面向机械类本科生以实践为先导的工程图学教学方式探讨

李富平， 杨文通， 王建华

(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京 100124)

面向机械类本科生以实践为先导的工程图学教学方式探讨

李富平， 杨文通， 王建华

(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京 100124)

从实践的角度出发，结合“卓越工程师培养计划”、金工的实训课程、以及绘制“减速箱”的要求，论述了在工程图学实践教学过程中以任务为驱动，以学生为主体的教学方法，该方法将图学知识与图学实践相结合，并将该实践融入大学整个教学之中，有助于培养学生的工程意识和创新能力。

创新能力；工程意识；工程图学；实践

工程图学是用图形研究工程与产品图形信息表达、图形理解和图样绘制的课程[1]，是一门工科学生必修的技术基础课，授课对象为工科大学一年级学生。刚踏入校门的学生，对生产加工的过程、设备、加工方法等没有直观的了解，缺乏工程背景，工程意识、工程技能薄弱，创新意识和创新思维能力缺乏。在教育部工程图学教学指导委员会最新修订的“本科工程图学教学基本要求”中明确指出：工程图学理论严谨，实践性强，与工程实践有密切联系[2]。通过工程图学的学习，培养学生工程意识和创新能力[3]。新的教学理念对工程图学课程提出新的要求，经过多年的探索，依托北京市精品课程建设，结合“卓越工程师培养计划”(简称“卓越计划”)，针对机械类的本科生，在工程图学实践教学方面作了一些探讨，旨在培养学生逐步成为一名初步具备工程技术人员素质能力的合格人才。

1 以实践为先导的工程图学教学方式

如何培养学生的创新能力？首先学习这些学科已有的理论和方法，再结合工程图学课程的实践进行研究，并将这种创新能力的培养归纳为5种能力的培养，即思维能力、工程意识与简单设计能力、构型设计能力、实践能力和工程图形表达能力[1]。这5种能力之间互相参透，不能孤立起来考虑，即实践是在理论的指导下进行，先有理论，后有实践；通过实践，又能加深对理论的理解和消化。以实践为出发点，在学习基本投影理论的基础上，结合“卓越计划”，将金工的工程训练实践课程与工程图学相结合，使创新能力的培养融入在大学的全程教育之中。

1.1 将工程图学与“卓越工程师培养计划”相结合

“卓越计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》和《国家中长期人才发展规划纲要》的重大改革项目。“卓越计划”的三个特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力[4]。

“卓越计划”的培养目标是：面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[4]，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势，增强我国的核心竞争力和综合国力。

“卓越计划”强调工程创新，解决工程实际问题，培养应用型工程师，作为首批进入“卓越计划”的高校，学院制定卓越工程师培养方案，工程图学课程作为培养方案中的重要组成部分，承担着用图形去交流、表达工程与工程产品信息的重要作用，因此，工程图学的实践，应从工程的角度，在掌握投影理论的基础上，贯彻相关的国家标准和规范，进行绘制机械图样的训练，为后续课程奠定扎实的基础。

1.2 将工程图学与金工的工程训练实践课程相结合

工程图学主要是研究用图来表达零件，这个图可以是二维或三维，并附有文字说明。而金工是将这个图所表达的零件加工出实物，因此金工的工程训练实践课程是一门实践性很强的技术基本课,是机制类专业学生熟悉加工生产过程、培养实践动手能力的实践性教学环节。通过金工实习使学生熟悉机械制造的一般过程，了解金属加工的主要工艺方法和工艺过程，熟悉各种设备和工具的安全操作使用方法；掌握对简单零件加工方法选择和工艺分析的能力；培养学生认识图纸、加工符号以及了解技术条件的能力。

如何将工程图学与金工的工程训练实践课程相结合？用工程图学的理论知识所绘制的图样应用到金工的工程训练实践课程，并以金工的工程训练实践课程所加工出的模型加深理解工程图学的理论知识？为此在课程设置上，这两门课在时间设置上相衔接，工程图学授课时间为大学一年级第一、二学期，金工为大学一年级第二学期末。

金工的工程训练实践课要求学生制作一把锤子，如在工程图学课程中完成金工所加工零件的图样的绘制？首先在工程图学课程一开始就布置该锤子制作的任务及要求，锤头、锤柄的设计只要满足其功能，其结构、形状可以按照自己想象各自设计，但是必须将锤头、锤柄的图样绘制出来，并满足加工要求，最后在金工的工程训练实践课制作出来。

在随后的工程图学教学过程中，融入该内容，如图1所示，在讲到平面几何图形时，让学生根据自己平时所见的锤头，想象绘制出具有锤子特点的轮廓，该轮廓要求用直线和圆弧连接，尽量表达出自己的创意；讲到组合体和机件的形体表达时，让学生按照自己的想象将原来用平面图形所表达的锤子分成锤头、锤柄，并将锤头、锤柄用视图表达出来，并标注尺寸，这时的要求是投影表达正确、尺寸标注完整；讲到零件图和装配图时，让学生自己绘制该锤子的装配示意图，并由该示意图拆画出锤头、锤柄零件图，该零件图可参考原来所画锤头、锤柄的视图，增加技术要求，修改尺寸标注，对于所用到的标准件自己查阅相关标准，最后由零件图画出完整的装配图。每一阶段，学生都可修改自己前面所绘制的图样，随着学习内容的深入，学生不断补充内容，不清楚的地方自己查阅相关资料，培养学生自学的习惯。

图1 金工与工程图学内容融合的框架

在工程图学教学一开始就布置该任务，这时学生还没有能力绘制出满足要求的图样，在随后的工程图学学习过程中，随着所学知识的累加，在老师的指导下，学生不断丰富完善自己所设计的图样，逐步具有判断图样投影表达是否正确、是否符合国家标准的能力，随着该任务的完成，学生也掌握了教学中的知识点。该教学方式以学生为主体，以锤子的图样表达贯穿于整个工程图学的教学过程中。

由于缺乏工程背景，学生所设计出的锤子不一定都满足加工要求，在金工的工程训练实践课中，在车间师傅的指导下，学生将按照自己所绘制的锤子图样加工出实物，若加工不出来，在车间师傅的指导下，修改自己的零件图样，直到满足加工要求。因为学生按照各自想象设计的锤子，因此所加工的锤子也式样各异。

1.3 以“减速箱制造”为主线的全程教学模式

要培养学生具有正确的图形表达能力，单靠工程图学这门课是不能完成的，应当将图学课程放置于学生4年的教学全过程中考虑[5-6]，图学课程只是全程教育中的一个环节，与后续的课程联系密切[7-8]，只有通过后续课程中设计、工艺、制造等丰富的专业知识的学习，反复练习图形的绘制及形体的表达，不断发现错误、纠正错误，才能提高学生的图形表达能力，巩固所学的图学知识。

如图2所示，学生在工程图学实践阶段中完成减速箱的绘制是逐步掌握了有关绘图、读图的图学理论知识和相关国家标准，并参加“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模大赛。在学习机械设计课程时，进行减速箱各传动件的设计与计算，学生参加全国大学生机械创新设计大赛。在学习工艺设计及机械制造等课程时，对减速箱各零件进行工艺和夹具设计，培养学生正确选用公差配合，掌握正确的测量方法，以小组为单位完成减速箱的制造，并对减速箱的效率进行检测。

图2 “减速箱制造”为主线的全程教育

从上述过程可以看出，在学生的整个教学过程中，以项目为引导，以“减速箱制造”为主线，图学实践贯穿整个大学的教学之中，将工程图学实践融入到大学的4年全程教育之中。

2 工程图学实践教学模式的考核与评价

评判学生所绘的锤子和减速箱图样是否合格，不仅仅只看最终结果，更要注重形成结果的每个过程，将最终的结果分阶段进行实施、评价。

例如锤子图样绘制，对每一阶段，老师均提出要求，审查学生每一阶段的图样，对学生图样中出现的错误，老师只对共性问题讲解，不合格则退回修改，促使学生自己查找资料，寻找解决问题的方法，给学生留有更多自主想象设计空间。考核内容包括口头答辩、绘制出的全部图样和已加工出的锤子，让学生讲解自己的设计思路，判断加工的锤子图样是否符合要求，是否明白图样中的加工符号含义，学生用自己图样加工出的锤子形状各有所不同。

在工程图学实践的减速箱的拆装过程中，以部件为对象，完成功能分析、草图绘制、零件图和装配图的绘制，这一过程，也是分阶段实施，不同的阶段有不同的要求。考核时，以小组为单位，互评与个人综合评议相结合，以投影表达正确为主。

这种模式的实践，以任务驱动的方式，采用“边干边学、边学边练”的方法，让学生带着任务去学习，并将所学的内容应用到自己的实践项目上，熟练自己所学到的知识，最后在老师的指导下逐步完成。这种模式，学生将课本上抽象的理论知识，转化为实际加工所需要的知识，更加清楚明白图样上倒角、螺纹标注的含义，以及各种加工符号的含义，为以后灵活运用这些知识奠定好基础。

这种实践模式，学生是带着任务去学习，学习目的明确，激发了学生的求知欲。将以教师为主的传统教学模式，转为以学生为主的教学模式；将传统学生被动的学习，转变为学生主动的学习，调动了学生的学习积极性，所设计、加工出的锤子样子各异，所绘减速箱表达方法也有所不同，丰富了学生的想象力和图样表达能力，学生的工程意识得以培养，创新能力有所提高。

3 采取的教学手段与效果

由于实践所采用的教学手段是以任务驱动的方式，当学生接受任务时，该任务的完成超出当时的教学内容，还不知如何着手，让学生带着任务在以后的学习中逐步领会、运用。另外学生对教学内容的理解和掌握程度也存在差异，不可能让学生所绘的图样一次到位，不出现差错，随着学生所学知识的增加，不断修改和完善自己所绘的图样，因此关于实践所采用的手段以手工草图为主，方便学生的修改，辅助用Inventor软件进行三维造型，加深对零件外形形状的理解，部分图样用AutoCAD软件输入计算机或整理成仪器图。

机电学院每年都组织“工程制作创新大赛”，通过车、钳、铸造、拆装等这些团体项目，巩固金工实习的学习成果，进一步加深同学对工程制作的认识和了解。另学院组织学生参加“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛，连续多年获得团体一等奖和个人一等奖、二等奖的好成绩。后续专业课的老师带学生进行以小组为单位的减速箱制造过程中发现，经过大一期间学生减速箱的拆装绘图，学生非常清楚减速箱中各个零件之间配合的关系，就会把重点放在制造和工艺方面，节省了时间，突出了重点。

4 结 束 语

工程图学理论严谨，实践性强，如何在实践中增强学生的工程意识，培养学生的创新能力，本文从与“卓越计划”相结合，与金工的工程实训相结合，并从“减速箱”的绘制入手，将工程图学的教育融入大学的全程教育中这几点进行了探讨，这种实践方法，主要针对机械类本科生。

[1] 童秉枢, 高树峰. 谈工程图学教学中学生创新能力的培养[J]. 工程图学学报, 2008, 29(6): 1-6.

[2] 陈锦昌. 论本科工程图学课程教学基本要求的修订[J].工程图学学报, 2004, 25(3): 101-105.

[3] 熊志勇, 罗志成, 陈锦昌, 姜立军, 邓学雄, 刘 林,陈炽坤. 基于创新性构型设计的工程图学教学体系研究[J]. 图学学报, 2012, 33(2): 108-112.

[4] 卓越工程师培养教育培养计划. 中国教育新闻网, http://www.jyb.cn/high/tbch/2010/zygcs/, 2012-7-9.

[5] 赵惠清, 安 英, 冯连勋. 机械专业本科生全程三维设计能力培养模式[J]. 工程图学学报, 2004, 25(3): 116-119.

[6] 童秉枢, 易素君, 徐晓慧. 工程图学中引入三维几何建模的情况综述与思考[J]. 工程图学学报, 2005, 26(4): 130-135.

[7] 童秉枢, 田 凌, 冯 涓. 10年来我国工程图学教学改革中的问题、认识与成果[J]. 工程图学学报, 2008, 29(4): 1-5.

[8] 王 飞. 以三维设计为中心的图学课程改革[J]. 北京邮电大学学报(社会科学版), 2004, 6(4): 57-60, 80.

Research on Practice-leading Modes of Engineering Graphics Teaching for Mechanical Engineering Undergraduates

Li Fuping, Yang Wentong, Wang Jianhua
(College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

From the point of view of practical training, according to the requirements of the "excellence engineers training plan", metalworking training courses, and "the reduction gear box" drawing project, this paper proposes an improved teaching method which takes task as driving force, and the students as the main body of the teaching method in the engineering graphics practice teaching process. This method combines the knowledge and practice of engineering graphics, and puts this practice in whole university teaching. It is helpful to cultivate the engineering consciousness and innovation ability of the students.

innovation ability; engineering consciousness; engineering graphics; practice

TB 23

A

2095-302X(2014)05-0787-04

2013-02-28；定稿日期：2014-05-06

李富平(1966–)，女，河南南阳人，副教授，硕士。主要研究方向为数字化制造。E-mail：lifp@bjut.edu.cn