以能力培养为导向的工程图学测绘教学改革

宋鸣，陈卫华，郑敏，魏兴春，李海燕

(兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730050)

0 引言

目前部分高校开展的“卓越工程师培养计划”和“工程教育认证”要求专业建设中课程的设置和实施应以学生的能力培养为目标，要适应这样一种新形势，则必须打破传统教育模式中存在的不足，以实践能力和创新能力的培养为目标对传统的课程体系进行改革。

工程图学测绘训练作为机械类和近机械类专业重要的基础性实践教学环节，不仅要巩固所学的制图理论知识，更重要的是应以提高学生绘制和阅读机械图的能力，增强学生工程实践能力和创新意识为目标[1-3]。近几年部分高校结合卓越工程师计划和工程教育认证对工程图学测绘教学的教学内容、教学方法和考核等方面都进行了一些探索和改革[4-7]。我校自2010年以来，针对该课程以能力培养为导向，对课程的教学内容、模式、方法及考核方式持续进行探索实践，形成了自己的特色并取得了一些教学成果。

1 测绘教学基本情况及存在的问题

为了强化学生的工程图表达能力和计算绘图的能力，自2010年起针对机械设计制造及自动化专业开设了为期一周的“计算机绘图综合训练”实训课程，课程内容主要包括完成一组简单装配体的全部非标零件的徒手测绘图和计算机绘图(非标零件图和装配图)。由于学时较少，测绘对象的选择有较大限制，只能选择零件较少，结构相对较为简单的装配体(L型齿轮油泵)，因此使得工程图表达的深度不够，课程的训练效果不理想。

根据几年来“计算机绘图综合训练”课程的实施情况，在进行充分调研和讨论的基础上，2012年在修订培养计划时将“计算机绘图综合训练”课程改为“机械工程综合测绘”，时间延长为2周，面对全校机械类专业开放，课程的内容更加偏重于工程应用能力的培养。课程的测绘对象调整为较为复杂的装配体(一级齿轮减速器)，其中测绘草图和计算机二维工程图各占1周的时间，2013年春季学期首先在机械设计制造及自动化专业实施。课程实施过程中主要由老师布置任务，并分阶段对零件和装配图的表达方案进行部分讲解，然后在课堂上指导学生完成相关任务。在整个教学过程中，教学内容以及所采用的教学模式未做大的调整，并与大多数工科院校情况基本类似。

近几年在课程的实施过程中发现主要存在以下问题：1) 由于所有学生的测绘对象相同，过程和任务一致，课程内容没有弹性设置，学生无权取舍或改变教学内容，学生的创造灵感和个人能力得不到充分展示。2)在装配体测绘阶段，学生是采用手工绘图，工作量大。为完成绘图，学生只是机械地模仿画图，片面追求速度，而忽视了对零件设计、工艺结构、工程图表达及尺寸标注合理性等方面知识的理解和综合运用，最终导致工程表达能力和设计能力的欠缺。3)在计算机绘图阶段，由于学生计算机应用能力差异较大，对于部分计算机应用能力偏弱的同学，为期一周的CAD工程图任务量偏大，导致部分同学疲于应付。对于计算机应用能力较强的同学，则显得任务量偏小，不能充分发挥学生的主观能动性。最后所完成的计算机图雷同，从中看不出学生计算机应用能力的差别。4)教学形式过于刻板，没有活力，不能有效激发学生的主观能动性，部分学生处于被动应付状态。5)传统测绘课程的考核主要依据图面质量评定成绩，考核和评价注重结果，评价方式过于单一，考核方式缺乏公平性和科学性，难以调动学生的学习积极性。尤其是将计算机绘图引入测绘实践教学后，只注重结果的考核方式很难反映学生的学习状态，严重挫伤了部分同学的学习积极性，最终导致课程教学达不到预期目的。

2 教学改革开展情况

针对以上问题教学团队连续三年对“机械工程综合测绘”课程中展开教学改革实践。在课程的改革实践中首先进一步明确了课程不同阶段的任务及培养目标，并对教学模式进行了调整。

2.1 以应用能力和团队协作能力培养为目标的常规课程内容设置

在完成课程大纲的基本要求的基础上，对课程内容作出部分调整，调整后课程内容侧重于徒手表达能力、工程图的表达能力、计算机的应用能力以及团队协作能力，具体的课程内容设置如图1所示。

图1 “机械工程综合测绘”常规课程内容

2.2 以应用能力、创新能力和团队协作能力培养为目标的弹性课程内容设置

在课程的实施过程中，发现对于部分专业基础知识扎实、计算机应用能力较强的同学在第二阶段的教学中总体任务量偏小，难以激发他们的学习主动性，尤其一部分同学的三维CAD技术的应用能力较强，在实践过程中由于课程内容所限，难以发挥其三维CAD的专长。为进一步激发学生的学习主动性。培养学生的应用能力和创新意识，同时将三维CAD技术的应用与工程应用能力与创新设计能力的培养有效地结合起来，教学团队针对这一部分学生设置了弹性课程内容(图2)。

图2 “机械工程综合测绘”弹性课程任务实施流程

弹性任务的实施在第一阶段任务基本相同，只是在第二阶段任务量和任务的完成方式完全不同。要求在完成测绘图的同时，可利用业余时间开始第二阶段零件的三维造型任务。零件的三维造型小组成员可分工协作，按照个人能力的不同分担不同的任务，合力完成整个装配体零件的建模。在这个环节，为了保证三维模型正确装配，小组成员必须相互讨论，对造型过程中发现尺寸不协调等问题进一步进行修正。零件三维造型完成之后，利用三维模型直接投影为二维工程图，再按照机械制图的表达规范编辑工程图，添加技术要求。在此阶段允许三维模型成果互享，但二维工程编辑必须独立完成。这样可大大减少计算绘图的工作量。随着学习的深入，对机械零件的三维建模不断完善，最终利用三维软件进行三维装配实验，以加深对设计和装配相关概念的理解。

2.3 以学生为主体，以能力培养为目标、教师合理引导、学生自主开展学习的实践教学模式

课程从一开始就对学生进行合理分组(学生按照自愿的原则同时兼顾强弱搭配，4～6人组成一个大组， 2～3人分为一小组)。在测绘过程中以大组为单位进行一级减速器工作原理的分析和拆卸，以小组为单位对零件进行测绘，构思零件的表达方案，然后大组内对测绘对象的表达方案、小组表达方案的优缺点进行讨论，通过和授课老师交流后，最终确定最优表达方案。

在整个课程实施过程中强调师生交往、小组成员之间讨论和协作，构建互动的师生关系和教学关系。对于按弹性任务实施项目任务的小组，教师有意识地鼓励学生利用所学的其他课程的相关知识对所测绘的零部件，根据自己的构想，对原有机械零部件进行改造，以进一步激发学生的学习主动性。学生在任务完成过程中，在不断遇到问题、解决问题的实践过程中，理解所学理论知识的具体应用，做到理论知识与实践知识的融会贯通，既培养了分析和解决问题的能力，又提高了动手实践能力，同时还可以培养学生的合作能力和团队协作精神。

通过这样具有开放性和创新性实践过程，使学生体验创新设计的初步过程，培养学生的设计能力和创新意识，同时将三维CAD技术的应用与工程应用能力与创新设计能力的培养有效地结合起来，最终使学生具备了可持续发展的潜能。

2.4 以能力培养为导向的过程化成绩考核方法

传统测绘课程的考核主要依据图面质量评定成绩，对于学生是独立完成还是模仿、抄袭只能依据印象判断。对零件工艺结构、表达方案选择、标准件和常用件的规定画法、尺寸标注、技术要求等相关知识的掌握程度以及标准件的选用、查阅标准手册等方面的能力没有量化的考核标准，考核方式缺乏公平性、科学性。同时，将计算机绘图引入测绘周的教学，教师一定要加强项目完成过程的督促和指导。既要突出学生的主体地位，又要掌控整个教学进程，及时有效地解决学生遇到的问题。

教学团队制定了有针对性的过程考核办法，每个考核环节都对应相应的能力培养环节，同时，这种以过程考核为主考核方式还要易于执行，不宜过分复杂，使考核不流于形式，具体考核方式如表1所示。

表1 “机械工程综合测绘”考核方式

3 效果分析

教学团队在机械类专业的教学中全面实施新的教学内容和教学方法的改革以来，尤其是弹性任务的实施过程中，课程班中超过30%的同学选择该项内容。在测绘阶段，部分小组已开始利用课余时间开始了三维建模的任务，同时，由于三维建模任务的实施要求小组成员要协作完成，并且最终要提交任务分配表，这样使得小组内互相协作和沟通明显加强，改善了原来“自己测自己画或完全抄画”的局面，学生的主动性显著增强。

过程化的考核方式的实施，以及在评价过程中采用小组内互评和老师针对小组的评价相结合的方式，使得最终的评价更能反映学生的实际状态，有效避免了由于评价结果的不准确导致挫伤学生的积极性，对课程的实施起了积极作用。过程化考核的实施还应注意应该在课程开始前就让学生明确考核的方式。

4 结语

开放性和创新性实践教学模式的实施和淡化结果、重在过程的考核方式，将教学内容细化落实到测绘的每一个具体教学环节，使得最终的评价结果能更好地反映学生的能力水平，大多数同学在课程结束时也基本能预测到自己的考核结果，达到预期的教学目标，有效激发了学生学习的积极性和求知欲，以及积极探索、主动创新的开拓精神。通过三年来测绘教学实践，收到了较好的教学效果，极大地提升了课程教学质量。

[1] 杨莉，郝育新，王建华. 工程制图测绘教学模式的研究与实践[J]. 图学学报，2013，34(1)：116-119.

[2] 姜文锐，宫娜. 拔尖人才培养模式下的工程图学教学研究[J]. 图学学报，2014，35(3)：455-458.

[3] 李虹. 渗透设计理念培养学生创新意识和设计能力[J]. 中国大学教学，2010(2)：51-52.

[4] 李富平，杨文通，王建华. 面向机械类本科生以实践为先导的工程图学教学方式探讨[J]. 图学学报，2014，35(5)：787-790.

[5] 杨莉，郝育新，吕梅. 工程制图测绘周教学改革效果分析[J]. 图学学报，2014，35(4)：603-606.

[6] 赵军，商跃进，张慧. 机械制图测绘课程教学改革与卓越工程师能力培养[J]. 中国农机化学报，2016，37(1)：277-280.

[7] 惠学芹，陈西府，刘道标，等. 面向创新教育的工程图学测绘教学模式探索[J]. 高校实验室工作研究，2012，114(4)：9-10，31.