發(fā)布時(shí)間:2022-11-24 14:15:03
序言:寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁,我們?yōu)槟x了1篇的工程實(shí)踐的制圖課程教學(xué)改革樣本,期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā),請(qǐng)盡情閱讀。
“工程制圖”是非機(jī)械類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)基礎(chǔ)課,教學(xué)對(duì)象是剛剛進(jìn)入工科各專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的大一學(xué)生,主要目的在于培養(yǎng)學(xué)生的繪圖、讀圖與空間抽象思維能力,能夠在工程實(shí)踐中應(yīng)用圖形進(jìn)行表達(dá)與交流。尤其是在當(dāng)前工程教育認(rèn)證的大背景下,如何充分發(fā)揮“工程制圖”課程在學(xué)生工程素養(yǎng)和工程應(yīng)用能力培養(yǎng)方面的支撐作用,是當(dāng)前“工程制圖”課程教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該考慮的問(wèn)題[1]。長(zhǎng)期以來(lái),“工程制圖”的教學(xué)內(nèi)容都是按照畫(huà)法幾何、組合體、零件圖和裝配圖等幾個(gè)部分逐層推進(jìn)。這種方法雖然能夠讓學(xué)生對(duì)知識(shí)體系有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí),但是由于課程理論知識(shí)較為復(fù)雜、抽象,容易讓學(xué)生形成“枯燥、乏味”的印象,產(chǎn)生厭學(xué)情緒,影響課程教學(xué)質(zhì)量[2]。為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,考慮當(dāng)前工程教育認(rèn)證的大背景,大部分課程課時(shí)被壓縮,有必要開(kāi)展面向工程實(shí)踐的“工程制圖”課程教學(xué)改革,在有限的課時(shí)內(nèi)提高“工程制圖”課程教學(xué)質(zhì)量,提升學(xué)生的工程素養(yǎng)。
1面向工程實(shí)踐的“工程制圖”課程項(xiàng)目教學(xué)改革
1.1應(yīng)用三維軟件逐步建立抽象思維
“工程制圖”課程通常在大學(xué)一年級(jí)或二年級(jí)開(kāi)設(shè),學(xué)生的抽象思維能力相對(duì)薄弱,而該課程對(duì)學(xué)生的抽象思維能力要求較高,兩者存在矛盾。尤其是在當(dāng)前工程教育認(rèn)證背景下,理論課時(shí)被壓縮,如何在較短的理論課時(shí)內(nèi)幫助學(xué)生逐步建立起抽象思維能力是目前“工程制圖”課程需要解決的重要問(wèn)題之一。以圖1所示圓柱與圓柱垂直相交時(shí)相貫線的變化趨勢(shì)為例,講授過(guò)程中如果只告訴學(xué)生隨著橫向圓柱直徑的不斷增加,兩圓柱相貫線的變化趨勢(shì)如圖1(a)~(c)所示,并要求學(xué)生關(guān)注兩圓柱直徑相等時(shí)兩相貫線的特殊情況。學(xué)生學(xué)習(xí)后雖然能夠記住兩圓柱正交時(shí)相貫線投影形狀的變化趨勢(shì),但是其對(duì)相貫線的空間形狀并沒(méi)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí),將直接影響后續(xù)組合體的繪圖與讀圖。在面向工程實(shí)踐的“工程制圖”課程教學(xué)改革中,在完成知識(shí)點(diǎn)的講解后,采用三維繪圖軟件建立如圖
2所示的兩垂直相交的圓柱模型,通過(guò)修改橫向圓柱直徑讓學(xué)生觀察相貫線的變化趨勢(shì)。通過(guò)這種演示教學(xué)方法,學(xué)生認(rèn)識(shí)了相貫線的三維空間形狀,再結(jié)合圖1的相貫線二維投影,在相互對(duì)照讀圖的過(guò)程中對(duì)正投影方法形成更加清晰的認(rèn)知,有利于學(xué)生空間抽象思維的逐步形成。
1.2挖掘理論知識(shí)背后的工程知識(shí)
雖然“工程制圖”課程基本教學(xué)任務(wù)是教會(huì)學(xué)生如何繪圖與讀圖,但是在教學(xué)過(guò)程中如果單純地采用“填鴨式”的方法告訴學(xué)生應(yīng)該怎么做,而不闡述為什么這么做的原因,學(xué)生知其然而不知其所以然,不但疲于記憶,而且會(huì)感覺(jué)該門(mén)課程枯燥乏味,難以提起興趣[3]。以圖3所示的零件圖中尺寸的合理標(biāo)注為例,在授課過(guò)程中,教師通常會(huì)提到“為保證零件圖尺寸標(biāo)注的合理性,在給軸類(lèi)零件標(biāo)注尺寸時(shí)要避免出現(xiàn)封閉的尺寸鏈,應(yīng)該在合理的位置將尺寸鏈斷開(kāi)”。學(xué)生雖然建立了一個(gè)“軸類(lèi)零件尺寸標(biāo)注應(yīng)該避免出現(xiàn)封閉尺寸鏈”的概念,但其并不清楚為什么不能形成封閉尺寸鏈,而只是單純地記住了該知識(shí)點(diǎn)[4],并沒(méi)有對(duì)該知識(shí)點(diǎn)背后的工程知識(shí)和工程原理形成認(rèn)知,影響其工程思維的形成。在面向工程實(shí)踐的“工程制圖”課程教學(xué)改革中,則挖掘知識(shí)點(diǎn)背后的工程知識(shí),闡述其工程原理,讓學(xué)生不但知其然,而且知其所以然。同樣以圖3零件圖中尺寸的合理標(biāo)注為例。講述需要避免形成封閉尺寸鏈后,還應(yīng)該闡述為什么要將尺寸鏈的斷開(kāi)位置放在φ36軸段,而不放在其他軸段。首先,應(yīng)該從零件的加工誤差角度出發(fā),明確加工誤差客觀存在,不可能完全避免的觀念。其次,講述圖3中階梯軸各軸段的功能,明確左側(cè)φ30和φ24軸段需要與軸上零件配合,其精度要求高,在標(biāo)注尺寸的過(guò)程中則需要優(yōu)先保證;而φ36軸段并不需要與軸上零件配合,精度要求較低,因此可以將加工誤差放到該軸段,確保該軸的功能得到滿(mǎn)足。通過(guò)這種講述方式,學(xué)生不但明確了“避免封閉尺寸鏈”的原因,而且還增加了對(duì)應(yīng)的加工知識(shí),建立了加工誤差和尺寸優(yōu)先級(jí)的概念,在后續(xù)其他類(lèi)似的問(wèn)題中能夠做到舉一反三,提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。
1.3通過(guò)測(cè)繪實(shí)訓(xùn)增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)
測(cè)繪實(shí)訓(xùn)是機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié),通過(guò)該環(huán)節(jié)可以為學(xué)生提供一個(gè)貼近工程實(shí)際的學(xué)習(xí)環(huán)境,給學(xué)生一個(gè)應(yīng)用繪圖知識(shí)的平臺(tái),提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力[5]。但是,由于零件測(cè)繪需要準(zhǔn)備零件、測(cè)繪工具等教學(xué)設(shè)備,部分學(xué)校教學(xué)條件不滿(mǎn)足,因此學(xué)校通常取消該部分教學(xué)內(nèi)容[6]。該校工程制圖教研室結(jié)合自身教學(xué)條件,開(kāi)始在非機(jī)械工科專(zhuān)業(yè)“工程制圖”教學(xué)中進(jìn)行了測(cè)繪實(shí)訓(xùn)試點(diǎn)。通常,將該實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)置在“零件圖”章節(jié)中,一共占用2個(gè)課時(shí);選擇的測(cè)繪零件主要是軸、軸套、立式軸承座等;測(cè)繪工具包括直尺、外卡鉗、內(nèi)卡鉗、游標(biāo)卡尺等;學(xué)生分組選擇一個(gè)對(duì)象零件,根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu)選擇合適的測(cè)繪工具進(jìn)行測(cè)量,記錄測(cè)量數(shù)據(jù),采用三視圖、剖視、斷面等表達(dá)方法,完成零件測(cè)繪。因?yàn)檎n堂內(nèi)時(shí)間限制,可以要求學(xué)生在課堂完成測(cè)量并記錄數(shù)據(jù),課下完成圖紙繪制。在具體的實(shí)施過(guò)程中,教師根據(jù)實(shí)際的測(cè)繪零件制訂具體的實(shí)訓(xùn)計(jì)劃,并通過(guò)圖片、動(dòng)畫(huà)等展示不同零件測(cè)繪的難點(diǎn)、重點(diǎn)和關(guān)鍵環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生完成測(cè)繪實(shí)訓(xùn)。通過(guò)開(kāi)展測(cè)繪實(shí)訓(xùn),能夠培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力,學(xué)生可以將掌握的繪圖方法應(yīng)用到測(cè)繪工作中,對(duì)所學(xué)知識(shí)有了一個(gè)更加具體的感性認(rèn)識(shí)和體會(huì),在這個(gè)過(guò)程中形成的測(cè)量、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新意識(shí),也能為后續(xù)相關(guān)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
1.4構(gòu)建多元化、全過(guò)程的課程考核體系
在傳統(tǒng)的以筆試考試成績(jī)作為主要評(píng)價(jià)方式中,學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中為了獲得較高的成績(jī),通常是以熟練掌握制圖的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)為第一導(dǎo)向,采用知識(shí)點(diǎn)識(shí)記等方式進(jìn)行學(xué)習(xí),一方面難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)也存在學(xué)習(xí)成績(jī)考核方式單一的問(wèn)題,不能對(duì)學(xué)生的多個(gè)方面進(jìn)行綜合考查。另外,在當(dāng)前線下教學(xué)方式日漸普及的情況下,如何對(duì)學(xué)生的線下學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核和評(píng)價(jià)也是課程教學(xué)改革工作需要考慮的重要內(nèi)容。為了保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,確保學(xué)生在線下等其他途徑的學(xué)習(xí)過(guò)程得到認(rèn)可,充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,在此次教學(xué)改革的過(guò)程中構(gòu)建了多元化、全過(guò)程的課程考核體系。在以往由“出勤”“平時(shí)作業(yè)”和“筆試考試”構(gòu)成的考核體系中增加了“大作業(yè)”和“線下學(xué)習(xí)”考核內(nèi)容,形成了如表1所示的“四位一體”考核體系,實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生更加全面、全過(guò)程的考核。其中,所謂的“大作業(yè)”是指在完成一個(gè)相對(duì)完整的學(xué)習(xí)內(nèi)容之后對(duì)學(xué)生的一個(gè)考查。例如,在學(xué)習(xí)零件圖之后,給學(xué)生布置一道零件圖繪圖題目,要求學(xué)生在2個(gè)課時(shí)完成零件圖的繪制與標(biāo)注,并當(dāng)堂提交,以此作為階段性的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式。而線下學(xué)習(xí)則是采用超星“學(xué)習(xí)通”、中國(guó)大學(xué)MOOC等在線學(xué)習(xí)平臺(tái),提前上傳對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)資料,要求學(xué)生利用課下時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí),并在系統(tǒng)中完成對(duì)應(yīng)的測(cè)試題目,以系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的學(xué)習(xí)時(shí)間和成績(jī)作為評(píng)定學(xué)生線下學(xué)習(xí)的指標(biāo)。
2面向工程實(shí)踐的“工程制圖”課程教學(xué)改革效果
通過(guò)兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐,將教學(xué)改革前后的教學(xué)效果進(jìn)行對(duì)比,學(xué)生在空間思維能力、學(xué)習(xí)興趣、工程實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)效果考核科學(xué)性等方面有較為明顯的提升,主要包括以下4個(gè)方面。
2.1空間思維能力得到提升
“工程制圖”課程對(duì)學(xué)生的空間思維能力要求較高,這就要求學(xué)生要多琢磨、多思考,學(xué)生一旦不愿意思考,隨著知識(shí)量的增加,就逐漸跟不上學(xué)習(xí)進(jìn)度[7]。在實(shí)施面向工程實(shí)踐的課程改革之后,充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)之初空間思維能力較為欠缺的客觀情況,在授課過(guò)程中利用三維軟件演示與投影圖一致的三維模型,并根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)展示經(jīng)過(guò)截切、相貫等處理后的三維結(jié)構(gòu)圖形,學(xué)生將之與二維投影圖進(jìn)行比對(duì),逐步形成將三維結(jié)構(gòu)向二維投影轉(zhuǎn)化的能力,幫助學(xué)生順利通過(guò)由三維向二維的過(guò)渡期,使得空間思維能力得到提升。
2.2工程知識(shí)得到豐富,學(xué)習(xí)興趣得以提升
“工程制圖”課程中的理論學(xué)習(xí)知識(shí)較多,對(duì)學(xué)生導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高[8]。在開(kāi)展面向工程實(shí)踐的“工程制圖”課程教學(xué)改革后,深挖案例背后的工程知識(shí),將晦澀難懂的理論知識(shí)轉(zhuǎn)換成為實(shí)際、具體的工程需求,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提升,學(xué)習(xí)主動(dòng)性也明顯提高。與此同時(shí),學(xué)生通過(guò)具體的工程案例,對(duì)相關(guān)的加工方法、材料屬性等知識(shí)也有了一定的了解,這對(duì)學(xué)生后續(xù)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)也有支撐作用。
2.3學(xué)習(xí)目標(biāo)具象化,工程實(shí)踐能力得以提高
學(xué)習(xí)《工程制圖》課程的一個(gè)重要目的是為以后學(xué)生在各類(lèi)型工作崗位中具備基本的讀圖、繪圖能力,滿(mǎn)足具體的工程實(shí)踐需求,這一點(diǎn)對(duì)于使學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo),提升《工程制圖》課程學(xué)習(xí)自主意識(shí)也有重要意義[9]。開(kāi)展面向工程實(shí)踐的教學(xué)改革后,在講授“零件圖”相關(guān)內(nèi)容時(shí)設(shè)置測(cè)繪實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié),學(xué)生通過(guò)動(dòng)手測(cè)量對(duì)應(yīng)的零件,在這個(gè)過(guò)程中持續(xù)不斷地測(cè)量、記錄、校正和修改,并利用前面學(xué)習(xí)的形體表達(dá)方法,將對(duì)象零件完整、合理地表達(dá)清楚,形成規(guī)范的圖紙。在這個(gè)過(guò)程中,學(xué)生不但建立了由三維模型向二維投影轉(zhuǎn)換的能力,而且熟悉了繪圖規(guī)范、形體表達(dá)方法的合理應(yīng)用等知識(shí),實(shí)現(xiàn)了理論知識(shí)的具象化。與此同時(shí),學(xué)生通過(guò)實(shí)訓(xùn)也鍛煉了自身的動(dòng)手能力,熟悉并了解了工程測(cè)量工具的使用方法,豐富了自身的知識(shí)儲(chǔ)備,工程實(shí)踐能力也得到了提高。
2.4考核方式更加全面,能夠更好評(píng)價(jià)整體學(xué)習(xí)效果
構(gòu)建的多元化、全過(guò)程的考核體系可以從多個(gè)方面對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),對(duì)學(xué)生的線上、線下和全學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行考核。這種考核方式可以解決部分學(xué)生雖然平時(shí)學(xué)習(xí)態(tài)度端正,也能夠理解并應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)點(diǎn),但是因?yàn)閼?yīng)考能力不強(qiáng)造成最終考試不通過(guò)的問(wèn)題。與傳統(tǒng)的以筆試成績(jī)?yōu)橹鞯目己朔绞较啾?,這種綜合性的考核方式能夠更加真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。從實(shí)際的應(yīng)用效果來(lái)看,這種考核方式相對(duì)更加公平,95%的學(xué)生對(duì)這種考核體系予以認(rèn)可,認(rèn)為這種考核體系更加公平。這樣,也就能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,間接地提升學(xué)習(xí)效果。
3結(jié)語(yǔ)
面向工程實(shí)踐的“工程制圖”課程教學(xué)改革以當(dāng)前工程教育認(rèn)證為背景,考慮課時(shí)壓縮、理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐相互脫節(jié)等實(shí)際情況,注重學(xué)生空間思維能力培養(yǎng)、理論知識(shí)背后的工程知識(shí)挖掘、基于測(cè)繪實(shí)訓(xùn)的實(shí)踐能力訓(xùn)練和多元化全過(guò)程的考核體系,形成了“四位一體”的“工程制圖”教學(xué)方法。該方法能夠提升學(xué)生對(duì)“工程制圖”課程的學(xué)習(xí)興趣,幫助學(xué)生逐步建立空間思維和工程實(shí)踐能力,達(dá)到新時(shí)期工程教育的目標(biāo)。
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作者:曾威 孫文 孫艷萍 孫育紅 張振軍 單位:西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院