李競 盧煜海 梁策 李海平

摘 ? 要：《機(jī)械制圖》是培養(yǎng)工科學(xué)生閱讀和繪制工程圖樣，使其具有專業(yè)的技術(shù)技能和工程素質(zhì)以及創(chuàng)新能力的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。本文分析了新工科視域下人才的培養(yǎng)和發(fā)展對圖學(xué)教育的要求，提出“機(jī)械制圖”教材建設(shè)目標(biāo)定位與建設(shè)理念，闡述了教材建設(shè)的實施內(nèi)涵，包括校企協(xié)同編寫，構(gòu)建立體化教材體系，引入AR 技術(shù)，實現(xiàn)移動式智能學(xué)習(xí)體系等。

關(guān)鍵詞：新工科 ?機(jī)械制圖 ?教材建設(shè) ?校企協(xié)同 ?AR技術(shù)

中圖分類號：TH126 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0177-03

1 ?主導(dǎo)思想

2012年11月中國高等教育在《全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》”（高教30條） 第五條指出：“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革應(yīng)該著重提升其實踐動手能力，探索一些創(chuàng)新的教育教學(xué)方法，應(yīng)大力推進(jìn)與科研院所、行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人模式推進(jìn)創(chuàng)新教育教學(xué)方法”;第十二條還指出“推進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新，堅持需求導(dǎo)向、全面開放、深度融合、創(chuàng)新引領(lǐng)的原則，以創(chuàng)新能力提升為突破口，通過政策和項目引導(dǎo)，大力推進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新”。 2017年2月18日，在復(fù)旦大學(xué)召開了由教育部主持的研討會，該研討會主要討論了對高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略。研討會成果有《新工科建設(shè)復(fù)旦共識》（10條）、探究出了新工科建設(shè)等倡議。2017年4月8日，教育部又在天津大學(xué)召開了關(guān)于工科優(yōu)勢高校新工科建設(shè)研討會，研討會成果為《新工科建設(shè)行動路線“天大行動”》（7條）。2017年6月9日，教育部在北京召開“新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議”，發(fā)布了《新工科研究與實踐項目指南》（包含五類選題24個項目），標(biāo)志著新工科建設(shè)正式開工。

目前迅猛發(fā)展的智能制造、人機(jī)對話、人機(jī)交互、云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、可視信息融合等新經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都出現(xiàn)人才供給不足現(xiàn)象，暴露出我國工程教育與新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展有所脫節(jié)的短板。面對中國制造2025內(nèi)涵工程人才等產(chǎn)業(yè)需求，如何進(jìn)行大數(shù)據(jù)背景下的大圖學(xué)學(xué)科體系建設(shè)？如何進(jìn)行大學(xué)課程建設(shè)以適應(yīng)新工科背景下“以培養(yǎng)具有可持續(xù)競爭力的創(chuàng)新型卓越工程人才目標(biāo)”？

機(jī)械制圖課程是理工科高校學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，課程教學(xué)有兩部分，即課堂教學(xué)和實驗教學(xué)，這門課程有較強(qiáng)的實踐性，它能夠培養(yǎng)理工科學(xué)生很重要的實踐能力，尤其對于機(jī)械專業(yè)的學(xué)生來說，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力、工程素質(zhì)、創(chuàng)新能力方面，是不能被其他的學(xué)科所替代的。我校在工程制圖的教學(xué)改革中，以機(jī)械制圖為試點，在優(yōu)化課程內(nèi)容體系的同時，積極推廣并實施校企協(xié)同、科教協(xié)同等教學(xué)模式，讓學(xué)生在大學(xué)一年級的時候就盡早進(jìn)行實踐、接觸工程實際問題，這點對于提高學(xué)生的工程素質(zhì)、工程表達(dá)能力及空間思維能力、創(chuàng)新能力等方面有著極其重要的意義。

2 ?目前存在的問題

《機(jī)械制圖》課程的教學(xué)任務(wù)是培養(yǎng)工科學(xué)生繪圖制圖能力、閱讀機(jī)械圖的基本能力、空間想象能力以及應(yīng)用計算機(jī)繪制工程圖樣的能力，使其具有工程技術(shù)人員所應(yīng)該具有的基礎(chǔ)的技術(shù)技能和素質(zhì)。機(jī)械制圖課程既可培養(yǎng)綜合設(shè)計能力，使學(xué)生能夠通過對圖形載體表達(dá)和理解而獲得設(shè)計對象信息的理論和方法，并使得學(xué)生科學(xué)思維方法、創(chuàng)新意識、獨立工作能力得到提升，并形成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)，是一門實踐性很強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)的制圖教材內(nèi)容包括：制圖的基本知識、點的投影、直線的投影、平面的投影、直線與平面、平面與平面的相對位置、立體及平面與立體表面的交線、兩立體表面的交線、組合體的視圖、表達(dá)方法、軸測圖、標(biāo)準(zhǔn)件、常用件、零件圖、裝配圖等，分章節(jié)目錄演繹，理論嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，配有相應(yīng)的習(xí)題冊。隨著時代的進(jìn)步，學(xué)科的發(fā)展，制造技術(shù)的變化，同時與國外制圖教材相比，制圖教材的不足之處日見明顯。面對培養(yǎng)面向21世紀(jì)的具有實用型、創(chuàng)新型的高級工程技術(shù)人才的需求，經(jīng)分析，我們在工程制圖的教學(xué)方面還存在如下不足。

（1）教材內(nèi)容重理論，輕實踐。

依據(jù)學(xué)科基礎(chǔ)課的定位及課程相關(guān)內(nèi)容的要求，機(jī)械制圖著眼于培養(yǎng)學(xué)生畫圖與讀圖能力，教材編寫時多有此特征：概念的介紹，知識的羅列，缺少問題的關(guān)聯(lián)性，不符合人的認(rèn)知規(guī)律。章節(jié)內(nèi)容偏理論性、概念性，相反的實際應(yīng)用性的內(nèi)容相對缺乏，工程實例少，與教材配套的習(xí)題冊，缺乏針對性、廣泛性、實用性的生產(chǎn)一線案例，學(xué)生參加實踐訓(xùn)練的機(jī)會少?！爸R點原理”與“工程實際應(yīng)用”關(guān)聯(lián)介紹不普遍，學(xué)生無法理解很多抽象概念。實驗教學(xué)與理論教學(xué)相脫節(jié)、實驗教學(xué)內(nèi)容分散、未能形成完整的教學(xué)體系。另外由于課時壓縮，測繪環(huán)節(jié)往往被簡化甚至取消，有些老師直接以習(xí)題冊的練習(xí)取代動手測繪，有些學(xué)校提供的是標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)模型，學(xué)生基本沒有機(jī)會接觸工程實際應(yīng)用的零部件，實踐操作能力得不到提高。比如，對于生活中每天見到的螺紋及其緊固件，學(xué)生在做制圖練習(xí)時都能準(zhǔn)確表達(dá)，但是在大四的畢業(yè)設(shè)計中，在真實的零件目前完全不知道應(yīng)采用國家規(guī)定的畫法，而是自創(chuàng)所謂形象的示意畫法。如何在理論知識中合理的嵌入實踐環(huán)節(jié)，形成完整的實踐教學(xué)體系，進(jìn)一步強(qiáng)化實踐環(huán)節(jié)，增加實踐部分的學(xué)時，更多使用實際零部件而不是教學(xué)模型進(jìn)行測繪實驗，切實提高學(xué)生的繪圖能力、表達(dá)能力、創(chuàng)新能力是目前急需解決的問題。

（2）教材內(nèi)容時代性不強(qiáng)、脫離實際工作任務(wù)。

由于實驗手段及實驗設(shè)備的缺乏，導(dǎo)致實驗與理論教學(xué)相互脫離，出現(xiàn)“閉門造車”的現(xiàn)象。比如學(xué)生想得到但卻畫不出來，畫出來了無人能懂（不符合標(biāo)準(zhǔn)或是無效設(shè)計）。由于沒有形成完整的實踐教學(xué)體系，老師在實踐教學(xué)中各自為政，無法做到將實驗教學(xué)內(nèi)容與課堂內(nèi)容相結(jié)合，有些需要測繪的拆裝實驗被簡化成習(xí)題冊里提供的作圖練習(xí)，學(xué)生沒有接觸到真實的零部件設(shè)備，在日后碰到工程實踐問題時，完全不知道跟所學(xué)的理論知識有何關(guān)系。由于制圖的基本方法—投影法是一種固定的表現(xiàn)技法，以及編寫人員的知識結(jié)構(gòu)局限性，導(dǎo)致制圖教材內(nèi)容“百年不變”。制造技術(shù)日新月異，教材內(nèi)容依然如故，很大程度由于編寫人員的知識結(jié)構(gòu)局限性。隨著時代的進(jìn)步，國際交流日日增多，新材料新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，以及智能制造2025的提出，對大圖學(xué)的發(fā)展是一次沖擊?，F(xiàn)代制圖教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該在保持表達(dá)方法不變的同時，追蹤學(xué)科發(fā)展的步伐，突出制圖知識的工程應(yīng)用特點，加入工程實踐中常用的計算機(jī)輔助處理技術(shù)，賦予教材以時代感，進(jìn)而提升教材的生命力。

（3）教材編寫模式固定統(tǒng)一。

現(xiàn)行制圖教材大多是根據(jù)傳統(tǒng)的教學(xué)理論體系來編寫，邏輯性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)框架固定：從投影概念的介紹開始，到制圖規(guī)范知識詳盡羅列，到制圖技術(shù)“繪圖”與“看圖”能力的訓(xùn)練，其間缺少“知識點原理”與“工程實際應(yīng)用”問題的關(guān)聯(lián)性，學(xué)生處在一種定向思維的環(huán)境下進(jìn)行模仿和順從，缺少創(chuàng)新意識。隨著三維實體建模、虛擬功能等現(xiàn)實高科技手段的運用，讓模型的構(gòu)造組合變得非常直觀，原來理論教學(xué)中的難點問題相貫線截交線的求解變得非常直觀簡單，畫法幾何中點線面的求解問題也變得無用武之地，在這種少學(xué)時的新常態(tài)下，在新的課程體系中應(yīng)削枝強(qiáng)干，減少畫法幾何理論課時增加實踐環(huán)節(jié)，注重于有利于學(xué)生繪圖能力、工程意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內(nèi)容和知識、增加實戰(zhàn)的機(jī)會，做到與工程實踐問題結(jié)合起來。傳統(tǒng)教材只能傳授給學(xué)生制圖本身的理論知識，參與的工程項目少，缺少創(chuàng)新思維訓(xùn)練的素材，不能有效的將先進(jìn)的設(shè)計思想融入到教學(xué)當(dāng)中，在教學(xué)中重理論輕實踐，學(xué)生缺乏實踐訓(xùn)練，因而動手能力、創(chuàng)造能力得不到實質(zhì)性的提高。并且實驗條件落后、不利于創(chuàng)新實驗的開展。學(xué)生數(shù)量翻番了，但原有的實驗室場地并沒有改變，實踐教學(xué)設(shè)備也沒有得到補(bǔ)充，原有的模型、測繪儀器等數(shù)量已不能滿足大量的學(xué)生，且已有的模型均為教學(xué)模型，與工程實際的零部件有較大差距，使很多創(chuàng)新實驗難以開展。

（4）教材編寫隊伍單一。

由于目前學(xué)校對新進(jìn)教師的要求越來越高，制圖作為技術(shù)基礎(chǔ)課，一直難以招到新老師補(bǔ)充進(jìn)來，隨著老教師的逐步退休，目前制圖教師嚴(yán)重短缺。就教師本身來講，要使學(xué)生們創(chuàng)新意識提高，本身便需要具備創(chuàng)新意識以及符合現(xiàn)代的設(shè)計思想。而國內(nèi)大部分制圖教材編寫隊伍的制圖老師們，他們科研及工作經(jīng)歷有限，知識結(jié)構(gòu)單一且缺少豐富實踐經(jīng)驗，教材內(nèi)容編寫缺乏工程項目實例，缺少創(chuàng)新思維訓(xùn)練的素材。同時由于擴(kuò)大招生，課程涉及的專業(yè)學(xué)生越來越多，教師短缺，造成現(xiàn)任制圖教師的教學(xué)任務(wù)非常繁重，只能保證完成課程的基本教學(xué)任務(wù)，沒有更多的時間指導(dǎo)實踐教學(xué)及開展實訓(xùn)等內(nèi)容。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生理論基礎(chǔ)扎實而動手、創(chuàng)新能力不強(qiáng)的現(xiàn)狀仍未根本好轉(zhuǎn)。所以說制圖教師缺少工程實踐經(jīng)驗，不利于學(xué)生創(chuàng)新力的培養(yǎng)。

3 ?改革思路

（1）突破傳統(tǒng)教材框架，構(gòu)建立體化教材。

新教材組織形式打破了傳統(tǒng)教學(xué)框架，將傳統(tǒng)的機(jī)械制圖知識與計算機(jī)繪圖知識相互交叉融合在一起，將理論教學(xué)和項目實訓(xùn)有效銜接起來，使課本理論知識與實踐技能有機(jī)地結(jié)合在一起，選取企業(yè)提供的典型零件為案例，采用項目驅(qū)動的方式，以能力和素質(zhì)培養(yǎng)為目標(biāo)，構(gòu)建一個新的立體化的框架體系。新教材結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

（2）以實際應(yīng)用為目標(biāo)，培養(yǎng)實踐、動手能力。

機(jī)械制圖課程的特點之一就是實踐性強(qiáng)，學(xué)生必須通過實踐才能獲得真正的知識和能力。測繪是機(jī)械制圖課程教學(xué)中的一個重要實踐環(huán)節(jié)，新教材將用企業(yè)提供的零部件，以項目的形式嵌入到教材中，通過徒手繪圖、計算機(jī)繪圖的方式，將組合體、表達(dá)方法、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件、零件圖、裝配圖部分貫穿起來，引導(dǎo)學(xué)生動手測繪，去探索發(fā)現(xiàn)新問題，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)造能力。

①徒手繪圖的內(nèi)容從第一章引入，貫穿全書，從而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力;徒手繪圖的內(nèi)容從第一章引入，在軸測圖處加深，從實測到徒手繪制到計算機(jī)繪制，貫穿全書，使學(xué)生得動手能力得到培養(yǎng)。

②精簡畫法幾何部分，將點、線、面的投影由以前的三章合為一章，同時開始引入形體知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力，理論與實際相結(jié)合的能力。

③把計算機(jī)繪圖與機(jī)械制圖課的基本教學(xué)內(nèi)容有機(jī)地融合在一起，從全局的觀點來布局CAD 的學(xué)習(xí)，以項目的形式合理的嵌入整套工程實際零部件，構(gòu)建一個完整的實踐教學(xué)體系，做到理論與實踐緊密結(jié)合，切實提高學(xué)生解決工程實際的能力。

④強(qiáng)化軸測圖知識，訓(xùn)練徒手繪制立體圖的能力，便于測繪記錄及設(shè)計思想交流。

（3）校企協(xié)同編寫，優(yōu)勢互補(bǔ)。

聘請企業(yè)科研人員走進(jìn)“教學(xué)課堂”，以彌補(bǔ)校內(nèi)教師工程實踐方面的不足。新教材將克服的編寫隊伍結(jié)構(gòu)單一的問題，吸收廣西本土玉柴機(jī)器集團(tuán)有限公司、貴港動力有限公司生產(chǎn)一線的技術(shù)人員、企業(yè)資深工程師以及兄弟院校制造學(xué)科的優(yōu)勢力量協(xié)同編寫。將最新的技術(shù)、校企合作開發(fā)的學(xué)術(shù)成果融入教材，以一些典型案例作為它的載體，設(shè)置些合適的項目融入教學(xué)中的各個知識點，以確保新的教材內(nèi)容更加貼近生產(chǎn)實踐，提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力和工程素質(zhì)，培養(yǎng)出適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的集應(yīng)用、創(chuàng)新于一體的復(fù)合型人才。

（4）運用AR技術(shù)，實現(xiàn)移動式智能學(xué)習(xí)。

增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（簡稱 AR）是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)（簡稱 VR）上發(fā)展起來的一種新興技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實創(chuàng)建的是獨立于現(xiàn)實世界之外的虛擬場景，而增強(qiáng)現(xiàn)實將虛擬內(nèi)容疊加到現(xiàn)實世界中，創(chuàng)建一個虛實結(jié)合的世界，讓兩種信息相互補(bǔ)充，真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間，從而達(dá)到超越現(xiàn)實的感官體驗。新教材將引入AR技術(shù)，開發(fā)移動式機(jī)械制圖輔助教學(xué)App，學(xué)生只要通過手機(jī)攝像頭掃描教材、習(xí)題集上的平面工程圖，虛擬的3D模型馬上疊加到現(xiàn)實場景中，學(xué)生可以通過觸屏交互控制3D虛擬模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放操作，以及觀看整套零部件的裝配過程，大大彌補(bǔ)了學(xué)生課后無實物、多媒體的缺陷。

4 ?結(jié)語

《機(jī)械制圖》教材圍繞新工科工程教育的新理念，以創(chuàng)新型卓越工程人才培養(yǎng)為主線，打破傳統(tǒng)教學(xué)框架，將傳統(tǒng)的機(jī)械制圖知識與現(xiàn)代計算機(jī)繪圖知識相互交叉融合在一起，將理論教學(xué)和項目實訓(xùn)有效銜接起來，將增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR）引入教材，構(gòu)建新的立體化框架體系。新教材對于激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提高學(xué)生的工程素質(zhì)，培養(yǎng)新工科創(chuàng)新型人才具有非常重要的意義。

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