基于创新意识培养的工程制图课程教学改革思考与探索

王晓菲 穆浩志 牛兴华 薛立军

（1.天津理工大学，天津 300384；2.天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，天津，300384）

基于创新意识培养的工程制图课程教学改革思考与探索

王晓菲1，2穆浩志1，2牛兴华1，2薛立军1，2

（1.天津理工大学，天津 300384；2.天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，天津，300384）

随着时代的发展，对具有创新思维和能力的人才的需求越来越大。作为工科专业基础课程，工程制图不仅使学生积累更多的知识，更是培养创新思维的重要课程。目前工程制图课程教学方面的创新意识培养受到一些因素制约，本文在工程教育背景下，以“卓越计划”为指导，在论述工程制图教学层次及创新意识培养的必要性和可能性的基础上，从确立教学目标、改革教学方式、完善成绩评价体系、改善课程“人际”关系等方面，对构建工程制图课程学习环境，有效激发和诱导学生的创新意识进行了思考与探索。

创新意识；工程制图；学习环境；构建

一、引言

“纵观人类发展历史，创新始终是一个国家、一个民族发展的重要力量，也始终是推动人类社会进步的重要力量”[1]。知识经济时代，知识创新和科技创新已成为社会发展的根本动力和人类生存、发展的基本能力。勇于创新、善于创新已经成为时代对当代大学生的要求以及他们自身就业、发展、成才的首要条件。“我们不仅要把我国机器人水平提高上去，而且要尽可能多地占领市场”[2]。机器人时代的到来，更是给以工程制图为基础的学科创新带来了机遇与挑战。作为工科院校大多专业的基本必修课之一，工程制图课程是一门理论性、实践性、技术性较强的基础课程。社会的发展和科技的进步，要求工程制图课程不仅承载使学生知晓行业准则、奠定识图绘图基础、拓展思维空间的责任，而且要有效地培养学生的创新意识和创新能力。

二、工程制图教学的现状及问题

分析目前工程制图教学的现状，不难发现尚存在一些制约创新意识培养的因素，如教师的过度权威性、不合理的考试成绩评定体系、失当的课堂课后教学方式和学生的无兴趣学习等。造成教师的过度权威性和一贯正确性的现象，是由于教师很少提出具有探索性的课题，缺少与学生相互研讨的教学环节；再则教师往往以居高临下的姿态出现在学生面前，而不是以先一步为学生的 “先生”身份呈现。这样，在教师权威性的潜意识支配下，学生在学习过程中，惟师命是从，循规蹈矩，缺乏质疑，很难形成创新意识。不合理的考试成绩评定体系易使学生将主要注意力集中在考试分数的高低上。学习过程中仅仅停留在课上认真听，课后完成作业的层面，而不深思一步。工程制图课程的教学内容多、任务重，易形成课上灌输、课后重压的教学模式。具体表现在课堂上教师讲，学生听，提问讨论较少，形式呆板，缺乏吸引力；课后绘图作业任务较重，耗时多，学生疲于应付，无暇思考。这些都在客观上限制了学生的思维空间，无利于创新意识的培养。在前述因素的作用下，过多操作性、重复性的学习活动耗费了学生的大量精力，限制了学生的高层次思维活动，易使学生的学习兴趣减退，造成学生在创新意识培养方面的“内因”不作为。

时代呼唤创新，在信息数字化的环境下，作为制造业的基础，工程制图的教学亦需紧跟时代步伐，培养学生的创新意识。本文从工程制图教学层次分析入手，从有效培养学生创新意识出发，思考与探索了构建工程制图课程教学环境的新思路。

三、工程制图教学的层次分析

工程制图是普通本科院校工科专业的技术基础课，是高等工科院校培养高级工程技术人才的必修课[3]。工程制图是用图样表示结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求的学科。图样是表达设计思想、制造要求以及交流经验的技术文件，它具有记载、交流、传承的作用，同时标志着制造业的工艺水平[4]。

工程制图课程以机械设计、制造、运行为主线，学习制图的基本知识和技能、投影基础、组合体、轴测图、物体的表达方法、齿轮及常用标准件、零件图和装配图等方面的内容。课程旨在使学生掌握工程制图的国家标准，具有较好的识图和绘图能力，培养学生的空间想象能力和思维能力，培养学生的创新意识和创新能力。图1给出了工程制图教学目标层次的示意图。

图1 工程制图教学目标层次的示意图

识图和绘图是工程制图的基本内容，识图一定程度上具有被动性，绘图则呈现主动性。二者有区别、有联系。要能够正确地识图和绘图，就必须在了解国家标准基本规定的基础上，学习工程制图所涉及的一些基本知识和基本技能，具有较好的空间思维。良好空间思维的形成、完善、强化则需要借助于一些具体的识图和绘图训练。空间思维与识图、绘图之间相互关联，相辅相成，相得益彰。

创新意识是人们进行创造活动的出发点和内在动力。工程制图培养创新意识和创新能力则是要结合空间思维，并通过一些具体的识图、绘图训练逐渐培养，不可能一蹴而就。通过工程制图课程的学习，所形成的创新意识和凝聚的创新能力，将不仅对机械领域创造出新的产品和结构有益，而且会对其他领域的创新发挥出巨大作用，尤其对创业者来说，则更应该结合市场需求，另辟蹊径，勇于创新，才有可能获得成功。

总之，工程制图课程内容的学习给创新意识和创新能力的培养提供了基本环境，同时又包含创新能力培养所需的基本专业元素。

四、创新意识培养的可能性

当前形势的发展，给工程制图课程中培养学生的创新意识提供了可能。

1.创新已成为时代的发展主旋律

知识经济是人类社会继农业经济、工业经济之后又一种崭新的经济形态。创新是知识经济时代的一个显著标志。“不创新不行，创新慢了也不行”[1]。当今世界各国都非常重视争先抢占科技、产业和经济的制高点，彼此之间的竞争异常激烈。国际竞争实际上是科学技术的竞争，是具有创新意识和能力的人才竞争，是创造性人才的创造速度和创造效率的竞争。当前我国非常重视人才和科技创新，提出了人才强国战略和创新驱动发展战略，为学生创新意识的培养提供了良好的外部需求环境。

2.学生素质日渐提高，创新意愿增强

当代大学生具有积极、向上、乐观、奋斗的精神，他们崇尚“自我”，具有较强的自我设计、自我奋斗、自我完善、自我发展等以民族自尊为特征的自我意识，他们已充分具备了培养创新意识所应有的“天赋”，同时具有培养创新意识过程中所需的坚韧性和意志力。在工程制图课程学习中，学生有时会有创新意识的萌芽和一定的批判性思维，敢于质疑。例如，当讲到螺钉等标准件时，有些刚接触标准件的大学一年级新生会提出一些深层次的问题，比如螺钉的规格应如何选择，键槽的尺寸如何确定等。尽管这些问题会在后续课程中学到，但这也体现了学生的创新性思维。随着时代的发展，学生的内在素质日渐提高，创新意愿日渐增强，给创新意识的培养提供了内因保证。

3.具有高素质的教师队伍不断壮大

高校教师队伍的整体学历在提高，参与本科生工程制图教学活动的新教师都经过了较好的创新意识培养。从事一线教学活动的教师不仅具有丰富的教学经验，而且大多主持或参与科研项目的研究。作为教学的主导者，教师将创新意识培养融入在教学活动中，给学生创新意识的培养提供了应有的良好师资条件。

五、培养创新意识，构建工程制图教学环境

图2 工程制图网络课程

目前，在信息化数字化的时代要培养学生创新意识，必须重视工程制图课堂学习环境的重建。

1.确立教学目标，突出创新意识培养

准确定位教学目标，有效实施教学。在确定教学计划和具体一堂课的教学目标时，应结合知识和技能的传授，突出创造性意识的培养。在每节课的规划中，应有具体知识点目标和与之相应的拓展性目标。在拓展性目标中，核心是创新意识的培养。在这样的教学目标指引下，课堂教学结构应相应地发生变化。从培养学生的创造性出发，可重新组织教学内容，设计教学活动形式。在教学内容方面，不妨采取“体-面-线-点-线-面-体”的“难-易-难”教学内容结构体系。这里的由难到易的过程，就是“剥茧抽丝”的分析过程，而由易到难过程则是由局部到整体的“合成”过程。在分析过程中引入投影、画法几何、视图、剖视图等概念，与学生研讨它们的表达方法。在“合成”过程中，引入公差等概念，让学生将已表述的简单几何体再“合成”为一个整体。这样，便于学生建立从整体到局部、由局部到整体的完整空间思维体系，有利于学生在部件结构或整体结构方面的创新意识形成。

2.改变教学方式，还学生以自主学习空间和时间

教师在教学过程中不仅要关心学生学到了什么，更重要的是要构建一种使学生积极参与认知、主动思维的学习环境，诱导、培养、强化学生的创新意识。笔者在工程制图课程教学方式方面进行了一些思考与改革。

首先是进行教学内容的认知层面的分解，通过现代教学手段，由表及里、由浅入深“剥洋葱”般地将其呈现给学生。在此基础上，工程制图课堂教学应具有“传授+思考”的特征，这里的传授是指教师对知识点的讲解；思考是指教师结合课堂内容，提出一些发散性问题，让学生自主思考或互相讨论，然后教师结合学生的结论给出正确的解释或引导，这样可以提高学生积极探索的兴趣和热情。

其次，工程制图课堂教学内容详略得当，课上精讲，课后精练。课上精讲主要是指对关键的知识点讲深讲透；课后精练，是指对于一般知识点的内容不留或少留作业，而加强关键知识点内容的训练，使学生能从几个或少数作业中领悟课程内容，这样既可以保证学生具有扎实的基础，同时，又有效地利用了课堂课后时间，给学生提供了主动思维的时间和空间。

第三，工程制图课程实践性强，教师亦可根据教学进度，采用“走出去”和“请进来”的教学方式。教师提出一些问题，在同学们思考的基础上，安排一些现场参观、现场教学的活动，或安排一些讲座，请生产一线的工程师就具体设备或结构，从实际设计和生产的角度进行讲解。这样的教学方式，可增强学生亲身感受，引导同学们主动思考，加深对课程内容的领悟，使学生认识到工程制图课程的应用，从而提高学生的学习兴趣。

最后，充分利用信息数字化技术手段，拓展工程制图课程教学平台。目前，针对工程制图课程，天津理工大学图学教研室在学校课程中心已开发了基于幕课（MOOC）理念的工程制图网络平台，如图2（采集于2016.09.09）所示。学生不仅可以在电脑上学习，而且可通过手机等电子设备，随时随地在平台上观看知识点视频，查看AUTOCAD操作演示，三维立体模型等内容。从学生的反馈和平台数据统计可以看出，这一举措，不但延伸了课堂，更激发了学生的学习兴趣，调动了学习的主动性和互动性。许多学生通过平台的学习，提出了一些超出课本、超出习题的新问题。

3.改变成绩评价体系，给学生以自主发挥的余地

成绩评价体系是教学效果的一种体现形式，它能一定程度上反映学生对知识掌握的程度。评价体系的合理性，直接影响学生的学习取向、精力分配和思维侧重。合理的成绩评价体系一直是人们关注、探讨的课题之一[5-6]。

为了能有效地激励学生、培养学生的创新能力，我们在教学实践中，探索了一种“粗+细+精”结合的成绩评定模式。“粗”就是采用“等级制”的成绩评定方式对创新思维等不便于量化的方面进行评定。对学生平时上课、作业等方面的考核，采用“细”，其中课堂表现评定主要根据学生讨论问题，发表自己观点等情况，采用“等级制”评定，作业则采用百分制。“精”则是通过期末考试来评定学生掌握知识点的情况，根据统一的试卷和评分标准给予百分制评价。最后按照一定权重比例，计算加权后得到“粗+细+精”总成绩。这种成绩评价方式体现了对创新思维能力的评定。

具体地讲，在创新思维培养方面，结合课程教学，要求学生完成一个具体“项目”。对于这个项目，老师只提出几点具体要求，学生自己通过查找资料，主动思考，自主设计完成。对于这个项目完成情况的评定，采用等级制的“粗”评价体系。如“绘制扳手”，教师先向学生介绍已有的扳手并提出要求，然后让学生设计一款符合要求的扳手。图3即为部分学生作品。对大一新生来讲，这是他们第一次设计，第一次实现自己的想法、直视自己的设计成果，学生们积极性很高。在查阅相关资料时，自主地进行思考，如有些学生提出了尺寸标注、曲面加工等问题。通过这一过程的锻炼，使学生了解从构思到实物的一个产品形成过程，不但有利于对工程制图课程中的知识点（包括尺寸标注、线型的使用等）的掌握，而且对后续的学习有很大帮助。

4.改善课程“人际”关系，营造有利于创新的人文环境

课程 “人际”关系包括师生关系和生生关系两个方面。营造宽松的学习环境，首先，建立平等的师生关系。一方面教师应放下“架子”，时刻意识到自己是先一步为学生的“先生”，对学生的认知能力充分信任，教学过程中鼓励学生独立、积极地思考问题，采用讨论式、启发式的教学方式，尊重和爱护学生的创造性。另一方面，学生尊重教师，尊重教师的劳动应该贯穿于日常行为中，而在科学问题上应主动思考，大胆质疑，并非一味听命于教师。其次，建立合作的生生关系。学生之间的合作非常重要，科技的发展需要“团队精神”，良好的生生合作关系的建立不仅有助于他们互相启发、取长补短、共同进步，而且有利于他们从不同角度分析和解决问题，扩展思维空间。比如，在课内或课外学习中，同学之间可以组成一些课程小组，共同讨论、解决一些问题，达到共享的、更全面、更深入的理解的目的。良好的课程“人际”关系的建立，对学生创造性思维、创新意识的培养将会产生积极的作用。

六、结论

本文对工程制图课程教学改革进行了一些思考与探索。工程制图课程是工科院校相关专业的专业基础课，理应贯穿创新意识培养这条主线，课程的学习环境应适应创新时代的要求，应有利于学生创新意识的培养。只有不断进行课程改革，才能顺应科技发展的潮流，为培养符合时代需求的创新型人才作出课程方面的贡献。

图3 学生绘制的扳手

[1]习近平.为建设世界科技强国而奋斗——在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上的讲话[EB/OL].http：//news.163.com/16/0601/05/ BOF0R9EP00014AED.html，2016.

[2]习近平.在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会上的讲话[EB/OL].http：//cpc.people. com.cn/n/2014/0610/c64094-25125594.html，2014.

[3]穆浩志，王晓菲，柳丹，等.卓越计划背景下的工程图学教学改革探讨[J].模具工业，2014（11）.

[4]柴富俊.工程图学与专业绘图基础[M].北京：国防工业出版社，2010：1-4.

[5]郭雪娥，邓斌.应用型本科院校制图类课程考核方法的改革与实践[J].当代教育论坛，2011（12）.

[6]赵凌燕，王云平，锁要红，等.机械制图考核方式创新与实践[J].科技展望，2015（15）.

（责任编辑：张华凡）

Reforming the Mechanical Drawing Course Based on Innovation Consciousness Cultivation

WANG Xiaofei1，2,MU Haozhi1，2,NIU Xinghua1，2,XUE Lijun1，2
（1.Tianjin University of Technology,Tianjin 300384,China；2.Tianjin Key Laboratory of the Design and Intelligent Control of the Advanced Mechatronic System，Tianjin 300384,China）

With the rapid development of society,more and more people with good innovation consciousness and abilities are needed.As a basic course of engineering specialty,the mechanical drawing course not only provide knowledge for students,but also shoulder the responsibility of cultivating the students’innovation consciousness.But there are still some factors that restrain the cultivation of the students’innovation consciousness.Based on the objectives of engineering education and the Excellence Program,aiming to cultivate the students’innovation consciousness,this paper presents some views about the teaching and learning environment construction of the mechanical drawing course,including establishing new teaching objectives, reforming the teaching mode,and improving the credit evaluation system and“course interpersonal relationship”.

innovation consciousness；mechanical drawing；study environment；construction

G642.0

王晓菲（1984— ），女，讲师，研究方向：工程图学、机器人学。

天津市高等学校科技发展基金计划项目（20140402）；天津理工大学教学基金项目（YB14-02）。