許良瓊，吳波，舒金波

(中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南長沙410083)

在工程圖學(xué)課程中貫穿工程設(shè)計(jì)理念*

許良瓊，吳波，舒金波

(中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南長沙410083)

突破傳統(tǒng)的教育理念和模式，培養(yǎng)“明體達(dá)用”的高級人才，從工程基礎(chǔ)課程開始，在教學(xué)過程中貫穿工程意識和設(shè)計(jì)理念，正確引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識自己的專業(yè)以及相關(guān)的行業(yè)，讓課堂貼近工程實(shí)際，突出學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。本文以機(jī)械專業(yè)和相關(guān)的工程實(shí)際為背景，對機(jī)械專業(yè)“工程圖學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容、課件制作、教學(xué)方法和手段等教學(xué)工作進(jìn)行一些探索和改革，以期激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)，鼓勵學(xué)生積極主動地思考問題，培養(yǎng)學(xué)生自己帶著問題進(jìn)行認(rèn)知的工程創(chuàng)新能力。

工程圖學(xué);工程設(shè)計(jì)理念

一、工程意識在工程圖學(xué)教學(xué)改革中的意義

在當(dāng)今的知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，加速建設(shè)和發(fā)展國家經(jīng)濟(jì)對知識創(chuàng)造和人才培養(yǎng)的創(chuàng)新體系提出了越來越高的要求，而研究型大學(xué)在國家知識和人才培養(yǎng)的創(chuàng)新體系中發(fā)揮著重要作用。厚基礎(chǔ)寬口徑教育理念的特點(diǎn)，是加強(qiáng)基礎(chǔ)，淡化專業(yè)，增強(qiáng)對就業(yè)市場的適應(yīng)性，強(qiáng)調(diào)知識、素質(zhì)、能力的全面發(fā)展。為適應(yīng)新的知識人才的創(chuàng)新體系，大學(xué)教育在厚基礎(chǔ)寬口徑教育理念的基礎(chǔ)上，應(yīng)該加強(qiáng)學(xué)生廣義上的專業(yè)意識，也即工程意識，以突出強(qiáng)化學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

工程圖學(xué)是工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，也是機(jī)械專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。機(jī)械專業(yè)的工程圖學(xué)課程一共有兩期的學(xué)習(xí)，上期主要是理論部分，學(xué)習(xí)制圖、讀圖的基本理論和方法，下期則主要是工程實(shí)際應(yīng)用部分，培養(yǎng)工程圖的繪制與閱讀的基本功。工程圖學(xué)課程涉及許多尚未學(xué)習(xí)認(rèn)知的其它課程領(lǐng)域，如工程材料及熱處理、冷熱加工、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、公差配合及技術(shù)要求等加工制造類與工程設(shè)計(jì)類課程。如果只是簡單的照本宣科，依靠書本上的理論知識，對學(xué)生而言，是非常抽象而難以理解的，因而就會感覺乏味和枯燥，因此往往難于達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果。并且，因?yàn)橄缕谥皇强疾檎n程，學(xué)生只要完成一般的作業(yè)，基本上就都可以通過。而事實(shí)上，在每一期的圖學(xué)課程結(jié)束之后，很多學(xué)生還屬于一知半解，并未真正理解和掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，以至于在以后的各種專業(yè)設(shè)計(jì)課程等運(yùn)用環(huán)節(jié)之中，屢屢出錯，嚴(yán)重影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

實(shí)際上，每一個學(xué)科的相關(guān)課程之間應(yīng)該是有緊密聯(lián)系的，因此課程并不是孤立的，課程之間應(yīng)該可以相互滲透，既然工程制圖課程涉及專業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造等專業(yè)實(shí)踐課程，我們就把涉及到的工程意識和工程設(shè)計(jì)理念加入到該課程的學(xué)習(xí)中來，幫助學(xué)生建立起一種神圣的工程設(shè)計(jì)思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，讓學(xué)生感覺到自己有一種學(xué)習(xí)使命感，因而更認(rèn)真、更積極主動地進(jìn)行思考和自主學(xué)習(xí)。那么，如何把工程設(shè)計(jì)與機(jī)械制造的思想和理念貫穿到工程制圖課程之中，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，這個就是我們教師肩負(fù)的教學(xué)重任。

課程教學(xué)改革的指導(dǎo)思想就是基于這樣的思路，從頭至尾始終把機(jī)械設(shè)計(jì)的思想和理念貫穿在教學(xué)內(nèi)容之中，讓學(xué)生一開始就建立一個機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的理念，嘗試以工程相關(guān)的專業(yè)思想的態(tài)度和角度來進(jìn)行認(rèn)知學(xué)習(xí)。雖然學(xué)生會有很多疑惑，但重要的是我們應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生以積極的心態(tài)主動思考、主動進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，讓帶著的疑惑在學(xué)習(xí)過程中引刃而解。

二、把有關(guān)工程設(shè)計(jì)的理念融入教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容的安排和取舍上，要強(qiáng)化工程意識，循序漸進(jìn)的把學(xué)生引入工程實(shí)際的基礎(chǔ)認(rèn)知之中，以增強(qiáng)學(xué)生對工程的適應(yīng)能力。因此，對工程圖學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容作了如下的設(shè)計(jì)安排和精心處理。

(一)工程圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容的安排

工程制圖下期的教學(xué)內(nèi)容，包括三大部分:機(jī)械零件的類型(標(biāo)準(zhǔn)件、常用件、一般件);機(jī)械圖的繪制(零件圖、裝配圖、工藝圖);計(jì)算機(jī)CAD二維繪圖。根據(jù)本期的教學(xué)課時(shí)及教學(xué)要求，以上內(nèi)容一共分為十二講，分別為課程引言、標(biāo)準(zhǔn)件、常用件、零件圖的內(nèi)容和畫法、零件圖的尺寸標(biāo)注、零件圖的技術(shù)要求、裝配圖的內(nèi)容和畫法、裝配圖的尺寸和技術(shù)要求、讀裝配圖、讀機(jī)械圖并由裝配圖拆畫零件、CAD繪圖基礎(chǔ)、CAD繪圖管理等。教學(xué)課時(shí)為4×14周=56學(xué)時(shí)，其中40課時(shí)用于講課及測繪、手工制圖，16課時(shí)用于CAD實(shí)驗(yàn)上機(jī)繪圖。

(二)工程圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容的處理

緒論開頭，在課程引言中切入工程理念，把對零件圖、裝配圖的認(rèn)識從機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)備的使用和維護(hù)幾個方面的簡要介紹來進(jìn)行引入，并舉工程實(shí)例，既認(rèn)識了零件圖、裝配圖的作用和地位，同時(shí)也認(rèn)識了機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的一些專業(yè)方向。同時(shí)，以齒輪油泵為例進(jìn)行簡單分析，認(rèn)識組成一般機(jī)械的三類零件:標(biāo)準(zhǔn)件、常用件、一般件。

在整個課程教學(xué)之中，始終圍繞齒輪油泵部件，測繪零件圖、拼畫裝配圖來學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，如螺紋連接、齒輪嚙合、零件圖及裝配圖的畫法、工藝結(jié)構(gòu)、尺寸標(biāo)注及尺寸基準(zhǔn)選擇、技術(shù)要求等。其中，尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求是難點(diǎn)，為了使學(xué)生易于理解，均圍繞機(jī)械設(shè)計(jì)理念、加工知識，直接以典型零件和油泵部件為例進(jìn)行分析。并把技術(shù)要求內(nèi)容分開，零件圖中學(xué)習(xí)公差、表面粗糙度，裝配圖中學(xué)習(xí)配合，以分散難度。

具體考慮如下:尺寸標(biāo)注及基準(zhǔn)選擇首先以四種典型加工零件(軸套、輪盤、叉架、箱體)為例分析基準(zhǔn)和尺寸標(biāo)注特點(diǎn)，然后再來分析齒輪油泵各零件的基準(zhǔn)和尺寸;尺寸公差、形位公差、表面粗糙度結(jié)合零件的加工要求進(jìn)行認(rèn)識分析，并根據(jù)油泵的功能設(shè)計(jì)要求分析對其各零件的加工要求，講解初步確定機(jī)械設(shè)計(jì)零部件技術(shù)要求方法的基本原則和方法;裝配圖中的必要尺寸根據(jù)油泵部件的設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行分析;孔軸的配合及選用，放在裝配圖中學(xué)習(xí)，并按設(shè)計(jì)要求分析油泵各處的配合選擇，強(qiáng)調(diào)類比法的使用。

讀機(jī)械圖中的零件圖，直接選用典型零件主軸、法蘭盤、分離式減速器箱蓋的零件圖來進(jìn)行分析，以加強(qiáng)認(rèn)識和理解這些常用零件的結(jié)構(gòu)和加工要求;除了學(xué)習(xí)測繪的齒輪油泵模型、讀圖認(rèn)識的球形閥、綜合訓(xùn)練的機(jī)油泵之外，為了擴(kuò)寬視野，加強(qiáng)認(rèn)識齒輪油泵和流體閥，另外加入一些工程實(shí)例圖。這些實(shí)例與工程實(shí)際相結(jié)合，直接引用實(shí)物圖片，以幫助學(xué)生認(rèn)識實(shí)際生產(chǎn)之中的產(chǎn)品，如各種閥、各種油泵，都是來源于市場之中的實(shí)例。

三、精心設(shè)計(jì)制作教學(xué)課件并滲入工程設(shè)備和產(chǎn)品

教學(xué)過程是一個以學(xué)為主、以教為輔的學(xué)習(xí)認(rèn)知過程，學(xué)生是主體，教師是引導(dǎo)和指導(dǎo)者。教學(xué)過程還應(yīng)該是一個人性化的過程，應(yīng)該從學(xué)生學(xué)習(xí)思維的角度進(jìn)行考慮和關(guān)懷，滿足學(xué)生求知的一些人文需求。在和一些學(xué)生的接觸和交流之中發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生在某些課程的整個教學(xué)過程之中處于一種迷糊狀態(tài)，每一堂課學(xué)到哪里怎么學(xué)習(xí)都不可而知，缺一堂課就似乎變得很嚴(yán)重似的，或者去上課也是被滿堂灌，灌得迷迷糊糊。學(xué)生沒有學(xué)習(xí)的目的和興趣，只要上課就可以迷糊過關(guān)，這樣學(xué)到頭來因?yàn)闆]有真正自己主動去認(rèn)知過、也沒有深刻去思考過，最終的學(xué)習(xí)結(jié)果就是沒有心得，什么不也不會，畢業(yè)設(shè)計(jì)難于完成。因此，學(xué)生應(yīng)該明確本期課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度、每一堂課的學(xué)習(xí)要求以及學(xué)習(xí)訓(xùn)練的方式方法，其實(shí)這些可以在課件的設(shè)計(jì)和制作之中表達(dá)出來，讓學(xué)生有權(quán)自主選擇適合自己學(xué)習(xí)的方式方法。讓學(xué)生了解這些，就是讓學(xué)生可以選擇自主學(xué)習(xí)，只要達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，學(xué)生學(xué)習(xí)的方式方法可以是個性化多樣化的。

同時(shí)，為了在教學(xué)之中培養(yǎng)學(xué)生的工程戰(zhàn)略意識和學(xué)習(xí)認(rèn)知能力，啟迪學(xué)生的形象思維能力，開拓學(xué)生對工程產(chǎn)品由簡單認(rèn)識、進(jìn)入思考、發(fā)展到創(chuàng)新設(shè)計(jì)的空間，以逐漸培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力。因此，在課間的制作中滲入了與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的工程設(shè)備以及加工制造產(chǎn)品的內(nèi)容，以圖片、實(shí)物照片或者錄像的方式適時(shí)引入。

綜上考慮，精心而又人性化的設(shè)計(jì)制作了教學(xué)課件。課件以PPT為平臺，適時(shí)采用超級鏈接，應(yīng)用了大量圖片、二維動畫，為幫助學(xué)生理解和認(rèn)知，使用了部分三維動畫以及視頻剪輯，制作了400多張幻燈片。主要考慮如下:首先，為了使學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程之中始終了解本期課程的教學(xué)內(nèi)容和要求，明確每一堂課的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)方式，以便對本期課程內(nèi)容心中有數(shù)，把該期課程教學(xué)計(jì)劃與時(shí)間安排和首頁作超級鏈接，每次課前讓學(xué)生看到教學(xué)的進(jìn)度和安排;目錄頁，一共十二講的標(biāo)題，共采用十二個超級鏈接，分別鏈接到各講內(nèi)容之處，各講有關(guān)鍵詞、思考題、作業(yè)訓(xùn)練題;在教學(xué)過程中重要的相關(guān)內(nèi)容之間，也作了必要的超級鏈接;齒輪油泵部件，是本期課程的主題內(nèi)容，在各相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容中，分別使用了四個不同的零部件的三維動畫，演示了齒輪油泵的組成、齒輪油泵的工作原理、齒輪油泵的裝配過程、齒輪油泵裝配圖的拆卸畫法;螺紋及螺紋連接、齒輪傳動、鍵連接等多處，分別采用三維動畫進(jìn)行演示，以幫助學(xué)生理解相應(yīng)結(jié)構(gòu);螺紋加工、退刀槽、越程槽、加工中心等相關(guān)切削加工的內(nèi)容采用了視頻剪輯，演示實(shí)際加工狀態(tài);較復(fù)雜零件，如蝸桿減速箱、軸承座、法蘭盤、閥體、閥蓋，作了旋轉(zhuǎn)三維動畫，以分別看清楚零件的結(jié)構(gòu);讀裝配圖時(shí)的球形閥的裝配結(jié)構(gòu)，應(yīng)用了三維動畫演示，以幫助學(xué)生綜合想象整體;實(shí)際生產(chǎn)之中的加工設(shè)備及產(chǎn)品，如各種加工機(jī)床、加工刀具、各種閥、各種油泵、圓錐齒輪、蝸桿蝸輪、滾動軸承、機(jī)械手等采用了真實(shí)照片，以讓學(xué)生有一個簡單而真實(shí)的認(rèn)識;對基本概念和基本圖形，制作了大量文字動畫和二維動畫;讀典型零件的零件圖時(shí)，分別配合二維圖形使用了各零件的立體圖片，以加深對典型零件的印象。對減速器箱蓋，還采用了減速器的裝配模型、裝配分離結(jié)構(gòu)的圖片，以使學(xué)生初步認(rèn)識減速器，為以后減速器的設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

四、采用與工程理念緊密聯(lián)系的教學(xué)手段與方法

采用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件等教學(xué)手段，進(jìn)行多媒體教學(xué)。在教學(xué)過程中，適時(shí)配合教學(xué)內(nèi)容使用CAD、PRO/E軟件展示和分析二維模型、三維模型，并進(jìn)行必要的演示;CAD軟件教學(xué)，主要講授計(jì)算機(jī)二維繪圖。

在教學(xué)方法上，注意啟發(fā)、引導(dǎo)鼓勵學(xué)生提出問題、討論問題、解決問題。主要如下:

1．啟發(fā)式:分析概念，分析機(jī)械工作原理，學(xué)習(xí)機(jī)械圖中的工藝結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)要求，強(qiáng)調(diào)工程設(shè)計(jì)與加工時(shí)的工藝性、經(jīng)濟(jì)性問題，采用的是啟發(fā)式教學(xué)。

2．引導(dǎo)式:以認(rèn)識零件圖、裝配圖的意義，引導(dǎo)學(xué)生建立機(jī)械設(shè)計(jì)的思想和理念;在標(biāo)準(zhǔn)件、標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)中，指導(dǎo)學(xué)生翻閱機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊，都是為了引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究式的學(xué)習(xí)。

布置自主作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察生活之中隨處可見的各種機(jī)械的運(yùn)動，如汽車、建筑機(jī)械、健身機(jī)械、家用機(jī)械等，對它們的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方式提出問題，以幫助學(xué)生進(jìn)行自主認(rèn)知學(xué)習(xí)。

3．討論式:讀機(jī)械圖中，如典型零件主軸、法蘭盤、減速箱蓋的零件圖，機(jī)油泵的裝配圖，以相互提出問題的方式來進(jìn)行討論。

4．教育式:教學(xué)過程中，隨機(jī)進(jìn)行現(xiàn)身說教，以自己的親身經(jīng)歷或所見所聞教育學(xué)生，希望他們嚴(yán)格要求自己，用心設(shè)計(jì)自己的學(xué)習(xí)，嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)，在四年的大學(xué)生涯中，不斷提升自己的學(xué)習(xí)技能，培養(yǎng)較強(qiáng)的工程適應(yīng)能力和綜合素養(yǎng)，以適應(yīng)工程就業(yè)市場的需求。

五、進(jìn)行工程測繪訓(xùn)練與教學(xué)效果測試

(一)學(xué)生作業(yè)與成績評定

在整個學(xué)習(xí)過程之中，學(xué)生完成的作業(yè)要求有以下六項(xiàng):

(1)測繪齒輪油泵的零件圖;

(2)由測繪的零件圖拼畫裝配圖;

(3)大齒輪(多種鑄鐵齒輪件)的測繪作業(yè)，并對優(yōu)秀作業(yè)進(jìn)行展示，以交流認(rèn)識工程應(yīng)用之中的各種輪輻的繪制;

(4)綜合測試作業(yè):首先進(jìn)行機(jī)油泵裝配圖讀圖，然后拆畫泵體或泵蓋零件圖，最后要求根據(jù)自己的理解進(jìn)行尺寸標(biāo)注并標(biāo)注技術(shù)要求，包括材料、公差、粗糙度、文字技術(shù)要求;

(5)CAD上機(jī)作業(yè)，完成齒輪油泵裝配圖以及自選兩個零件圖;

(6)自主作業(yè):要求自行觀察和分析認(rèn)識身邊的機(jī)械，自行觀察一個機(jī)械的運(yùn)動，提出問題;自行測繪一個機(jī)械零件，畫出零件圖，并最后用CAD繪制出來。

學(xué)生本期最終成績，是根據(jù)以上六個方面的成績，再結(jié)合平時(shí)情況(課堂、測繪等)綜合評定。

(二)教學(xué)效果測試

本期課程是考查課程，機(jī)油泵綜合測試作業(yè)算是一次考試，具體做法是:每個學(xué)生發(fā)一張裝配圖，要求獨(dú)立進(jìn)行讀圖、測繪泵體或者泵蓋零件圖，并要求綜合所學(xué)零件圖的知識，標(biāo)注尺寸、技術(shù)要求。針對機(jī)械專業(yè)11級的選課學(xué)生進(jìn)行測試分析，該綜合測試的結(jié)果令人滿意，絕大部分的學(xué)生讀圖測繪的零件圖圖形表達(dá)正確，技術(shù)要求規(guī)范，表示了學(xué)生對課程的重視和理解。這樣的學(xué)習(xí)結(jié)果，對以后的設(shè)計(jì)類課程來說是一種好的開始。

對自主作業(yè)，學(xué)生也表示了濃厚的興趣，認(rèn)真參與思考和提問。自主作業(yè)中的問題的提出是為了在以后的學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生帶著自己的這些問題學(xué)習(xí)后續(xù)相關(guān)課程。

教育教學(xué)改革是教育之中的一個長期而艱巨的任務(wù)，需要不斷地去學(xué)習(xí)探索、深入研究。因此也要求我們教學(xué)人員要不斷進(jìn)取，完善自己對教學(xué)教改的認(rèn)知學(xué)習(xí)和探索研究，才能更好地建設(shè)和服務(wù)于國家教育事業(yè)。

［1］鄒曉東．研究型大學(xué)學(xué)科組織創(chuàng)新研究［D］．杭州:浙江大學(xué)，2003．

［2］康全禮．我國大學(xué)本科教育理念與教學(xué)改革研究［D］．華中科技大學(xué)，2005．

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［4］高海燕．高等工程教育人才培養(yǎng)模式改革若干問題探析［D］．西安:西安電子科技大學(xué)，2006．

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2012－05－14

許良瓊(1964－)，女，云南普洱人，副教授。