近机械专业工程制图课四元协同教学实践

 近机械专业工程制图课四元协同教学实践

袁丁*, 张菊红

广州铁路职业技术学院机电工程学院

摘要

近机械专业工程制图课程具有课时少、学时跨度大等特点，传统的教学方法难以满足新形势下高层次技能人才培养需求。本文针对近机械专业工程制图课程讲授初期存在的痛点，提出了“讲练结合、分组教学、三维软件辅助教学以及互动式教学”的四元协同教学模式并应用到画图和读图实践，结果表明上述四元协同教学方法有效锻炼了学生的工程图学能力，培养了学生的工程图学素质。通过教学效果比较发现该教学方法节省了教学时间、提升了学习成绩和效率，教学成效显著。

关键词： 近机械专业；工程制图；多元协同教学

1、引言

工程制图是工程类专业必修的一门主干技术基础课，也是近机械专业重要的基础课[1]。课程主要研究三维几何形体在二维平面上的表达关系、阅读并绘制工程图（手工测绘和计算机绘图）的基本原理、方法和技能。通过培养训练学生的形象思维能力、工程表达能力、查阅工程手册的能力以及工程师素质，为后续学习专业课程、构建专业知识体系奠定坚实的基础。

作者本学期承担了车辆以及电子类等近机械专业的工程制图课教学任务，通过教学实践发现对于近机械类专业的教学而言，由于课时少、教学内容多等客观原因，传统教学方法对教师的教学和学生理解掌握运用知识的能力都提出了挑战。为了解决上述问题，作者在教学中采用了讲练结合、三维软件辅助读图、小组互助、互动教学的四元协同教学方法，实践表明，上述方法提高了同学们学习的积极性和课堂教学质量。

2、教学困境

传统的工程制图教学方法多以课堂讲授为主，手段单一，由于学生的想象力有限容易跟不上老师的节奏产生厌学情绪，导致学习效果差的问题。近年来虽然引入了多媒体技术[2]，但授课的基本思路仍然以投影理论为基础，通过分析视图中点线面的投影关系想象出三维几何模型。对于近机械专业的工程制图课，总课时只有48学时。在有限的教学时间内，如果完全按照传统的教学方法，存在课时紧张、课堂练习少、学生难以灵活运用知识等问题。因此，短学时的工程制图课程教学对教师的教学能力提出了更高的要求，作者经过教学实践，总结出短学时工程制图教学过程中面临的四大难点以及相应的解决方案。

2.1注意力集中时间短

工程制图细节繁多、需要耐心和细心绘制，学生普遍存在注意力集中时间短、容易分心和注意力不易集中的问题。

2.2空间想象力弱

工程制图是将置于空间笛卡尔坐标系中的几何体的三维投影转换到平面坐标系。从平面到空间的变化使得学习的难度剧增，学生对三维坐标系转换到平面坐标系不熟悉，容易混淆视角、投影面等基本概念。此外工程制图需要处理立体在三维空间以及二维平面中前后、左右和上下的对应关系，当三维坐标展开为二维平面后，三视图的相对位置发生了改变。学生在画图和读图过程中难以对应方位和坐标之间的关系，对方位关系不明确，即便教学中传授了三视图中的长、宽、高的对应规律，也难以灵活应用。

2.3 逻辑思维能力不足

学生的逻辑思维能力不足主要体现在难以准确描述组合体构成以及对组合体构成的逻辑关系认识模糊。在进行组合体的画图和读图时，依据教材可将其分解为若干个简单的基本体，并按照一定的投影关系绘制在指定投影面上，由于学生逻辑思维能力欠缺，难以合理地拆分组合体；在不同基本体的方位关系和连接方式上不能准确描述构成逻辑，影响了过渡区细节的表达，如：过渡区有线、无线，实线、虚线，连接面相交、相切等。

2.4 作业完成质量不高

当学生完成绘图作业时，较少对作业进行检查、反思存在的不足，而是习惯将作业交给老师，导致制图作业的质量较低。

近机械专业教学过程中只有处理好上述四个问题，才能使学生在短时间内掌握制图的一般规律，为从事相关工程技术类专业工作打下扎实的画图、读图基础和工程实践能力，成为高素质、多元化且符合时代发展需求的应用型人才。

3、教学实践与效果

针对上述教学过程中出现注意力集中时间短、空间想象力弱、逻辑思维能力不足、作业完成质量不高的问题，作者分别采用了讲练结合、三维软件辅助教学、分组教学以及互动式教学的四元协同教学模式。教学结果表明，上述四元协同教学方法可以较好的改善近机械类专业工程制图课面临的学时短、知识点多等问题。

3.1 讲练结合

讲练结合教学模式是一种有效的教学方式，研究表明[3]，讲练结合可充分利用课堂时间,教师讲解完之后，学生及时进行练习，教师辅以针对性的指导，可提高学生的学习效率。针对学生在课堂上表现出注意力时间短的问题，作者采用了讲练结合的教学方式。以画斜度知识点为例，作者首先在课堂上讲解斜度的应用场景、基本概念，然后让同学们运用基本定义式进行随堂练习，在练习的过程中体会锥度和斜度的画法，之后，作者对学生的作业进行即使点评、详细讲解画法和步骤、并进行方法总结。通过这种讲练结合的方法，明显提高了课堂效率，促使学生在学中做，做中学，培养学生用于理论知识觉得实际问题的能力，让学生在解决实际问题中感受到学习的快乐、成就感觉以及认识到自己还存在的不足，增强了同学们学习的信心，加深了制图的知识点的理解，提高了实践能力和应用能力。

3.2 三维软件辅助教学

三维设计软件是机械设计的重要工具，具有直观性强的特点，国内许多高校将其融入到制图教学实践[4-7]，研究表明，在长学时的机械专业工程制图教学中，增设三维绘图软件课程能够有效培养学生工程图学能力和素质。立体表面交线是制图学习的难点之一，针对学生空间想象能力弱的问题，作者在讲授绘制平面立体截交线的过程中利用Solidworks完成建模、切割实体以及投影的过程，帮助学生想象出几何体被切割后的截交线形状和三视图。教学实施过程如下，图1是作者在讲绘制几何体截交线时所采用的一个例子，习题册上给出了四棱锥（俯视图）被切割后的正视图（图1a-b），要求画出其相应的侧视图。由于四棱锥被两个平面切割，且两个平面都没有切到四棱锥的边界，因此在四棱锥的斜面上形成了交点，想象被切割后的图形有一定难度，且需要应用辅助圆/线才能正确描述关键点绘制截交线。基于同学们课堂和课后的反馈，作者采用Solidworks软件场操作演示绘制出四棱锥被切割后的三维图（图1c）不仅帮助了学生的理解，也激发了学生对更三维绘图软件的学习兴趣。

图1. Solidworks辅助几何体截交线画法教学实践

3.3分组教学

分组教学是指在教学过程中，将学生分成不同的小组，每个小组由若干名学生组成，以小组为单位，进行教学活动和学习任务。研究表明对于既有理论学时又有实践学时的课程，教学可以解决师生比例高、互动成效低等问题,有助于提升学生的思考、学习、沟通和社会合作等能力[8]。作者在讲授计算绘图的过程中发现，学生初次接触CAD绘图软件，同学们的理解记忆能力相差较大，在教师讲解操作完之后，仍有一部分同学对绘图命令不熟悉，容易卡在某个环节从而跟不上教学进度，而有些同学则能快速完成随堂作业影响了随堂练习的作业。针对上述问题，作者采用了分组教学模式，让先完成的随堂作业的同学指导有困难的同学。教学效果表明，分组教学促进了学生之间的互动和合作，无论是学得快的同学还是学得慢的同学都更加积极地参与到学习中来，提高学习兴趣和动力。此外，通过小组合作，增强了学生的沟通能力，合作能力；让学生在互相学习和互相纠正的过程中更快地掌握知识和技能，提高学习效率；丰富课堂教学形式：小组教学让课堂教学更加多样化和丰富化，让每个学生都能够得到更好的学习体验

3.4互动式教学

互动式教学模式是以培养学生自主意识和创新能力，以“让学生爱学、会学、善学”为目标的教学结构模式。研究表明互动式教学可以[9]。作者在教学过程中，针对学生学习主动性不强、绘图思路不清晰的问题，采用了互动式教学方式。例如，在讲授绘制手柄的平面图形过程中，由于图形涉及到多个圆弧连接，同学们在综合运用多种圆弧连接方法上存在困难，因此作者通过挑选作业完成得较好的同学，上台发表自己对项目的理解和完成过程。结果表明，互动式教学提供给学生一个机会和一个平台去展现自己对所学知识的理解，让学生们以老师的角度去阐述所学的知识，锻炼了学生的语言组织能力，表达能力，临场能力。此外互动式教学让学生作为讲解者，学生之间直接交流，能引起更多的讨论，同时也让学生反思和构建自己的思维和知识系统，互动式教学促进了同学们的学习热情和积极性。

通过一学期的教学实践，上述讲练结合、小组教学、三维软件辅助教学以及互动式教学的多元协同教学方法促进了教师与学生的互动，提升了学生的学习兴趣和成绩，就计算机辅助绘图CAD软件操作一章而言节省了10% 的教学时间，学生测验成绩80分以上比例提升了10%，成果显著。

四、总结

工程制图是理工科学生必修的专业基础课，通过课程学习，学生应具有熟练画图识图能力，而近机械专业存在学时少的特点，传统讲练结合方法显然不能很好满足教学目的。因此本文针对近机械类专业课的特点进行了剖析，提出了综合应用讲练结合、小组教学、三维软件辅助教学以及互动式教学的多元协同教学方法。分别例举了讲练结合、三维绘图软件solidworks辅助读图、小组教学、互动式教学分别在日常教学、计算绘图、复杂几何体截交线画法和复杂圆弧连接画法的应用。上述四元协同教学方法有效激发了学生学习的积极性和主动性；促使学生高效掌握理论知识，提升其创新能力和工程实践能力。

基金：广州铁路职业技术学院新引进人才科研项目, 项目编号：GTXYR2303.

参考文献

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[6]陈丽军．三维 CAD 软件在《机械制图》教学中的应用 [J]．洛阳师范学院学报，2011，30（2）：120-122．

[7]王福娟，李耀辉．Solidworks 在《机械制图》教学中的应用 [J]．中国农机化学报，2013， 34（2）：228-229，242．

[8]马亚超. 工程设计制图教学存在的问题及解决对策 [J]. 教育现代化, 2020,7(10),53-55.

[9]曹媛媛,程蓉. 工程制图课程互动式教学改革实践与探索[J]. 中国多媒体与网络教学学报.2020(07).

作者简介：

袁丁，女，湖南株洲，1987年生，工学博士，博士后，讲师，主要研究方向：微散热器、微反应器设计加工制造