在工程图学课程中贯穿工程设计理念*

许良琼，吴波，舒金波

(中南大学机电工程学院，湖南长沙410083)

在工程图学课程中贯穿工程设计理念*

许良琼，吴波，舒金波

(中南大学机电工程学院，湖南长沙410083)

突破传统的教育理念和模式，培养“明体达用”的高级人才，从工程基础课程开始，在教学过程中贯穿工程意识和设计理念，正确引导学生逐步认识自己的专业以及相关的行业，让课堂贴近工程实际，突出学生综合应用能力的培养。本文以机械专业和相关的工程实际为背景，对机械专业“工程图学”课程教学内容、课件制作、教学方法和手段等教学工作进行一些探索和改革，以期激发学生学习动机，鼓励学生积极主动地思考问题，培养学生自己带着问题进行认知的工程创新能力。

工程图学;工程设计理念

一、工程意识在工程图学教学改革中的意义

在当今的知识经济时代，加速建设和发展国家经济对知识创造和人才培养的创新体系提出了越来越高的要求，而研究型大学在国家知识和人才培养的创新体系中发挥着重要作用。厚基础宽口径教育理念的特点，是加强基础，淡化专业，增强对就业市场的适应性，强调知识、素质、能力的全面发展。为适应新的知识人才的创新体系，大学教育在厚基础宽口径教育理念的基础上，应该加强学生广义上的专业意识，也即工程意识，以突出强化学生的工程创新能力。

工程图学是工科专业的重要基础课程，也是机械专业的专业基础课程。机械专业的工程图学课程一共有两期的学习，上期主要是理论部分，学习制图、读图的基本理论和方法，下期则主要是工程实际应用部分，培养工程图的绘制与阅读的基本功。工程图学课程涉及许多尚未学习认知的其它课程领域，如工程材料及热处理、冷热加工、机械原理、机械设计、公差配合及技术要求等加工制造类与工程设计类课程。如果只是简单的照本宣科，依靠书本上的理论知识，对学生而言，是非常抽象而难以理解的，因而就会感觉乏味和枯燥，因此往往难于达到最佳的学习效果。并且，因为下期只是考查课程，学生只要完成一般的作业，基本上就都可以通过。而事实上，在每一期的图学课程结束之后，很多学生还属于一知半解，并未真正理解和掌握学习内容，以至于在以后的各种专业设计课程等运用环节之中，屡屡出错，严重影响后续专业课程的学习。

实际上，每一个学科的相关课程之间应该是有紧密联系的，因此课程并不是孤立的，课程之间应该可以相互渗透，既然工程制图课程涉及专业设计、机械制造等专业实践课程，我们就把涉及到的工程意识和工程设计理念加入到该课程的学习中来，帮助学生建立起一种神圣的工程设计思想和严谨的学习态度，让学生感觉到自己有一种学习使命感，因而更认真、更积极主动地进行思考和自主学习。那么，如何把工程设计与机械制造的思想和理念贯穿到工程制图课程之中，以激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，这个就是我们教师肩负的教学重任。

课程教学改革的指导思想就是基于这样的思路，从头至尾始终把机械设计的思想和理念贯穿在教学内容之中，让学生一开始就建立一个机械设计与制造的理念，尝试以工程相关的专业思想的态度和角度来进行认知学习。虽然学生会有很多疑惑，但重要的是我们应该引导学生以积极的心态主动思考、主动进行探究式学习，让带着的疑惑在学习过程中引刃而解。

二、把有关工程设计的理念融入教学内容

在教学内容的安排和取舍上，要强化工程意识，循序渐进的把学生引入工程实际的基础认知之中，以增强学生对工程的适应能力。因此，对工程图学课程教学内容作了如下的设计安排和精心处理。

(一)工程图学教学内容的安排

工程制图下期的教学内容，包括三大部分:机械零件的类型(标准件、常用件、一般件);机械图的绘制(零件图、装配图、工艺图);计算机CAD二维绘图。根据本期的教学课时及教学要求，以上内容一共分为十二讲，分别为课程引言、标准件、常用件、零件图的内容和画法、零件图的尺寸标注、零件图的技术要求、装配图的内容和画法、装配图的尺寸和技术要求、读装配图、读机械图并由装配图拆画零件、CAD绘图基础、CAD绘图管理等。教学课时为4×14周=56学时，其中40课时用于讲课及测绘、手工制图，16课时用于CAD实验上机绘图。

(二)工程图学教学内容的处理

绪论开头，在课程引言中切入工程理念，把对零件图、装配图的认识从机械设计、机械制造、机械设备的使用和维护几个方面的简要介绍来进行引入，并举工程实例，既认识了零件图、装配图的作用和地位，同时也认识了机械设计与制造的一些专业方向。同时，以齿轮油泵为例进行简单分析，认识组成一般机械的三类零件:标准件、常用件、一般件。

在整个课程教学之中，始终围绕齿轮油泵部件，测绘零件图、拼画装配图来学习相关的知识，如螺纹连接、齿轮啮合、零件图及装配图的画法、工艺结构、尺寸标注及尺寸基准选择、技术要求等。其中，尺寸标注、技术要求是难点，为了使学生易于理解，均围绕机械设计理念、加工知识，直接以典型零件和油泵部件为例进行分析。并把技术要求内容分开，零件图中学习公差、表面粗糙度，装配图中学习配合，以分散难度。

具体考虑如下:尺寸标注及基准选择首先以四种典型加工零件(轴套、轮盘、叉架、箱体)为例分析基准和尺寸标注特点，然后再来分析齿轮油泵各零件的基准和尺寸;尺寸公差、形位公差、表面粗糙度结合零件的加工要求进行认识分析，并根据油泵的功能设计要求分析对其各零件的加工要求，讲解初步确定机械设计零部件技术要求方法的基本原则和方法;装配图中的必要尺寸根据油泵部件的设计要求来进行分析;孔轴的配合及选用，放在装配图中学习，并按设计要求分析油泵各处的配合选择，强调类比法的使用。

读机械图中的零件图，直接选用典型零件主轴、法兰盘、分离式减速器箱盖的零件图来进行分析，以加强认识和理解这些常用零件的结构和加工要求;除了学习测绘的齿轮油泵模型、读图认识的球形阀、综合训练的机油泵之外，为了扩宽视野，加强认识齿轮油泵和流体阀，另外加入一些工程实例图。这些实例与工程实际相结合，直接引用实物图片，以帮助学生认识实际生产之中的产品，如各种阀、各种油泵，都是来源于市场之中的实例。

三、精心设计制作教学课件并渗入工程设备和产品

教学过程是一个以学为主、以教为辅的学习认知过程，学生是主体，教师是引导和指导者。教学过程还应该是一个人性化的过程，应该从学生学习思维的角度进行考虑和关怀，满足学生求知的一些人文需求。在和一些学生的接触和交流之中发现，不少学生在某些课程的整个教学过程之中处于一种迷糊状态，每一堂课学到哪里怎么学习都不可而知，缺一堂课就似乎变得很严重似的，或者去上课也是被满堂灌，灌得迷迷糊糊。学生没有学习的目的和兴趣，只要上课就可以迷糊过关，这样学到头来因为没有真正自己主动去认知过、也没有深刻去思考过，最终的学习结果就是没有心得，什么不也不会，毕业设计难于完成。因此，学生应该明确本期课程的教学内容、教学进度、每一堂课的学习要求以及学习训练的方式方法，其实这些可以在课件的设计和制作之中表达出来，让学生有权自主选择适合自己学习的方式方法。让学生了解这些，就是让学生可以选择自主学习，只要达到预期的教学效果，学生学习的方式方法可以是个性化多样化的。

同时，为了在教学之中培养学生的工程战略意识和学习认知能力，启迪学生的形象思维能力，开拓学生对工程产品由简单认识、进入思考、发展到创新设计的空间，以逐渐培养学生自主创新能力。因此，在课间的制作中渗入了与教学内容相关的工程设备以及加工制造产品的内容，以图片、实物照片或者录像的方式适时引入。

综上考虑，精心而又人性化的设计制作了教学课件。课件以PPT为平台，适时采用超级链接，应用了大量图片、二维动画，为帮助学生理解和认知，使用了部分三维动画以及视频剪辑，制作了400多张幻灯片。主要考虑如下:首先，为了使学生在整个学习过程之中始终了解本期课程的教学内容和要求，明确每一堂课的学习任务和学习方式，以便对本期课程内容心中有数，把该期课程教学计划与时间安排和首页作超级链接，每次课前让学生看到教学的进度和安排;目录页，一共十二讲的标题，共采用十二个超级链接，分别链接到各讲内容之处，各讲有关键词、思考题、作业训练题;在教学过程中重要的相关内容之间，也作了必要的超级链接;齿轮油泵部件，是本期课程的主题内容，在各相应的教学内容中，分别使用了四个不同的零部件的三维动画，演示了齿轮油泵的组成、齿轮油泵的工作原理、齿轮油泵的装配过程、齿轮油泵装配图的拆卸画法;螺纹及螺纹连接、齿轮传动、键连接等多处，分别采用三维动画进行演示，以帮助学生理解相应结构;螺纹加工、退刀槽、越程槽、加工中心等相关切削加工的内容采用了视频剪辑，演示实际加工状态;较复杂零件，如蜗杆减速箱、轴承座、法兰盘、阀体、阀盖，作了旋转三维动画，以分别看清楚零件的结构;读装配图时的球形阀的装配结构，应用了三维动画演示，以帮助学生综合想象整体;实际生产之中的加工设备及产品，如各种加工机床、加工刀具、各种阀、各种油泵、圆锥齿轮、蜗杆蜗轮、滚动轴承、机械手等采用了真实照片，以让学生有一个简单而真实的认识;对基本概念和基本图形，制作了大量文字动画和二维动画;读典型零件的零件图时，分别配合二维图形使用了各零件的立体图片，以加深对典型零件的印象。对减速器箱盖，还采用了减速器的装配模型、装配分离结构的图片，以使学生初步认识减速器，为以后减速器的设计课程的学习奠定基础。

四、采用与工程理念紧密联系的教学手段与方法

采用信息技术和计算机软件等教学手段，进行多媒体教学。在教学过程中，适时配合教学内容使用CAD、PRO/E软件展示和分析二维模型、三维模型，并进行必要的演示;CAD软件教学，主要讲授计算机二维绘图。

在教学方法上，注意启发、引导鼓励学生提出问题、讨论问题、解决问题。主要如下:

1．启发式:分析概念，分析机械工作原理，学习机械图中的工艺结构要求和技术要求，强调工程设计与加工时的工艺性、经济性问题，采用的是启发式教学。

2．引导式:以认识零件图、装配图的意义，引导学生建立机械设计的思想和理念;在标准件、标准结构的学习中，指导学生翻阅机械工程设计手册，都是为了引导学生进行研究式的学习。

布置自主作业，引导学生注意观察生活之中随处可见的各种机械的运动，如汽车、建筑机械、健身机械、家用机械等，对它们的结构和运动方式提出问题，以帮助学生进行自主认知学习。

3．讨论式:读机械图中，如典型零件主轴、法兰盘、减速箱盖的零件图，机油泵的装配图，以相互提出问题的方式来进行讨论。

4．教育式:教学过程中，随机进行现身说教，以自己的亲身经历或所见所闻教育学生，希望他们严格要求自己，用心设计自己的学习，严谨求学，在四年的大学生涯中，不断提升自己的学习技能，培养较强的工程适应能力和综合素养，以适应工程就业市场的需求。

五、进行工程测绘训练与教学效果测试

(一)学生作业与成绩评定

在整个学习过程之中，学生完成的作业要求有以下六项:

(1)测绘齿轮油泵的零件图;

(2)由测绘的零件图拼画装配图;

(3)大齿轮(多种铸铁齿轮件)的测绘作业，并对优秀作业进行展示，以交流认识工程应用之中的各种轮辐的绘制;

(4)综合测试作业:首先进行机油泵装配图读图，然后拆画泵体或泵盖零件图，最后要求根据自己的理解进行尺寸标注并标注技术要求，包括材料、公差、粗糙度、文字技术要求;

(5)CAD上机作业，完成齿轮油泵装配图以及自选两个零件图;

(6)自主作业:要求自行观察和分析认识身边的机械，自行观察一个机械的运动，提出问题;自行测绘一个机械零件，画出零件图，并最后用CAD绘制出来。

学生本期最终成绩，是根据以上六个方面的成绩，再结合平时情况(课堂、测绘等)综合评定。

(二)教学效果测试

本期课程是考查课程，机油泵综合测试作业算是一次考试，具体做法是:每个学生发一张装配图，要求独立进行读图、测绘泵体或者泵盖零件图，并要求综合所学零件图的知识，标注尺寸、技术要求。针对机械专业11级的选课学生进行测试分析，该综合测试的结果令人满意，绝大部分的学生读图测绘的零件图图形表达正确，技术要求规范，表示了学生对课程的重视和理解。这样的学习结果，对以后的设计类课程来说是一种好的开始。

对自主作业，学生也表示了浓厚的兴趣，认真参与思考和提问。自主作业中的问题的提出是为了在以后的学习中，让学生带着自己的这些问题学习后续相关课程。

教育教学改革是教育之中的一个长期而艰巨的任务，需要不断地去学习探索、深入研究。因此也要求我们教学人员要不断进取，完善自己对教学教改的认知学习和探索研究，才能更好地建设和服务于国家教育事业。

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［5］董晓梅．国外高等工程教育创新型人才培养模式及启示［J］．创新与创业教育，2010，(6)．

［6］2010高等工程教育高层论坛暨第一届工程师培养模式国际研讨会纪要［J］．高等工程教育研究，2011，(1)．

2012－05－14

许良琼(1964－)，女，云南普洱人，副教授。