工程制图与CAD课程的教学融合*

殷东华 梁海龙 于景华 郝利华 金巍

1 山西工学院智能制造产业学院 山西朔州 036000 2 中北大学信息与通信工程学院 太原 030051

0 引言

认知学习就是通过研究人的认知过程来获取知识结构，而一位教师如何对知识体系进行重构取决于知识之间的关系。目前，我国的融合式教学方式有很多。刘会燕[1]认为为满足学生培养需求，需将线上和线下教学进行融合并付诸实践以提高课堂效果。汪潇潇等[2]在构建全体系融合式教学的基础上，实现深度与广度的拓展，并提出进一步健全机制、研发应用信息技术、持续拓展“融合”的概念，以及未来研究深化探索的方向。马武林等[3]提出，为保障慕课的生命力需通过增补教学PPT 等手段来对内容进行更新，以及通过增减教学视频和增补教学PPT 的方式进行校本融合式教学改革。在融合式教育实践的方式上，赖文斌等[4]认为，融合式教育实践的方式有多种，可以是单门课程内的多学科融合式，也可以是多门课程的多学科融合式等。王常松等[5]对融合式教学中的教师角色与感性思维如何把握问题提出一种团队式学习、师生角色融合式学习的教学新模式，即在教学过程中根据教学课程的特点和该阶段学生自身特点而设计的教学方法。

新工科的建设目标是实现中华民族伟大复兴，培养满足国家战略需求的创新型人才，因此新工科的建设重点需从学与教、本土化与国际化、实践与创新创业[6]这三个方面入手。而工程制图类课程还承担着为近机类专业对应相关课程打牢基础的艰巨任务。鉴于此，本文提出基于OBE 理念的工程制图与CAD课程的教学融合。

1 教学融合现状

制图类课程主要培养学生对工程图的识图和绘制能力，CAD 作为一个设计工具，是工程人员必备的实操技能之一，将工程制图与CAD课程融合可以为学生学习后续课程打下基础。随着计算机绘图的普及，为了使工程制图的发展现状与科学技术和生产制造迅速发展的需要相适应，传统的制图类课程理论及实践体系迎来了强大的挑战，同时也是机遇。所以为了工程制图的可持续发展，需将一些工程建模课程与制图类课程进行融合。因此，如何将工程制图与CAD课程有效融合方面的研究与探索是课程教改的方向之一。

董晓英[7]提出传统知识是基础、计算机绘图为辅助的观点，认为制图类课程教学应该先模块化分割所讲的知识，然后再根据学生的需要进行各个模块之间的融合。尚衍壮[8]认为计算机绘图与机械制图两门课程具有相同的图学理论基础，应该在制图教学中将其融合起来，进而满足时代需要。陈玉霞等[9]在课程体系的构建及实施中，通过对传统制图与AutoCAD 辅助设计两门课程进行优势互补，将其进行融合。丁乔等[10]针对“卓越工程师计划”，提出了将工程制图与CAD 绘图这两门课程进行融合的教改方案。李晓玲[11]提出将工程制图和三维CAD 软件课程二者同步进行的融合式教学方法和基本观点，认为这种教学方法既可以达到事半功倍的教学效果，又可以使新体系内容与现有课时限制的矛盾得到很好的解决。邱炎儿[12]认为在教学中采取机械制图与AutoCAD 相融合的教学方式，能有效提高教学质量和教学效果。

2 融合的必要性

作为工程界的技术语言，工程制图是近机类专业学生的一门重要专业基础课，它主要解决绘制与识读工程图样问题，因此，在教学中应该着重培养学生的构型、绘图和识图的能力。课程的重要任务就是通过学习制图的国家标准和作图技巧，培养学生的空间想象能力和空间思维能力，并将其应用于实践中。然而大部分学生空间想象能力不足，这就给学习制图带来了一定的困难，学生对制图知识的掌握效果一般，再加上传统的教学模式有一定的局限性，不利于提高学生的空间思维能力和激发其学习兴趣。尤其在知识信息量增大而课程学时逐渐压缩的情况下，传统教学方法就显得效率不高，不能提高教学效果。

近年来，企业里基本上采用计算机绘图，放弃手工绘图，而在CAD 应用软件中，AutoCAD 是最主流的绘图软件。对于产业学院来说，以培养高素质应用型人才为目标，软件工具的学习既可以提高学生的专业技能，又能够提高制图类课程的教学效果，同时也为后续的专业课学习奠定良好的基础。制图类课程不再是单纯地进行绘图和识图基本技能的训练，需紧跟时代背景，将其与工程建模相融合。在制图类课程的教学过程中，融入建模的原理和方法，可以使课程中抽象的内容更加直观地被学生所理解并接受，同时增强学生的空间构思能力和表达能力。

3 CAD 与制图课程的有效融合

鉴于制图课程学时有限，在教学过程中要合理应用CAD。制图类课程主要培养学生的空间思维能力，如果占用大量学时使用CAD 软件进行绘图的话，表面上虽然使课堂教学过程变得轻松也容易操作了，但是很容易使学生产生懒惰心理，不利于学生空间思维能力的培养，所以在整个教学过程中应仔细考虑如何更好地将CAD课程融合进来。

本课程的教学设计如图1所示。在本课程的融合教学改革过程中，应该将三维造型原理、方法、设计思想贯穿于教学过程，由具体到抽象，使学生能够应用软件和工程制图的方法来表达工程设计的思想，依此来弥补工程图样直观性差的缺点，而不是单纯地让学生在制图课程教学的课前或课后学习CAD 软件，教师在讲授过程中应补充CAD 软件的使用。以工程制图基础理论为主线，引导学生快速掌握理论知识，CAD 软件的应用作为辅助，做到对计算机绘图的重视，但不能完全甩掉手工绘图，将CAD课程有机地融入制图教学过程，提高本课程的教学效果，通过训练提高学生的动手绘图能力和空间想象能力，为产业学院培养应用型人才作准备。

图1 制图课程的教学设计

3.1 教学内容的融合

随着计算机的发展，工程上三维建模技术也在快速发展，并且其应用也在日益普及，进而我国制造行业也发生了很大的变化。大多数企业、研究院等已经放弃尺规作图，在产品的研发、分析等环节采用了三维软件。因此，从产业院校培养应用型人才的定位出发，在工程制图教学中融入三维建模技术，通过丰富的动画演示来激发学生的空间思维和想象能力，帮助学生锻炼二维平面图形和三维空间实体的互相对应转换，这是有必要的。

对学生而言，学习工程制图往往无法发挥自己的空间想象能力和空间思维能力，没有办法把工程实体和投影联系起来。所以在工程制图学习中利用建模软件可以使学生头疼的这些问题更直观地表现出来。讲授建模软件时，结合工程制图识图基本内容和具体要求，可以使学生加深对工程制图的理解和掌握。鉴于此，本课题在教学过程中，将工程制图和CAD课程相融合。

在理论教学内容上首先需要考虑如何将工程制图和工程建模课程相融合。比如，将国标基础知识和CAD 软件中的工作界面的相关知识融合到一起；在几何作图这一部分知识点处，可以将尺规绘图方法和CAD 软件中绘图命令融合到一起；在投影制图这一部分知识点处，可以将表达方法与CAD 软件中图案填充、比例缩放命令等融合到一起。在课程理论学时缩减的情况下，为了保证学生能够全面掌握课程内容，采用这样的融合式教学，可以激发学生的学习能动性，进而减少单纯讲解理论知识时的枯燥乏味。

3.2 教学资源的融合

首先，将工程制图教学课程与CAD 工程师认证证书相融合。为了促进应用型人才的培养，将理论课程的教学与认证证书的考试大纲相衔接。AutoCAD 作为一个设计工具，不是简单地抄图，其高端三维应用是大学生在高校时要掌握的一项技能。目前，随着各国技术交流的越发紧密，具有专业知识和实践技能的高素质人才方面的竞争成为企业之间的主要竞争，所以市场对高端CAD 应用人才的需求也越来越大。根据人才培养方案，以就业为目标，将认证证书的学习内容融合到本课程的教学中，为我国的应用型人才事业作出贡献。

其次，将工程制图教学课程与先进成图大赛相融合。将绘图和识图的技能要求贯穿于课程中，以赛促教。这种技能大赛，既要求学生对工程制图的理论知识掌握得很全面，又要求学生要有一定的计算机操作水平，同时还要精通CAD 软件。依此来多维度地提高学生的专业知识和实践技能。

鉴于此，本课程开发一种以证书为导向、以比赛为手段的融合性的教学资源库，将CAD 工程师认证证书考试大纲和先进成图大赛融入制图课程，并制作新的教学课件。以CAD 部分的教学视频、先进成图大赛样题、认证证书考证样题为主建立题库，上传学习通，供学生参考。学生可以根据自身需求随时随地自由选择教学资源，进行有目的性的学习。

3.3 教学模式的融合

在新工科背景下，课程教学必须以学生为中心。本课程实践性强，在教室进行理论教学、在机房进行实训教学的单一传统教法不利于学生实操技能的提高。经过不断完善教学过程，并进行修改与总结，现基于OBE 理念提出工程制图与CAD课程的融合式教学模式，如图2所示。

图2 工程制图与CAD课程的融合式教学模式

学生课前要利用教学资源库进行线上学习，并按要求完成相应的学习任务，每个学习任务都是以下节课要学习的内容来设计的。课中完成面授交流，教师以具体完整的工作过程来实施教学，教学活动围绕“做什么—怎么做—成效如何”等环节对学生进行能力训练，并且要针对学生课前的疑惑进行针对性的答疑和归纳总结。课后学生要完成教师布置的作业任务，同时延伸所学的基础知识，将其应用到证书考证样题、先进成图大赛样题等中。

新的教学模式发挥了学生的主体作用，并激发其学习兴趣，进而提高其创新意识，使其具备一定的绘图和识图的技能，并为相关专业学生后续课程的学习打下基础，真正体现了以学生为中心的教育理念。

3.4 教学评价的融合

为了全面督促学生，并提高其对知识的掌握程度，本课程采用过程和结果相结合的考核方式。过程考核包括学生作业完成情况、实验完成情况、线上学习等方面的评价考核，通过学习通、钉钉等网络平台设置不同环节的测试题对每位学生的学习过程进行观察、评估以及监督。此项考核为学生对所学知识的掌握程度提供参考，帮助学生明确自己应该掌握哪些基础的知识，并将其应用到什么场合。过程考核内容包括：考查基本知识点的客观题，这部分是以线上作业形式完成；线下主观题作业，主要是课程配套习题册部分，每页作业教师批阅给出成绩，期末计算平均成绩；基本知识点深化，这部分以线上测验形式完成；项目式绘图技能提高，对应的是大作业部分。教师根据以上内容给出平时成绩。结果考核指传统意义上的期末理论考试。考试内容上既保留传统的期末笔试形式，又适当增加平时成绩的记录，包括课堂表现、课后作业完成情况、实践环节等，既体现学习过程，又体现考试结果。通过完善考核方式，对学生采用过程和结果相结合的考核方式，形成整个课程教学过程的闭环。

4 结束语

近几年，随着制图类课程的学时数不断被压缩，教师不能及时了解学生对所学知识与技能的掌握情况，再加上许多学生的空间想象力不足，本课程的教学质量与效果不能得到有效检验。通过将工程制图与CAD课程教学的有效融合，学生提高了课堂学习效率，并提高了对工程图的识读和绘制能力，同时，教师也可以做到全过程、全方位的教学质量评定，进而使教学设计更合理有效。