的，又符合功能设计要求的大量实践训练案例。这既对教师教学提出了更高的要求，又需要教师花费大量时间设计案例、指导实践训练、学生设计表达方案评价等。因此，对教师工作的一般考核方法不利于优化课程教学。
（五）青年教师理论知识与实践能力之间的矛盾
高学历教师比例的不断提高，整体提升了教师队伍水平，但青年教师普遍存在工程实践经验不足，难以将设计实践融入课堂教学的问题。
针对上述问题，浙江大学宁波理工学院工程图学课程教学团队以教学改革为契机，通过更新教学理念，调整教学内容，将实践教学内容真正融入课堂理论教学中，将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，改革教学方法，加强实践性教学环节，从根本上解决“教什么”“怎么教”“如何学”的问题。
二、如何改造课程
（一）改革内容与目标
1.更新课堂教学理念，注重实践教学。教师要注重课堂的实践性教学，进行理实一体化设计，将实践教学内容真正融入课堂理论教学中，将按常规知识点配以分散的、相对独立的练习题进行整合，设计能够关联课程知识，具有连贯性、综合性的设计表达案例。通过理论讲授、实验实践训练、设计绘图技能竞赛、结构创新设计表达训练、课程论文等多种形式，理论联系实际，真正将实践教学内容融入课堂教学中，培养既掌握系统理论知识，又能将知识正确灵活地运用于设计实践，具有结构创新、设计表达能力的高水平设计人才。
2.改革课堂教学内容，将功能设计概念融入制图教学。将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，注重零件形体结构和装配结构构思的新颖性和创造性，突出基于功能的零部件结构设计和表达，促进设计表达能力和形体结构创新能力的提高。
3.改革课堂教学方法，项目引领，设计实践。通过若干综合性设计绘图实践小项目，将功能设计、图形表达、标准应用融入项目中，提高综合设计表达能力。
（二）教学内容和教学方法创新
1.课程内容体系的创新
教师要将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，注重零件形体结构和装配结构构思的新颖性和创造性，突出基于功能的零部件结构设计和表达，促进学生设计表达能力和形体结构创新能力的提高。
教师要在传统内容中融入工程学、设计学、创造学，以及对产品全生命周期概念等相关内容，将机械制图基础课程教学与计算机图形学、工程图样智能理解等学科前沿相结合。
2.课堂教学方法的创新
（1）以形体构思为主线，以教师为主导，学生实践的启发式教学。以启发学生的空间思维为核心，基于图形的表达和理解，采用设问和“埋伏”并存的教学方式，诱导学生进一步思考。在教师主导和指导下，要求学生从零件的功能出发，以如阀体、齿轮油泵泵体等典型零件为例，根据所需功能构思合理的结构，进行设计和图形表达。这种方法能融入创造性思维，加强学生动手实践。
（2）以空间思维为核心的讨论互动式教学。在课堂教学中，进行师生互动和生生互动。如针对一机件让学生进行表达方案的练习，首先由学生根据所给机件的结构特点分组讨论，然后各组陈述展示各自的表达方案，各组间相互提问和点评，最后教师进行总结归纳。这样，能活跃课堂气氛，加深印象，变被动听课为主动研讨。
（3）注重工程意识的培养。将工程设计概念引入课堂教学。通过引入设计过程与方法，在机械制图的传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学，以及对产品全生命周期概念等相关内容，深化学生对本课程、对零部件结构与功能、对图形表达等全方位的理解；引科研前沿入课堂教学，将机械制图基础课程教学与计算机图形学、计算机辅助设计、工程图样智能理解等学科前沿结合起来，启发学生多向思维，培养学生的创新精神。如进行零部件的测绘、零件结构设计和装配结构设计。通过齿轮油泵泵体的测绘，从画草图、量尺寸到正规图样的绘制，培养了学生的工程意识，让学生体会到学生和工程师之间的角色互换，锻炼学生综合设计能力。教师可给出部件的基本功能要求，注重装配结构的合理性，兼顾装配结构构思的新颖性和创造性，让学生根据部件功能进行结构构思设计和绘图表达。这样，学生对图形的理解就能从画图规范上升到对结构功能的合理性和生产制造的理解。
通过教学模式的转变，解决教师怎么教、学生怎么学的问题，解决教师满堂灌、学生被动学的问题，将对结果的评价转变为对过程的评价，加强实践教学，提高设计表达实践能力，使学生真正成为学习的主人，从而达到提高课程教学质量的目的。
3.学生课业评价模式的改进
（1）多模式的过程评价。为了避免学生平时不用功，考前突击的现象，需要改变一张试卷决定学生学业成绩的评价模式，强调学习过程的评价，将过程评价和结果评价结合起来。
（2）除了将常规的制图大作业和考试中没法体现的上机成绩计入总成绩以外，还可设计布置一些由学生自主完成的设计绘图综合作业，如基于功能的零件结构设计与表达、典型功能的装配结构设计与表达、设计表达过程的小论文等，迫使学生站在教师的角度梳理知识点，辨别重点和难点，充分调动其学习的主动性、积极性和创造性。
（3）增加自主式的结果评价。这既要规范统一考试，又要推进考核方法的多样化，促进学生个性化发展。对于学有余力的优秀学生、学生自主学习的推进、学生创新能力的提升，更需要多样化评价机制的鼓励和推动。因此，在统一考试的结果评价的同时，要鼓励优秀学生自主命题，自己解答，充分挖掘学生的主观能动性，培养学生的自主学习和创新能力。
三、结论
首先，通过若干综合性设计绘图实践小项目，将功能设计、图形表达、标准应用融入项目中，提高学生的综合设计表达能力。
其次，以形体构思为主线，加强综合性训练，通过典型功能要求的结构设计，将形体结构与功能设计结合，促进学生的创造性设计构思和形体表达能力。
再次，以启发学生的空间思维为核心，基于图形的表达和理解，引导学生进行功能思考，理解零件的结构与功能的对应关系，使学生能从零件的功能出发，构思设计并表达出零件的结构。
最后，注重工程意识的图学素质教学，引入设计过程与方法，在机械制图的传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学，以及产品全生命周期概念等相关内容，深化学生对本课程、零部件结构与功能、图形表达等全方位的理解。
经过几年的课程改革创新教学，本校机械类学生的课程设计、学生科技项目和毕业设计作品质量明显提升，学生的设计表达应用能力得到明显改善。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 覃永晖，吴晓，彭蓬等.工程教育的“博弈”：提高地方高校学生工程实践能力的探索[J].高等农业教育，2012（8）：36-39.
[2] 顾秉林.工程教育中亟待解决的三个问题[J].中国高等教育，2002（22）：9-11.
[3] 张旭，张学昌，李建新.以创新设计为主导、以图学素养为本位的高层次人才培养模式研究[J].现代教育技术，2010（4）：138-142.
[4] 王台惠，邓春芳.在工程图学课程教学中加强学生创新能力的培养[J].中国高教研究，2004（9）：78-79.
[5] 金炎丽.机械制图作业批改方式探讨[J].现代技能开发，2002（5）：18-20.
[责任编辑：刘凤华]
[摘 要]针对机械制图课程图形表达与功能设计割离、综合性设计表达训练不足等教学中长期存在的问题，课题组提出新的课程内容体系和创新的教学方法，将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，促进学生设计表达能力和形体结构创新能力的提高。
[关键词]教学方法；功能设计；实践能力；工程素养
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）01-0058-03
机械制图既具有系统的理论性，又有较强的实践性，因此，学生实际的绘图设计表达能力的提高是建立在对机械零部件结构功能的理解和大量结构设计绘图表达实践性训练的基础之上的。但传统的教学内容体系和课堂教学方法未能将理论教学和实践训练融为一体，未能将对零部件结构功能的理解与图形表达密切结合。虽然经过一系列课程改革和教学创新，但其对于这一长期存在的问题，并无多少改进作用。对于学习内容，学生机械记忆的多，真正理解灵活掌握的少，对基于功能设计的结构理解和正确表达仍是不易逾越的坎，实践性训练教学仍然是课堂教学的薄弱环节，以至于机械类学生在毕业设计中仍存在无法正确表达设计意图的现象等，教学中存在诸多亟待解决的问题。
一、课程教学存在什么样的问题
（一）图形表达与功能设计完全割离的教学内容体系
机械中的任何结构都是为功能服务的。但在机械制图的课堂教学中，重点是对已有结构的表达，普遍就事论事，没能与机械设计制造有机结合，只讲形体结构的表达方法，不讲机件的结构功能分析，图形规范与设计实际脱离，图形表达与功能设计脱离。离开功能分析的表达，学生只能机械地记忆画图规范，不能灵活掌握，对结构知其然而不知其所以然，只记图形表达，不懂功能设计要求。当毕业设计中需要功能结构设计表达时，学生竟不知道如何表达，对学过的知识毫无印象。这样的现象每年都在发生，至今仍在发生。
（二）重理论轻实践
机械制图课程的性质决定了其具有很强的实践性，应将实践教学内容真正融入课堂理论教学中，并进行理实一体化设计。但在教学实践中，教师往往存在重理论、轻实践，重学术、轻应用的倾向，并没能把课堂理论教学和实践教学融为一体化，而是按常规知识点配以分散的、相对独立的练习题进行单元性训练，缺乏知识的连贯性和综合性，导致知识不能关联，令学生对与工程相关的知识能懂不能用，实际应用能力严重不足。这一教学理念的偏差所导致的学生设计应用能力不足的后果，对于研究性大学因对学生实践能力检验的滞后性而言较为隐性，而对于需要为区域经济服务的高水平设计人才的培养，则会立刻遭受教学质量的检验。
（三）忽视基本功的培养
现代科技的发展，给设计表达方法带来了翻天覆地的变化，各种CAD软件的运用，为设计插上了腾飞的翅膀。但是，无论软件工具的功能多么强大，其都是为设计创造服务的。但在实践中，许多设计工具的方便性和易表现性，导致学生热衷于概念设计和模型表达，而忽视结构设计表达的各种工程技术要求和机械图的二维表达，当需要按工程设计要求进行量化、细化具体结构设计时却一脸茫然，不知道该如何设计和表达，设计的作品中看不中用，或者完全不符合工程设计和制造的要求。
（四）课程教学改革的综合性问题
教师要将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将零件和装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，这需要整合本课程的内容，也要对相关课程内容进行整合，并设计出符合绘图、看图要求的，又符合功能设计要求的大量实践训练案例。这既对教师教学提出了更高的要求，又需要教师花费大量时间设计案例、指导实践训练、学生设计表达方案评价等。因此，对教师工作的一般考核方法不利于优化课程教学。
（五）青年教师理论知识与实践能力之间的矛盾
高学历教师比例的不断提高，整体提升了教师队伍水平，但青年教师普遍存在工程实践经验不足，难以将设计实践融入课堂教学的问题。
针对上述问题，浙江大学宁波理工学院工程图学课程教学团队以教学改革为契机，通过更新教学理念，调整教学内容，将实践教学内容真正融入课堂理论教学中，将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，改革教学方法，加强实践性教学环节，从根本上解决“教什么”“怎么教”“如何学”的问题。
二、如何改造课程
（一）改革内容与目标
1.更新课堂教学理念，注重实践教学。教师要注重课堂的实践性教学，进行理实一体化设计，将实践教学内容真正融入课堂理论教学中，将按常规知识点配以分散的、相对独立的练习题进行整合，设计能够关联课程知识，具有连贯性、综合性的设计表达案例。通过理论讲授、实验实践训练、设计绘图技能竞赛、结构创新设计表达训练、课程论文等多种形式，理论联系实际，真正将实践教学内容融入课堂教学中，培养既掌握系统理论知识，又能将知识正确灵活地运用于设计实践，具有结构创新、设计表达能力的高水平设计人才。
2.改革课堂教学内容，将功能设计概念融入制图教学。将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，注重零件形体结构和装配结构构思的新颖性和创造性，突出基于功能的零部件结构设计和表达，促进设计表达能力和形体结构创新能力的提高。
3.改革课堂教学方法，项目引领，设计实践。通过若干综合性设计绘图实践小项目，将功能设计、图形表达、标准应用融入项目中，提高综合设计表达能力。
（二）教学内容和教学方法创新
1.课程内容体系的创新
教师要将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，注重零件形体结构和装配结构构思的新颖性和创造性，突出基于功能的零部件结构设计和表达，促进学生设计表达能力和形体结构创新能力的提高。
教师要在传统内容中融入工程学、设计学、创造学，以及对产品全生命周期概念等相关内容，将机械制图基础课程教学与计算机图形学、工程图样智能理解等学科前沿相结合。
2.课堂教学方法的创新
（1）以形体构思为主线，以教师为主导，学生实践的启发式教学。以启发学生的空间思维为核心，基于图形的表达和理解，采用设问和“埋伏”并存的教学方式，诱导学生进一步思考。在教师主导和指导下，要求学生从零件的功能出发，以如阀体、齿轮油泵泵体等典型零件为例，根据所需功能构思合理的结构，进行设计和图形表达。这种方法能融入创造性思维，加强学生动手实践。
（2）以空间思维为核心的讨论互动式教学。在课堂教学中，进行师生互动和生生互动。如针对一机件让学生进行表达方案的练习，首先由学生根据所给机件的结构特点分组讨论，然后各组陈述展示各自的表达方案，各组间相互提问和点评，最后教师进行总结归纳。这样，能活跃课堂气氛，加深印象，变被动听课为主动研讨。
（3）注重工程意识的培养。将工程设计概念引入课堂教学。通过引入设计过程与方法，在机械制图的传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学，以及对产品全生命周期概念等相关内容，深化学生对本课程、对零部件结构与功能、对图形表达等全方位的理解；引科研前沿入课堂教学，将机械制图基础课程教学与计算机图形学、计算机辅助设计、工程图样智能理解等学科前沿结合起来，启发学生多向思维，培养学生的创新精神。如进行零部件的测绘、零件结构设计和装配结构设计。通过齿轮油泵泵体的测绘，从画草图、量尺寸到正规图样的绘制，培养了学生的工程意识，让学生体会到学生和工程师之间的角色互换，锻炼学生综合设计能力。教师可给出部件的基本功能要求，注重装配结构的合理性，兼顾装配结构构思的新颖性和创造性，让学生根据部件功能进行结构构思设计和绘图表达。这样，学生对图形的理解就能从画图规范上升到对结构功能的合理性和生产制造的理解。
通过教学模式的转变，解决教师怎么教、学生怎么学的问题，解决教师满堂灌、学生被动学的问题，将对结果的评价转变为对过程的评价，加强实践教学，提高设计表达实践能力，使学生真正成为学习的主人，从而达到提高课程教学质量的目的。
3.学生课业评价模式的改进
（1）多模式的过程评价。为了避免学生平时不用功，考前突击的现象，需要改变一张试卷决定学生学业成绩的评价模式，强调学习过程的评价，将过程评价和结果评价结合起来。
（2）除了将常规的制图大作业和考试中没法体现的上机成绩计入总成绩以外，还可设计布置一些由学生自主完成的设计绘图综合作业，如基于功能的零件结构设计与表达、典型功能的装配结构设计与表达、设计表达过程的小论文等，迫使学生站在教师的角度梳理知识点，辨别重点和难点，充分调动其学习的主动性、积极性和创造性。
（3）增加自主式的结果评价。这既要规范统一考试，又要推进考核方法的多样化，促进学生个性化发展。对于学有余力的优秀学生、学生自主学习的推进、学生创新能力的提升，更需要多样化评价机制的鼓励和推动。因此，在统一考试的结果评价的同时，要鼓励优秀学生自主命题，自己解答，充分挖掘学生的主观能动性，培养学生的自主学习和创新能力。
三、结论
首先，通过若干综合性设计绘图实践小项目，将功能设计、图形表达、标准应用融入项目中，提高学生的综合设计表达能力。
其次，以形体构思为主线，加强综合性训练，通过典型功能要求的结构设计，将形体结构与功能设计结合，促进学生的创造性设计构思和形体表达能力。
再次，以启发学生的空间思维为核心，基于图形的表达和理解，引导学生进行功能思考，理解零件的结构与功能的对应关系，使学生能从零件的功能出发，构思设计并表达出零件的结构。
最后，注重工程意识的图学素质教学，引入设计过程与方法，在机械制图的传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学，以及产品全生命周期概念等相关内容，深化学生对本课程、零部件结构与功能、图形表达等全方位的理解。
经过几年的课程改革创新教学，本校机械类学生的课程设计、学生科技项目和毕业设计作品质量明显提升，学生的设计表达应用能力得到明显改善。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 覃永晖，吴晓，彭蓬等.工程教育的“博弈”：提高地方高校学生工程实践能力的探索[J].高等农业教育，2012（8）：36-39.
[2] 顾秉林.工程教育中亟待解决的三个问题[J].中国高等教育，2002（22）：9-11.
[3] 张旭，张学昌，李建新.以创新设计为主导、以图学素养为本位的高层次人才培养模式研究[J].现代教育技术，2010（4）：138-142.
[4] 王台惠，邓春芳.在工程图学课程教学中加强学生创新能力的培养[J].中国高教研究，2004（9）：78-79.
[5] 金炎丽.机械制图作业批改方式探讨[J].现代技能开发，2002（5）：18-20.
[责任编辑：刘凤华]
