中美工程制图及CAD 系列课程及教育比较 ——以中国农业大学和OSU 为例

张彦娥， Chulho Yang， 李 丽

（1. 中国农业大学信息电气工程学院工程制图与CAD 研究室，北京 100083； 2. Department of Mechanical Engineering, Oklahoma State University, Stillwater, 74078 USA）

中国教育改革30 年，但高等教育仍然存在着很多问题，工科教育严重脱离现行技术发展的现象仍显严重，应用研究人才的教育与西方同类院校距离很大。近些年社会各方均提出了培养创 新人才的问题。正确的改革方向是改革的重要内容，客观比较和深入分析国内外的高等教育模式是探讨正确方向的重要前提。美国的工科教育因其带动美国的高速发展，受到世界性推崇[1-4]。研究中美教学差别，比较教学方法对于国内同类课程的适应性，为实际调整教学计划做更加具体，深入的研究在当前教育改革中具有很重要的意义。

中美高校的工程专业均有工程制图与CAD系列课程的相应设置，该课程是公认的工科技术基础课。中美教育模式不同，加之文化背景、现实社会条件和社会教育观念都存在很大差别，课程组织和实施存在差异。通过不同文化条件下各种教学模式的比较，确定正确的调整方向是课程改革实施中比较重要的研究工作。

本文作者在中国农业大学(CAU)具有20 多年的教学经验，在美国俄克拉荷马州立大学(Oklahoma State University, OSU)作了10 个月的访问学者，期间旁听并参加助教了相应课程，对教学过程、组织、内容、方法进行了比较分析。分别在中国农业大学和OSU 做了学生问卷，对学生对课程兴趣等方面问题进行了调查。

2 课程设置和内容比较

本文所选取的两个学校，均是以农业工程为主体，间或发展其他工科专业的综合院校。农业工程是两个学校共同的主要工科专业。但国内的农业工程专业划归在机械学科大类，而美国，农业工程专业是从农业学科中剥离出来的专业分支。由于教学管理和专业沿袭存在很大差异，工程制图与CAD 课程设置在农业工程专业差别较大，不宜类比。因此，选择了相同的机械专业的工程制图与CAD 课程进行比较。

系列课程涵盖的主要理论知识及其应用的结构关系，如图1 所示。两校该课程的基本内容基本相同。

图1 系列课程涵盖的主要知识结构

中国农业大学的相应课程采用模块化模式，分为投影理论、工程图样和绘图实践3 部分。如图2 所示。

其中，“画法几何与技术制图基础”为理论模块，48 讲课学时。讲解投影理论，以及国家标准关于工程图样表达规则为主。学生作业以手工绘图小作业为主。每节课后有4-8 个题目。“机械制图与CAD 基础”为应用模块，30 讲课学时和18 实验学时。介绍工程图样和相关工艺结构，包括CAD 软件的使用及简单结构设计概念。包括零件图和装配图。计算机设计软件以AutoCAD为主。学生作业手工制图和计算机绘图并重。2-3个零件和4 个装配体的典型练习。“测绘基础与制图实践”为综合模块，两周。以实验和小组讨论教学模式为主。对装配体进行结构测量和简单结构设计。各个模块强调知识的逻辑性和独立性。

OSU 课程采用层次化模式，分为技术制图和机械CAD 基础两个层次。如图3 所示。

其中，“工程制图”为基础部分，48 讲课和实验学时，讲课实验时间各占一半。介绍投影基础概念和方法，美国国家标准。应用AutoCAD软件和草图完成简单图样绘制。每周1-2 个习题。“工业CAD”为应用部分，48 讲课和实验学时，讲课实验时间各占一半。介绍工程详图中所用的表达方法，用SolidWorks 进行三维结构设计。重点在于应用基础课程涉及的技术制图内容，表达具有一定工程含义的结构装配关系，并同时实践三维参数化设计。每周1-2 个习题，一个课程大作业。

图2 中国农业大学的课程内容体系

图3 OSU 的课程内容体系

从上述课程开设和内容可以看出，从知识点上中美学校的不存在质的差异。而是从内容的安排次序上存在比较大的差异。作业安排上，体现对课程的目标要求略有不同。如表1 所示，列出了两校内容安排的统计数据。

表1 中美相应系列课程中的课后练习安排

表1 数据表明，CAU 的该课程中作业量明显高于OSU 的同样课程。

但从具体作业内容上分析，CAU 的作业主要体现重复训练课程重点和难点，重点在投影理论部分；而OSU 的作业只起到点明课程要点的作用，且要点设定在满足工程应用上。这种作业特点具有一定普遍性，体现了两国高等教育的教育宗旨不同和高等教育中对“学生是教育主体”认识上的差异。CAU 和OSU 的同类课程中均安排了项目设计的综合练习，难度和作业量上，OSU 略高于CAU；题目的选择范围，OSU 大大广于CAU。项目作业是中美高等教育中的重要不同点，是文化差异和教育认识差异的体现。

3 项目作业与教学观念比较

中国人大多认为教育的主要功能是传授知识，“老师讲，学生听”是天经地义的形式。尽管近年来高等教育中已逐渐认识到学生才是学习的主体，但这种以教师为主体的教育形式仍然是一种主要存在模式[5]。

美国人认为大学是一种以成年人为对象，以职业为目的的教育。培养学生个性化的独立工作技能是其主要方向。老师传授知识只是大学课堂的一部分，而通过调动学生兴趣而达到提高学生技术能力是大学主要作用。教师只是起到引领者的作用，学生才是主体。

CAU 和OSU 的同类课程中均安排了项目设计的综合练习，但形式却非常不同。

CAU 的设计选题是在调研了国内多所高等院校基础上，经过作业量分析后所确定的通用部件，如减速箱、齿轮泵或者安全阀等。题目相对固定，考虑了课程覆盖面、后续课程衔接、典型结构引入等具体问题。操作中，采用6-10 人一组，分组进行。工作内容包括：机械拆装、结构分析、零部件测绘和图纸绘制等。而OSU 的选题是变化的，由学生根据兴趣自行确定。汽车、自行车、飞机、玩具等功能清楚的完整机械。3-5 人一组进行。工作内容包括：功能分析、结构分析与设计、三维造型和图形绘制等。

从选题形式上看，中国学生自主性差，但知识完整训练方面有所长；相比之下，美国学生的自主性好，但难度不统一，对教学组织和资源利用提出较高要求，对教学创新和能力培养有很大好处。

从工作内容上看，国内题目仍然是重点在于对知识的领会；而美国学校题目的重点放在了实用目标上，有较好的整体性。

就国内教改方向面向培养创新能力的需求，相关内容应做出适当调整。但因为国情不同，需注意以下3 点：

1） 美国从基础教育开始，比较重视个性化培养。学生已经具有了自我选择的意识和观念。物质条件相对丰富，教学投入相对宽松。

2） 美国学校采用的是真正的积点学分制。学生年级相对较高，对设计已经有一定基础。美国学生普遍动手能力较强，工业常识相对丰富。

3） 中美管理方式不同，对教师评价体系、对学生的指导方式、课后时间占用等均存在差异。

4 问卷调查与教育文化比较

美国大学里组织教学的负责人是每位任课教师，即使是开同样的课程，也是因教师不同而个性化的。这点与国内差别极大。考试方式，学生水平评价均是由任课教师决定。所谓教学管理，只起到教学评估的作用。每个课程结束时有对任课教师的背对背答卷评价。问卷设计中除与国内大体相当的评价项目外，还有一项重要内容是课程内容的趣味性和实用性。

在美国的学校教育中，教育的趣味性被提到很高的位置。美国的教育观点是，兴趣产生求知欲，才能产生创造性[5]。

针对这一特点，作者设计了学生问卷，问卷中主要对课程趣味性进行了调查。同样的问卷在两所大学里的工程制图基础部分的课程结束时进行。问卷的统计结果如表2 所示。

表2 课程趣味性的问卷统计

可以看出，美国学生会认为课程有趣味性的比例明显高于中国学生。

在问卷中，学生还对相应的问题做了主观陈述。结果显示，中国在评价课程是否有趣的时候，多是从难度、作业多少和教师的个人魅力上去考量；而美国学生多是从教学内容本身和作业问题是否能调动学生兴趣上直接回答。这点从另一个侧面也反应出中美对教育的认识上存在较大差异。

创造性来源于兴趣，很大程度上是受到肯定的。我国目前的教育形式决定了初等教育的现状是很难在短期内改变的，应试教育使得学生学习中很少考虑到自己是否对某课程的知识感兴趣。这个问题在以提高创造性为方向的教育改革中，应该受到重视。为了提高创新能力的培养，大学本科教育中应该逐渐调动学生的兴趣，以提高学生的学习自主性。

5 结 论

中美两所高校，具有相近的专业设置，并且开设了相应内容的工程制图与CAD 基础的系列课程。作者对课程内容与教学实践进行了比较，并从学生问卷设计、课程中项目作业设计等方面的比较，对教育观念进行了比较。得出以下结论：

中美对于工程制图与CAD 基础课程的内容上差异不大；但课程的内容安排和方式存在差异。教学的重点存在较大差异，中国的学校相应重视理论体系，而美国着眼于应用。 项目设计作业数量相同，内容安排略有不同，但选题方式存在较大差异，体现了两种教育观念的差异。美国的教学组织从调动学生学习兴趣入手，注意培养学生的学习主动性；而相应中国的大学教育中在培养兴趣上，缺少长处。

为了使教学改革能够向提高学生创新能力培养的方向发展，未来的工程制图和CAD 系列课程的改革，应在考虑中国国情的前提下，在趣味性和培养学生自主学习方面多做些研究工作和教学实践。

[1] Terry V D. An overview of engineering education in Europe [J]. IEEE Communications Magazine, 1992: 38-43.

[2] Chen Xi. A case study of china and US industrial design education: industrial design education in a multicultural world [C]//IEEE Conference, 2008: 940-944.

[3] Gereffi G, Wadhwa V, Rissing B, et al, Getting the numbers right: international engineering education in the united states, China, and India [J]. Journal of Engineering Education, 2008, (1): 13-25.

[4] Percuoco A. Making engineering education “Active” [J]. IEEE Transactions on Education, 1970, 13(4): 200-204.

[5] Daniel D P. Conceptions of self within china and the united states: contrasting foundations for adult education [J]. International Journal of Intercultural Relations, 1991, 15: 285-310.