美国教授图学课程短期授课的实践及启示

朱科钤， 刘善淑， 丁建宁,2， 张 琳， 袁惠新，卢章平， 袁宁一， 蔡永茂

(1. 常州大学机械工程学院，江苏 常州 213164；2. 江苏省光伏科学与工程协同创新中心，江苏 常州 213164；3. 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013；4. 常州大学材料科学与工程学院，江苏 常州 213164；5. 常州大学教务处，江苏 常州 213164)

美国教授图学课程短期授课的实践及启示

朱科钤1， 刘善淑1， 丁建宁1,2， 张 琳1， 袁惠新1，卢章平3， 袁宁一2,4， 蔡永茂5

(1. 常州大学机械工程学院，江苏 常州 213164；2. 江苏省光伏科学与工程协同创新中心，江苏 常州 213164；3. 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013；4. 常州大学材料科学与工程学院，江苏 常州 213164；5. 常州大学教务处，江苏 常州 213164)

常州大学过程装备与控制工程专业的工程制图与 CAD课程聘请美国教授短期授课。详细分析外教的教学内容、教学组织、教材及授课特点等实践情况，提出此次尝试对我国工程图学教育的借鉴和思考。

工程制图；CAD；教育教学；过程装备与控制

工程制图是高校理工科在校生的必修课之一，近年来广大图学教师对课程教学进行了深入探索，提出了许多有益的教学改革思路和方法[1-3]。许多高校也尝试了双语教学[4-6]，由专业制图教师以英语讲授图学知识和技巧。聘请外教进行成套的教学实践是有益的探索。2014年5月，常州大

学机械工程学院特聘美国普渡大学 Douglas Acheson教授为过程装备与控制工程专业133班开设了“工程制图与CAD”双语课。Acheson教授是专业的制图教师，在普渡大学讲授制图课程近三十年。该课程采用外教全程短期授课，本校教师辅助上机辅导的教学模式。本文对这种模式的实践情况进行总结和讨论，供同行参考。

1 前期准备

过程装备与控制工程专业的前身是化工设备与机械专业，对制图的要求很高，毕业后行业内常见的图样为欧美标准，需要有扎实的图样阅读和表达能力。如何选用合适的教材，安排合理的课程内容，使学生既能获得“原汁原味”的美式教育，又能适应国内的后续课程？教研组在Acheson教授来华前互相沟通了两校的相关教学资料，并进行了多次网上探讨。

1.1 教材选用

Acheson教授提供了普渡大学三类制图课的教学大纲，分别编号为10400、20400和32800。10400讲授传统(手工)制图和 AutoCAD计算机绘图技巧；20400讲授SolidWorks软件操作；32800是对有一定制图基础的学生进行参数化建模训练，要求掌握SolidWorks和MasterCAM两种软件。教研组选择了与过程装备专业原课程最接近的10400。Acheson教授根据教研组提出的要求，在10400的基础上进行了一些调整，使上课内容更适于该专业要求。为了帮助学生掌握准确的专业术语，教材选用的是普渡大学自编的 10400课程教材。该教材包括13个章节，其中除了两章介绍建筑制图知识外，其余知识点均依照先手工绘图后计算机绘图的顺序逐一阐明。

1.2 课程安排

由于受Acheson教授时间的限制，需将60学时的课程安排在 1个月内完成。考虑学生课时太密集，理解课程的内容和完成作业的压力过大，课程安排在每周的周一、二、四、五、六，每次3个学时，4周结束。教学内容包括制图基础知识、基本体的投影、组合体、轴测图、机件表达、螺纹、零件图、装配图以及AutoCAD平面图形绘制和简单三维建模。Acheson教授将画法几何和尺规作图替换成3D打印内容，并增加了一次生产实习、一次讲座。授课时按中国的第一角投影，但是考虑到 Acheson教授更熟悉美国标准，而且该专业学生工作后接触的大部分是国外图纸，因此绘图标准仍采用美国标准。另外，每次课学生都会提前一天收到教学讲义，每周四都安排一次小测验，及时追踪学生对知识点的掌握情况和对外教的适应程度。

2 授课实践及特点

实际课堂以三维形体为主体，徒手绘图与计算机绘图“双管齐下”，将各知识点的“理”与“技”一起融汇到图样中。教学手段很少采用多媒体课件，而是用板书、胶片投影仪和手势辅以解释。Acheson教授将整个课程分为五大章节：三视图、尺寸标注、轴测图、机件表达和工程图样。各教学要点有机结合在各个章节中，所用学时及作业等情况见表1。计算机绘图始终贯穿全课程，是学习的重点。从第二次课引入CAD后，Acheson教授每次先阐述相关图学概念，然后举例板书说明手工绘图部分的内容，最后讲解CAD作图命令。案例相对简单而基本。授课安排在机房，所以要求学生尽可能在课上用 CAD完成教师演示的案例，遇到问题当场解决，这相当于国内的上机实践课。未完成的案例连同手工作业和新布置的CAD作业在课后提交。外教授课的主要特点如下：

(1) 课堂气氛活跃，举例形象生动，贴合实际生活。Acheson教授在一周内就记住了所有学生的英文名，上课很亲民，叫学生名字的时候会用“唱”的方式，对学生提出的任何问题都耐心解答，直到听懂为止。平时枯燥的制图概念，他会形象地打些比方。比如他用骰子的六面展开图(如图1)引出六个基本视图；用剖切苹果来比喻机件表达中的全剖(图2(a))、半剖(图2(b)、2(c))和局剖(图2(d))。局剖中吃苹果的虫子还放上了自己的头像，让人忍俊不禁，印象深刻。

(2) 内容精心组织，知识点有机结合。各教学要点围绕形体表达组织安排，而不是离散孤立的存在。以三视图投影为例，该部分结合了截交相贯、基本体的投影和组合体的内容。图3(a)是被要求投影的立体，图3(b)是绘制的结果。截交相贯等内容在绘图中自然过渡。这样的安排使工程制图中各部分的内容有机结合在一起，不再是割裂的知识点。值得一提的是，Acheson教授要求的三视图以表达清晰为前提，自行选用所需视图，如图3，形体就选择了“主俯右”表达，避免了选用左视图出现虚线的情况。

表1 教学要点实际学时、作业情况

图1 骰子的六面投影图

图2 剖视图的种类

图3 三视图举例

(3) 立足三维形体。除了尺寸标注外，所有知识点都从立体出发，向二维视图辐射，突出多种表达方式在设计过程中的综合应用。例如 CAD平面图形绘制和编辑命令是以拉伸体或旋转体等为构形目的，结合建模命令同时讲解，没有明显二维平面图形和三维形体的分界线。

(4) 注重徒手绘图和尺寸标注。所有手工作业都采用草图绘制，用美国特制的方格纸(正交、轴测)按比例徒手绘出相应的视图和轴测图。图4为某学生轴测图作业的截图。虽然是草图，但是Acheson教授对图中线型、字体等仍有很高要求，例如虚线的画法，什么时候在实线的延长线上，什么时候留有间隙，如果画得不正确会扣很多分。尺寸标注也是授课的一大重点，在 Acheson教授仅有的4个教学PPT中，尺寸标注是其中之一，而且占的篇幅最大。即使是徒手绘图也要求按标准标注尺寸。

图4 轴测图作业

(5) 知识点“超前”运用，提倡自主学习。Acheson教授往往会“超前”运用一些知识点，让学生先有感性认识，等下次课再传授该要点的概念

和绘图注意点。授课的内容也是少而精，许多知识点需要学生课后自学完成。这样，激发了学生课后探求的积极性，新概念不再新，学生掌握起来更得心应手。

(6) 理论与实践相结合，强调实用性。Acheson教授设计了两个实践环节：一是参观腾普(常州)精机有限公司；二是3D打印学生自己设计的“印章”。腾普精机有限公司是一家生产硅钢片铁芯的美国独资企业，其产品大多是通过CAD/CAM线切割或锻造而成，这可以帮助学生进一步了解所学课程，是一次非常对口的生产认识实习。“印章”是指利用CAD建模、3D打印机打印得到的形状和功能都类似真实印章的三维形体。通过这个项目，每个学生不仅接触了3D打印这样的前沿概念，而且还能拥有自己设计的产品(图5)，从虚拟到现实，实现了质的飞跃。

(7) 灵活的考核方式。最终的成绩由平时作业、每周的测验成绩以及设计项目——“印章”综合评定。这样有利于督促学生在平时下功夫，也有利于培养学生的设计能力。

图5 学生“印章”作品

3 思考与启示

这次外教短期授课实践让我们有机会接触国外教育，重新审视我国教学现状，对图学教育改革有许多借鉴之处，建议结合国内实际环境，从以下3个方面消化吸收外教的教学经验：

(1) 转换先进的教育教学理念，适应时代发展。外教培养学生遵循“认识实践再认识”的哲学规律，着眼实际生产的产品设计和制造，引导学生在“做中学”，注重培养工程意识和团队协作能力。师生平等，教师既是提供有效帮助的良师，又是热心、耐心的朋友，为学生创建了一个心态开放、思维开放、知识开放的民主和谐的教学环境。图学教育者应适应当前形势，转变原有的教育教学理念，从工程出发，以人为本，学习外教的角色转换，在高校与企业间发挥桥梁作用，产、学、研相结合，努力充实自己、与时俱进，努力培养新一代应用型的创新人才。

(2) 构建合理的课程内容体系，服务社会需求。外教突破教学章节的限制，立足三维构形，寓“理”于“技”，手工和计算机绘图相辅相成。与国内截然不同的课程体系提醒图学教育工作者淡化传统内容中的图解法，突出草图图示在未来设计中的地位；注意依托软件取代尺规作图的趋势；将设计思维与图学内容相结合，将理论体系与项目实践相结合，注重学生自主学习能力和实际工作能力协调发展。

(3) 采用有效地教学方法和评估制度，激发学生潜能。图学教师也可以尝试外教课堂情景化的教学，合理设计实践环节，通过实地考察、项目设计、团队合作，将学习与应用有机结合。外教教学中倚重黑板粉笔等媒介，用教师的言传身教强化学生规范化、标准化的徒手绘图意识。图学教师需重新评估传统的教学手段，尝试在传统和现代化教学媒介中寻找两者的平衡点，以获得最佳效果。互动式的教学方法和多元化的评价机制能极大地提高学生的兴趣，教师们应量体裁衣，重视授课艺术，调动学生主观能动性，激发学生的学习和创作欲望。

另外，此次实践也为外教走上工科专业理论课程的讲台提供了很多经验和心得。目前教学面临的最大问题是语言障碍，建议提高教师和学生的整体英文水平。其次，国内教学环境不断提升，如何使教学硬件与国际接轨，外教资源利用最大化，也应是今后进一步努力的方向。

[1] 叶 军, 孙根正. 三维建模引入制图课程的改革研究[J]. 工程图学学报, 2008, 29(2): 168-172.

[2] 王军锋, 孙 康, 张 彬, 等. 机械制图课程教学改革[J]. 中国冶金教育, 2013, (3): 34-36.

[3] 郭长虹, 赵炳利, 郭 锐, 等. 重构CDIO特色的工程图学课程体系[J]. 图学学报, 2013, 34(5): 148-151.

[4] 姜 杉, 徐 健. 双语教学在机械制图授课中的尝试[J]. 工程图学学报, 2004, 25(2): 193-195.

[5] 杨放琼, 徐绍军, 王艾伦. 构建《工程制图》双语教学环境的研究与实践[J]. 长沙铁道学院学报, 2009, 10(1): 101-103.

[6] 杨放琼, 汤晓燕. 《工程制图》开放互动式双语教学模式的研究与实践[J]. 高等教育研究学报, 2011, 34(2): 91-93.

The Practice and Enlightenment of Short Course of Technical Drawing & CAD by American Professor

Zhu Keqian1, Liu Shanshu1, Ding Jianning1,2, Zhang Lin1, Yuan Huixin1, Lu Zhangping3, Yuan Ningyi2,4, Cai Yongmao5
(1. School of Mechanical Engineering, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China; 2. Jiangsu Collaborative Innovation Center of Photovoltaic Science and Engineering, Changzhou Jiangsu 213164, China; 3. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang Jiangsu 212013, China; 4. School of Materials Science and Engineering, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China; 5. Academic Affairs Office, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China)

Changzhou University invited an American professor to give a short course of technical drawing & CAD to the students majored in process equipment. The curriculum content, course organization, textbook and characteristics of teaching are discussed in detail in this paper. Some useful

to us are also illustrated.

technical drawing; CAD; education and teaching; process equipment & control

TB 23

A

2095-302X(2015)04-0622-04

2014-08-24；定稿日期：2014-12-13

常州大学2013年教育研究课题资助项目(GJY2013051，GJY2013027，GJY2013003，GJY2013006，GJY2013013)；常州大学2014年教育研究课题资助项目(GJY14020029)；江苏省高等教育教学改革研究课题资助项目(2013JSJG106)；中国学位与研究生教育学会研究课题资助项目(C1-2013Y09-156)

朱科钤(1980–)，女，江苏常州人，讲师，硕士。主要研究方向为工程图学。E-mail：zkq@cczu.edu.cn

丁建宁(1966–)，男，江苏镇江人，教授，博士，博士生导师。主要研究方向为维纳动力与能源。E-mail：Dingjn@ujs.edu.cn