浅析国外工程图学教学发展状况及对我国机械制图教学的一些启示

高朋，胡云堂，卓越，胡孔刚，孙国栋

（1.九江学院机械与智能制造学院；2.九江学院图书馆；3.九江学院材料科学与工程学院，江西 九江 332005）

机械制图是高等工科院校机械类和近机械类专业的一门必修专业基础课，既有理论性又有很强的实践性。国外高校机械制图教学发展较早，距今已有200多年，机械制图的理论与技术较成熟，将机械制图理论、计算机绘图和机械设计结合较好。此外，国外高校应用慕课等在线教学方法较早，并且结合了OBE、CDIO等先进的教学理论。随着计算机技术及在线教学的快速发展，我国高校机械制图教学也有了较大的进步，多数高校采用了线上线下混合式教学方法，并将OBE、CDIO等教学理论应用到机械制图教学中。最近十几年，我国机械制图教学发展较快，取得了较好的成果。机械制图课程实践性要求较高，理论与实践结合紧密。尽管国内一些高校在机械制图的教学改革方面取得了一定的成绩，但是仍存在实践教学方面的欠缺，学生的学习兴趣不高，没有很好地将项目设计、机械产品设计融合到机械制图教学体系里。本文根据国外机械制图教学发展现状，分析了国外发达国家机械制图教学的状况，指出我国今后机械制图教学的发展方向，对我国机械制图的教学改革起到一定的参考作用。

1 国外机械制图的教学内容

美国的许多高校与企业联系紧密，机械制图的教育强调内容的实用性。对徒手绘图能力、计算机绘图能力和和机械产品设计能力等要求较高。在研究型大学的机械制图教学中，大多包含项目设计的训练内容，在项目设计中充分体现了研究性训练。机械制图的教学主要从三维设计开始，围绕机械产品设计、制造加工的主题，从三维构形出发，向二维的视图进行辐射，在设计和加工过程中强调多种表达方式的应用。重视三维构形并将其融入制图的整个教学过程是美国图学教育的精髓所在。与此同时，美国很多大学非常强调徒手绘图能力的培养。经研究发现，在提高空间想象力和视觉方面，有时徒手绘图的效果比计算机三维造型效果更好。

英国高校重视三维造型软件与在线教学相结合，也强调徒手绘图的能力培养。英国CBE采用了“自我培训评估系统”的教学模式，在教学过程中，教师主要是知识的指导者、咨询者。学生不再是被动地接受知识，而是主动地获取自己需要的知识，重视学生对知识反馈能力的培养。

日本高校机械制图的教育重视和企业相结合，注重课程内容与机械设计相融合。机械制图课程教学内容与我国相近，删减了图解空间几何问题的相关内容，更注重形象思维的训练。

德国高校机械制图的内容主要来自企业，学生有大量的接触实际和动手操作的机会。德国“双元制”教学的核心是“以校本培训为调节，以企业培训为主体”。在教学中根据企业的需求，“双元制”教学把三维建模技术融入机械制图教学中。充分利用三维软件的特点建立零件的三维实体，然后将二维图和三维实体紧密地联系起来，可以显著提高学生的空间想象力，也可以提高二维图和三维实体相互转化的能力。

澳大利亚高校以学生为主体，强调在线教学与实践结合的重要性。类似机械制图的课程内容包括工程制图、计算机辅助绘图、设计和制造三部分，这三部分内容不是独立的，而是作为一个相互融合的整体进行教学。

2 国外机械制图的教学方法及形式

美国高校的教学方法突出课程学习的实践性，强调学生进行自主学习。教师在课堂上仅讲解重点、难点内容，三维造型技术等主要内容要求学生自学完成。学生不仅通过上课和课下自学获取机械制图的知识，而且主要通过项目设计在实践中学习，很好地将项目设计贯穿于学习中。通过在项目设计中的实践学习，学生能够熟练掌握三维造型技术、机械图纸绘制、机械产品设计、加工、标注等内容，最后用学生设计的图纸加工零件，这样可以极大地调动学生学习的积极性。

日本高校机械制图的教学非常注重培养学生的实际动手能力和对技能的掌握。日本采用的是第三角投影法，通常将机械制图课程分为基础机械制图、CAD制图和设计制图三部分内容，并合理地安排在大学的不同学期内进行。机械制图课程一般安排在第3学期开始，在机械入门课程和金工实习后进行。这样做可以在学生对简单的机械结构及加工方法初步掌握后，有利于后续专业课的学习。机械制图的课程安排较合理，能够保证学生在大学期间有不间断的绘图训练，从而使绘图及设计能力不断提高，教学实效更好。

英国高校在机械制图的教学中同时应用了第一角和第三角投影方法，并将两种投影方法放在一起学习。使学生可以掌握第三角投影图和第一角投影图的绘图方法，做到和国际接轨。在教学过程中，对工程上实用性较强的展开图进行了较深入的讲解，可以提高学生解决工程实践问题的能力，同时满足工程技术交流的需要。此外，在教学过程中灵活运用启发式、讨论式等手段，引导学生主动思考，培养学生的空间想象力和综合分析技能。英国教育部对课程教学进行评估时，重视教师在授课时所采用的教学方法和手段，并制定了考核方法。

澳大利亚高校机械制图课一般是在大一下学期开设的。采用的是第三角投影法，注重让学生掌握解决实际工程问题的能力。在学习机械制图课程前，先让学生到车间体验实践中存在的问题，在具有一定的认知和实践基础后，再参加机械制图课程的学习。在机械制图课程的学习中，将产品设计融入教学中，通过分组设计三维产品模型，可以激励组内各个成员的参与热情。此外，注重学生自主学习能力的锻炼，学生练习和老师授课的比例远大于1:1，比如，卧龙岗大学的比例达到了6:1。通过大量的练习，理论联系实践，激发学生的学习兴趣，培养学生的绘图、设计和创新能力。

德国高校机械制图的教学主要与企业的实际项目进行结合，采用的是第三角投影法，主要的教学方法有项目式教学、分组讨论教学方法。这是德国双元制高校普遍采用的教学方法。通过企业提供的项目进行教学，在课堂教学中把理论与实际项目设计有机地结合起来，有效地发掘学生的设计、创造潜能，提高解决实际问题的能力。

3 国外机械制图的教学手段

在美国大学机械制图教学中，教师针对不同的教学内容，常常使用不同的教学媒介，将计算机、白板、胶片投影仪、多媒体、黑板、实物模型等综合起来应用。只有在讲解重要的内容时，教师才采用PPT课件的形式进行讲课。线上建立的课程网站有内容丰富的学习辅助资料，可以方便学生自学，有效地提高了学习效率。

在教学手段上，英国CBE教学模式综合运用了演示法、练习法、讨论法、模拟法等个性化教学方法，最大限度地调动学生的学习积极性。通过这些教学手段，使学生的工程实践能力得到锻炼，心理素质和综合技术能力都得到了提高。

日本高校机械制图任课教师通常由机械设计、金工实习、机械制造等专业课的教师担任。由于这些老师具有丰富的专业知识和实践经验，对后续专业课程又很了解，因此，在教学过程中能恰当地将自己的科研成果等内容穿插在教学中。在教学中采用光学投影仪和黑板教学的方法较多，采用CAI课件的方法较少。教师讲课以教材的内容为主，也会根据讲授的内容，结合设计、加工、材料等相关知识，对教材进行补充。

4 国外机械制图的成绩评定

美国高校机械制图课程的总评成绩一般由出勤率、作业、测验、项目设计和期末考试来综合评定。课程的期末考试一般是参加三维软件官方组织的助理工程师证书考试，要求学生在规定时间内独立完成三维软件官方网站的随机题目，包括三维实体建模、产品的设计过程等。

英国BTEC教学模式以学生掌握的能力为主进行考核，通过课业设计的评价考核学生制图知识运用、创新设计和实践的能力。课业设计完成后，学生可以根据课业评分标准先自评，再由任课教师进行评价，教师在评价过程中指出学生评价不完善的地方，最终和学生达成共识后由教师给出评定的等级和所获得的学分。

澳大利亚高校机械制图的考核包括理论水平和实践能力两部分的考核。对理论的考核要求比较低，主要通过提交徒手绘图作业、计算机三维产品设计模型来体现。对学生实践能力的考核严格，成绩不合格必须继续学习，直到成绩合格。

5 国外机械制图的教材特色

美国的制图教材内容丰富，结构严谨。围绕机械产品设计讲解工程图纸的表达方式，主要内容有工程几何、三维实体造型、徒手绘图、正投影的三视图、斜视图、剖视图、轴测图、透视图、零件图、装配图、尺寸与公差、工程设计过程。教材不仅是让读者学会如何绘制图纸，而且强调在机械产品的设计制造过程中起到的技术交流的作用。美国的制图教材涉及工程图学的各个分支和学科领域，强调与各学科领域的相互交叉融合，十分注重学科领域的前沿性，强调理论与实践结合的重要性。

英国工程制图教材以实用性为主，删减了大量理论的内容，加强了工程实用性的内容。教材不仅删除了画法几何的内容，平面立体、曲面立体、截交线、相贯线的内容也削减了许多。教材由简单的几何体开始介绍，再到复杂的组合体部分。不单独讲解点、线、面及简单几何体的投影规律及特性，而是将这些知识点融合到形体的投影中介绍。重视徒手绘图的知识点讲解，详细地介绍了各种轴测图的徒手画法。对工程中常见的实用性较强的展开图也进行了详细的介绍。

日本的制图教材重视应用性、广泛性和时代性的统一。教材结构紧凑，理论知识的内容阐述较少，制图理论与机械设计、加工的结合和关联方面阐述较多，是教材的侧重点。教材中的图例简单易懂，要求学生熟练掌握国标规定的表达方法。在教材各个章节末有一些练习题，一般没有专门的习题集。日本机械制图教材一直将“设计制图”的思想贯穿于制图的理论学习和技能训练中，为日本制造业输送了高质量的机械设计人才。

澳大利亚工程图学教材一般包括工程制图、计算机绘图的内容，同时又融入了机械设计的内容。制图的教材相对教学内容来说更详细和全面。正规的制图教材比较昂贵，但是学校可以提供给学生每次课程的讲义材料，在课程网站上注册的学生可以下载和学习。

6 对我国机械制图教学的一些启示

通过对国外工程图学的发展状况研究发现：国外先进高校的图学教育多以产品设计为中心，以三维造型设计为教学核心，注重培养学生工程实践能力。此外，图学教育与工程实际项目和企业需求相结合，注重培养学生的设计思维、实际动手能力和表达能力。其教学内容、教学方法、教学手段、考核方法及教材建设对我国的机械制图课程教学改革有一定的借鉴作用。

（1）重新整合机械制图的教学内容。将机械制图的理论知识和计算机绘图融合到一起，研究三维建模软件与二维设计软件CAD、传统制图理论知识相结合的教学模式。恰当地将制图三维设计软件贯穿于整个机械制图课程教学中，增加学生的空间想象力和理解能力。

（2）应用CDIO理论采用项目设计的教学方法。在机械制图的教学大纲中适当引入基本的机械设计内容，通过校企合作引入实际的工程案例进行教学，将制图的理论知识与工程设计思维相结合，使学生明确认识企业的实际要求，最终培养企业需求的工程设计人才。

（3）建立线上教学、线下教学和实践教学相融合的新教学模式。充分利用我国目前线上教学取得的成绩，利用线上优质的教学资源和高校的自建课程，合理地将慕课、超星学习通等线上教学和线下传统制图教学方法相结合，适当改变传统机械制图课程设计的内容，引导学生主动学习，提高教学效率。

（4）适当增加徒手绘图的课时，减少尺规绘图的课时。徒手绘图在培养学生的图形表达能力、空间想象力和构思能力方面，起到重要的作用。尤其是在机械产品设计初期，设计人员可以方便地表达设计意图，也可以起到捕捉设计思路的作用。

（5）将机械制图技能竞赛融入课程教学中。在讲解机械制图理论知识时，在学校绘图室举办徒手绘图及尺规绘图比赛。在讲解二维、三维计算机软件时，在计算机房举办二维、三维设计大赛。将全国大学生先进成图技术及机械创新设计大赛的案例融入课程，通过介绍这些比赛作品，激发学生的学习兴趣，并组织学生参加全国先进成图及机械创新设计大赛。这样可以开阔学生的视野，使学生不局限于课程内容，更好地学习和掌握制图知识。

（6）编写新形态机械制图教材。教材建设应围绕三维造型设计、机械产品设计讲解工程图的表达知识，适当删减画法几何的内容，增加徒手绘图的内容比例，将一些基本的机械设计知识加入教材中。此外，适当地将计算机绘图的知识点融入教材里，采用项目教学法将三维产品设计贯穿于教材的章节中。将二维码和AR技术应用到教材建设中，通过手机扫描观看动态的立体图或视频讲解，发挥新形态教材的作用。