新工科背景下应用型本科“机械制图”课程改革探索＊

董慧芳 ， 路 玲 ， 龚智强 ， 胡 健

（巢湖学院机械工程学院，安徽 巢湖 238000）

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展等一系列国家重大发展战略，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设[1]。新工科建设要求把培养时代和未来的创新型卓越工程人才摆在更加突出的战略位置，加强对新工科建设规律的研究，以新的理念、新的要求、新的途径加快我国工程教育改革，为“中国梦”的实现和未来复杂多变的世界提供智力支撑和人才保障[2]。

“机械制图”是机械类专业最重要的一门专业基础课之一，该课程重在培养学生的读图和绘图能力，要求学生具备一定空间想象力和思维力、掌握一定的分析问题以及解决问题的能力[3]，是一门与工程实际联系非常紧密的课程。在机械产品设计制造过程中，机械设计工程师通过图样的方式展现产品的设计思想，工人根据图样获悉产品的形状大小和技术参数，进而将产品制造出来。因此，图样是表达机械产品设计意图和制造要求的重要技术文件。机械制造类企业普遍对于“机械制图”等专业基础课程非常重视，认为掌握机械制图等基础能力是机械类技术岗位必须具备的职业技能，对学生的职业纵深发展起着关键性的作用。

该课程内容抽象、知识点繁多，对学生空间想象能力及发散思维提出了很高的要求。本文立足于新工科背景下工程教育改革的特点和要求，针对“机械制图”课程在传统教学方法中存在的不足，进行教学改革研究，旨在提高课程教学效果，为后续课程学习及将来进入企业工作打下扎实的制图基本功。

1 教学中存在的问题

1.1 教学内容

机械制图虽然是机械类专业的一门传统学科，但是制图能力仍然是机械工程师的必备技能。然而，“机械制图”教学内容仍以训练学生直接绘制二维图纸的能力为主，与现代设计方法的联系不够紧密，未能体现机械行业的最新发展趋势。此外，在过去的教学过程中过于注重对学生的知识传授和能力培养而忽略了对学生价值观的引领和培育，在新工科建设背景下，专业课不仅仅要传授知识，还要承担育人的功能。

1.2 实践环节

学生的识图和绘图能力不是一蹴而就的，需要通过大量的练习和实践锻炼。仅仅靠章节习题、图纸抄画练习是远远不够的，需要通过综合性和开放性的实践锻炼才能将片段式的章节知识点连接成一体化的知识结构。

1.3 教学方法

传统的教学模式还是以教师讲授为主，这种填鸭式讲解模式仍显得相对单一，学生主动思考主动学习的能力仍然较差，同时教师对学生的学习状态以及学习过程也难以准确把握，总体教学效果较差。

2 教学改进措施

2.1 优化教学内容

在过去，老一辈的工程师在设计产品时通过手工绘图的方式直接绘制二维图纸，随着计算机二维绘图软件的应用，传统的手工绘图方式逐步被利用软件绘图替代。但是，无论是手工绘制二维图纸还是运用二维绘图软件绘制二维图纸，对于工程师的空间想象能力都提出了很高的要求。因此，长期以来，训练学生的空间想象能力一直都是“机械制图”课程的教学重点和难点，特别是那些空间想象能力不好的同学，在“机械制图”课程的学习中感到非常的困难。

三维建模技术的出现，使得这种困境得到了明显的改善。在设计教学内容时，利用三维建模软件，建立空间模型实例库，如图1所示，通过三维模型的展示将抽象的点、线、面投影概念直观化、清晰化，在利用三维建模软件将三维模型转化为二维图形的过程中，帮助学生理解和掌握较为复杂形体的空间几何结构，有效促进了学生空间构型能力和思维能力的培养，提升了学生的学习效果。

图1 部分模型实例(剖视图)

2.2 实践环节设计

制图能力是机械工程师的必备技能。在设计实践环节时，通过设立综合性、设计性实验项目，提高学生的动手能力、创新意识和应用能力。具体措施主要有：

2.2.1 引入三维建模技术，熟悉企业实际的产品设计方法（计算机绘图）

在传统手工绘图训练的基础上，引入企业实际应用的三维建模技术，学生在教师的指导下，学习三维建模软件的一些基本建模方法，并以工程实践案例进行实物测绘、工艺分析、三维建模、二维零件图和装配图绘制等。以某一医疗机械产品的装夹部件为例，让学生了解部件的结构组成和装配关系等，利用测量工具测绘出形状尺寸和位置尺寸，应用Proe软件建立三维模型，进而转化导出二维工程图纸，再进行标注，如图2所示。通过此案例的实践训练，使学生了解和掌握三维建模技术在企业的产品开发流程中的应用，将产品设计要求和制造工艺要求相结合，提升学生的实践动手能力和应用能力。

图2 工程实践案例

2.2.2 引入3D打印技术，制作三维模型

通过引入3D打印技术，让学生了解先进的制造技术，拓展学生的视野，同时也让学生通过实物制造的全过程检验模型设计的合理性。整个实践环节包括自主设计模型或利用老师提供的模型、学习3D打印设备的使用方法、三维模型的制作等。将3D打印技术融入课程的实践教学，弥补了传统机械制图课程的局限性，学生在整个实践过程中首先对二维图纸会更加细致深入的分析，然后通过三维建模过程来验证二维图纸识读的正确性，学生在此过程中会发现识图过程中的薄弱点并及时纠正强化，最后应用3D打印技术对模型进行制作，如图3所示，制作完成后可以对实物进行测量进一步验证模型的正确性。整个实践环节能够培养学生的创新思维和动手能力，同时克服了以前学习的枯燥乏味性，进一步提升了该课程学习的趣味性和前沿性。

图3 3D打印制作的模型

2.3 教学方法改进

在该课程教学过程中，改变传统的教学方法和教学手段，利用超星学习通APP，建立在线网络课程资源库，开展线上线下混合式教学[4]。

在课前导学和预习中， 每次课前，教师利用超星学习通APP的“通知”功能发布课前预习任务，将所要预习的课件、视频资源等设置为任务点，学生通过电脑或者手机终端接收教师发布的预习任务，按照预习任务的要求在规定的时间内完成预习任务。在预习任务中，通过设置自测题，让学生了解自己的预习效果，同时也让教师掌握学生对所预习的知识点的理解和掌握程度，便于教师在课堂教学中对某些知识点进行重点讲解。

课堂教学中，教师根据学生课前预习情况，有针对性的设计课堂教学内容，对于学生在预习过程当中反映出来的问题进行精讲。在课堂上，利用超星学习通的分组、讨论、课堂测验、投票等多种功能设计教学过程，开展互动讨论，引发学生思考。例如在讲授每一个重难点问题时，可通过“讨论”功能要求学生进行实时回答，也可以通过发布“课堂测验”当场检验学生的掌握程度。教师根据学生课堂测验反映出来的问题及时对易错处进行重点讲解，进一步强化教学的薄弱环节，及时消除知识盲点。教师还可以通过“分组”任务将学生分组对不同三维几何体的视图选择方案进行设计，提高了学生的分析能力和应用能力，提高了学生的课堂参与度，培养学生被动思考变为主动思考的能力。

课后巩固和交流，教师通过超星学习通“作业”功能建立作业库并发布，学生提交作业后可以看到作业的详细解答，同时教师根据作业的完成情况针对性地对作业进行讲解。学生有问题可以通过“讨论”功能向教师发问，及时与教师沟通。教师可利用软件数据统计和分析功能对学生任务点完成、作业提交、课堂测验成绩以及作业得分等综合情况来评估学生对知识点的掌握程度和学生的学习态度，及时做出调整和反馈。

3 结语

“机械制图”是机械类等工科专业重要的专业基础课程，是进行机械设计和创新的重要基础，是“机械原理”“互换性与测量技术”“机械设计”等核心课程的重要前置课程，为学生从事机械产品设计与制造等工作提供必要的知识储备。因此，为了适应新时代发展要求，在新工科建设背景下，在“机械制图”课程教学过程中，从教学内容优化、实践环节设计和教学方法改进等三个方面进行探索，突出以学生为主体，以培养多元化、创新性卓越工程人才为教学目标，以培养学生大国工匠精神、家国情怀和使命担当为育人目标，旨在提高学生自主学习的能力，培育和锻炼学生理论联系实践和自主创新的能力。