新工科背景下机械制图课程教学思考

孙昂

（大连海事大学 船舶与海洋工程学院，辽宁 大连）

一 引言

随着中国近些年科技水平的不断进步，社会对人才的需求也发生了深刻改变。传统的靠知识重复运用型人才已不能满足科技高速发展的社会要求，新工科建设正是在此背景下产生，旨在促进高校培养科学基础厚、工程实践能力强的应用型创新人才[1]。传统的教学方式以教为主，教师是课堂的主导和主体，注重知识讲解的逻辑性，大部分时候学生只是听众，没有真正成为课堂的积极参与者，听得多想得少，因此培养出来的绝大部分学生不会“举一反三”，不能理解知识的本质，学到的知识是僵化的，难以适应不断变化的社会需要[2]。为提高学生学习的主动性和创新精神，培养学生分析和解决问题的能力，承担学生培养的各门课程，应主动对接新工科教育理念，探索多种形式的以学生为中心的教学过程[3]。机械制图是工科学生的必修专业基础课，具有较强的理论性与实践性，课程的定位是，使学生了解工程制图的知识和规范、培养手绘和使用软件绘制与阅读工程图样的能力，进而在一定程度上提高学生的空间思维能力、基本的工程意识和创造性构型设计能力以及创新意识[4]。如何根据课程的特点并结合新时期人才培养的要求，探索适合本课程的教学方法一直是讲授这门课的教师们思考的问题。笔者通过学习和多年的教学实践，总结出了下面几点教学心得。实践表明，将这些方法应用到教学中可以提高学生学习热情，有利于课程人才培养目标的实现。

二 讲好课程绪论

法国著名教育家第惠多斯说：“教学的艺术，不在于传授的本领，而在于激励、唤醒、鼓舞[5]。”现代教育理念更是强调，教学活动中学生是主角，教师是课堂学习活动的组织者，教师传授的知识必须通过学生的充分吸收才会内化成学生的能力。因此，教师组织课堂学习活动，要充分调动学生参与的主动性、积极性，培养学生学习的兴趣，从而激发出强烈的学习欲望，引导学生自觉的思考和求学。

制图课程主要讲解“画图”与“读图”的原理和方法，要求学生有一定的立体感，但大部分学生欠缺这方面的能力，理解和想象立体存在困难，这导致学生的学习兴趣难以激发[6]。

因此上课伊始，就需要讲好课程的绪论，使学生了解课程对于自己专业的重要性，从而有意愿克服困难学好本课程。在克服困难的学习过程中，他们的学习兴趣就能不断被激发出来。

如对于我校的机械类、轮机、航海等专业，绪论中会结合船舶、船上的甲板机械、机舱的主机、辅机等设备，使学生了解未来的工作对象，课程对于他们未来从事的工作必不可少。对于自动化和通信类同学，可以展示高科技的智能设备，机器人、仿生鱼等，让学生们知道机电一化设备是智能制造的发展方向，他们的专业是负责其中的智能部分，智能部分与机械部分是有关联的，因此需要了解设备的基本结构。

三 注重讲练结合，让学生参与课堂教学

讲课过程中，为了提高教学效果，可以采用多媒体动画与三维模型等现代教学手段，把教学过程中枯燥的、复杂的、难以理解的内容，通过生动的、直观的方式展现给学生[7]。除此之外，为了培养学生独立思考问题的能力，有些不太复杂的图形可以让学生先徒手绘制，然后再与讲解对照。这样让学生融入到教学中，能加深学生对知识的理解和思考。

这种方法也可以运用到机械制图标准的讲解中。制图标准是从事机械设计的工程人员必须了解的基本知识，但由于标准琐碎枯燥，由老师一条条介绍无疑会降低学生的学习兴趣。课堂上老师介绍完图纸和图线等内容后，可以让学生们打开书，根据尺寸标注的表格，由学生们一条条读出尺寸的规定，使学生真正成为课堂的主人，成为传授知识的主角，融入到课堂教学中，学生们就会对尺寸标注印象深刻，从而达到良好的教学效果。

四 教学生学会比较思考

基本体是学生在课程中首先接触到的立体，在基本体截切求截交线和基本体相交求相贯线时，由于学生刚刚接触到立体，他们很难想象出立体空间形状，当然也不能正确画出投影。

为了培养学生的空间想象力，教学中可以从简单的截切入手，然后逐渐将截切变得复杂，但要注意保持每次截切体之间的递进，以方便学生想象。如下图1 所示四棱锥（a）、（b）、（c）、（d）四个截切演化的过程。这样学生便可以由易到难通过观察比较，想象出复杂的立体。以后碰到复杂的截切也会自己采用类似的方法解决问题，教会了他们一种思考问题的方法。

图1 四棱锥的截切

在工程制图的教学中还包括一些规定的简化画法的介绍。对于这些画法，如果完全采用讲授法教学，就会使学生沦为听众，而不会真正理解简化画法的实质，学完之后很容易忘记。以图2 所示两个垂直正交圆柱相贯线的简化画法为例，如果采用对比、讨论的方式进行教学，可以促进学生思考，深刻理解相贯线的投影特点和简化画法。教学中首先请同学观察（a）与（b）主视图的区别，然后在图3中找出与之相对应的实体模型，构建立体和投影之间的映射关系。最后请同学自己寻找并总结出相贯线的简化画法。这样的教学过程能引导学生发现问题并解决问题，促进了学生的思考。

图2 圆柱垂直正交相贯线简化画法

图3 圆柱相贯实体图

五 教学生学会画立体图

目前机械制图课程大都采用多媒体课件进行教学，希望借助软件建立立体模型，增强学生对立体空间形状的了解。但依据多年的教学实践发现，效果并不理想，学生对课上见过的立体结构特点并没有清晰的印象，因此画出的投影错误也较多。

学生对立体结构特点把握不清的原因在于，学生在学习本课程之前，缺少对立体结构的观察。仅靠课堂上有限的时间观察，难以建立深刻的印象。因此教会学生自己画立体图，是帮助他们增强立体结构了解的有效手段。落实到教学中就是将轴测图尽早教会学生[8-9]。

轴测图的介绍可放在基本体三面投影学习之后。讲解正等轴测图的基本知识和基本体轴测图的画法。然后在学习立体截切、相交时，鼓励、引导学生先根据正面投影徒手画出立体的轴测图，然后再绘制水平投影和侧面投影。例如在学习课程难点空心圆柱的截切时，学生们理解起来都比较困难。因此选取两道典型结构，如图4 所示，让学生们先画轴测图，再结合轴测图画出三面投影，通过投影与轴测图的结合与对比，学生就能理解立体结构与投影之间的对应关系，更好地掌握较难结构的投影。

图4 空心圆柱截切对比

教师平时授课时要经常画轴测图，给学生做示范。课后练习时，也建议学生在绘制投影时，先在草纸上画出相应的轴测图，弄清轴测图结构与投影的对应关系，增强学生对立体的感性认识。这种方法简单易行,学生学会之后，课后就可以自己绘制，帮助理解立体的结构，绘制出正确的投影图。

六 让学生在学习中体会快乐

初学立体投影，难免会有多画或漏画图线的情况发生，教会学生自己查找错误的方法，比直接告诉学生正确答案更有意义。例如组合体读图有这样一道题，如图5 所示，要求根据已知的两个视图，补画俯视图。学生经常会出现如图6 所示的两种错误视图。如何教会学生检查出错误并正确理解立体呢？作业点评中让学生们复习之前学过的垂面投影特点，找到立体所具有的侧垂面，并从主视图中复杂的线框入手，分析这个线框所代表的面的空间位置，得出俯视图会有一个与之类似的线框存在，这样就可以找到图中画错的地方。如何正确理解实体形状？建议学生画轴测图。轴测图的绘制按立体截切的过程绘制。如下图7 所示，该立体的初始形状为长方体, 通过三次截切得到最终形体。首先用侧垂面截切长方体前后, 截切特征见左视图, 然后用对称的正垂面截切长方体的左右, 截切特征见主视图, 最后用两个侧平面和一个水平面挖出中间的通槽。通过轴测图将每次截切所产生的截交线逐一画出, 直观表达出长方体截切中的变化和最后截得的组合体的空间形状。教会学生采用这种方法检查错误，使学习的过程直观、生动与有趣，也使学生对课程的学习更有信心，促进学生们的学习热情。

图5 补画俯视图

图6 两种错误俯视图

图7 轴测图的绘制过程

七 结语

全球已进入科技竞争时代，中国也要在产业结构调整、自主创新发展、资源配置利用、经济质量效益等方面转型升级，实现由富到强的转变，社会各行业对创新型人才的需求也越来越多。高等院校肩负着培养高水平人才的重任，其人才培养的质量直接关系着我国社会经济的发展水平，因此高校的教学必须适应时代的要求，树立以学生为中心的教育理念，注重学生学习兴趣的培养，促进学生分析问题、解决问题及创新能力的提高。文中所提到的讲好课程绪论、注重讲练结合，让学生参与课堂教学、教学生在比较中思考、教学生学会画立体图、让学生在学习中体会快乐的学习方法，都是践行以学生为学习主体，以激发学习热情为目的，以能力培养为目标的教学方法探索。教学中学生们学习的热情被激发，许多同学积极主动融入到课堂的讲解中，积极响应老师的提问，学习有困难的同学也主动通过微信与老师讨论自己学习中的疑惑或困难，并树立起克服困难的信心，机械制图课程的教学取得了较好的效果。这些方法有效实用，对其他课程的教学也会有一定的借鉴作用。