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工程图学外国教材的研究

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发布者:admin-1
发布时间:2015-03-31

工程图学外国教材的研究


陈锦昌 陈炽坤 邓学雄 刘林

(华南理工大学 机械工程学院;广东 广州 510641)


摘  要:素质教育是实施教育部“高等学校本科教学质量与教学改革工程” 的主题。工程图学课程是工科院校的一门技术基础课程,分析了在工程图学课程中的素质教育,指出在课程学习中培养学生的是工程图学素质,其核心是工程图学的思维方式;通过对国外工程图学教材的研讨,借鉴其侧重于学生素质教育的精华;就如何围绕素质教育的主题,开展我国的工程图学的教材建设进行了研究。

关键词:工程图学;素质教育;质量工程;教材建设

中图分类号:TB23   文献标识码:A     文章编号:


在教育部启动的“高等学校本科教学质量与教学改革工程”(以下简称“质量工程”)中,全面推进素质教育是实施质量工程的指导思想之一;课程、教材建设与资源共享是质量工程的一项建设内容 [1]。吴启迪副部长就质量工程的实施中谈到:“十一五”时期,我国教育工作的主要任务,概括起来就是10个字:“素质教育,普及、发展、提高”[2]。素质教育是实施质量工程的主题,素质教育是通过教学改革,提高本科教学质量等的实施来保证的。高等学校本科教学质量的提高及教学改革的主要方面是课程的改革和教材的建设。

工程图学课程是工科院校的一门技术基础课程。如何围绕素质教育的主题,进行工程图学教材的建设是在质量工程中工程图学课程要探讨的问题。本文分析了在工程图学课程中的素质教育,通过对国外工程图学教材的研讨,就如何围绕素质教育的主题,开展我国的工程图学的教材建设进行了研究。


一、工程图学课程的素质教育


素质教育包含传授知识,培养学生的创新能力和提高素质的全过程。在高等学校,素质教育大多是通过各门课程的教学来进行的,是在课程传授知识的同时,进行素质教育,寓素质教育于知识教育之中。工程图学课程是工科院校的一门量大面广的技术基础课程,工程图学课程的任务是培养学生的工程图学素质,工程图学素质的核心是工程图学的思维方式[3]。

工程图学课程的素质教育主要体现在培养学生的工程图学思维方式,而工程图学思维方式的培养主要体现在学生的“创造性构型设计能力” 的培养上。设计是一种创造行为,构型设计教育必然是一种关于创造的教育。在实际设计工作中,人们一般先在头脑中创建出产品(物体)的三维实体形状,然后再将其转化为二维的投影,使其可视化,绘出工程图样,可见应把创造作为构型设计教育的核心命题。设计教育在启智、解惑、授业予人的同时,也在培养人的创造能力。在我国新修订的工程图学课程教学基本要求中,“培养创造性构型设计能力”是工程图学课程的任务之一[4]。与之对应的“构型方法基础”是新修订的工程图学课程教学基本要求中工程图学课程的五个基础之一。构型方法基础中主要包含以下的四个内容:了解计算机造型技术的基本原理;熟练掌握基本立体的造型过程和方法;掌握简单组合形体的造型过程和方法;初步掌握二维和三维形状构思、设计、创新的方法。

在知识经济的今天,一个国家的创新能力,包括知识创新和科技创新能力,已成为决定该国综合国力强弱,及其在国际竞争和国际总格局中地位的重要因素。创新型人才的培养是高等学校

* 教育部外国教材研究项目:工程图学外国教材的研究(教高司函[2007]2号)

的重任。创新型人才培养的关键是学生创造性思维能力的培养。也就是说,在高等学校本科教学中,每一门课都要去思考如何突出和加强学生创造性思维及创新能力培养的问题。

在工程图学课程中,学生创造性思维的训练主要是工程图学思维方式的训练。而构型设计是创造性设计的重要表达形式,也是学生创造性思维培养的重要训练方式,构型设计的教学目标就是培养学生创造性构型设计的能力。在工程图学课程中,以“形体”为中心的教学模式,遵循了人类的思维规律,构型设计不是单指三维的构型设计,而是既有二维的构型设计,也有三维的构型设计。形体的构型设计能力是课程中学生创新能力培养的关键环节,也是学生工程图学思维方式培养的重要环节,从而也是在工程图学课程中学生的素质教育的重点所在。

   除工程图学素质的核心是工程图学的思维方式,即培养学生的创造性思维能力外,工程图学素质的另一个方面是培养学生的实践技能,也就是培养学生的三种能力:应用计算机表达其设计思想的能力,应用草图表达其设计理念的能力和绘制与阅读工程图样的能力。这是工程图学课程素质教育的另一个重要方面。


二、工程图学的国外教材研究

 

借鉴国外工程图学教材的长处,一方面可为我国的工程图学的教材建设提供参考,另一方面也可为工程图学课程的素质教育提供借鉴。我校是教育部直属的13个外国教材中心之一,同时是工程图学外国教材中心的所在地,这就使我们有机会去领略各国工程图学教材的不同体系、内容、型式和风格。从国外发达国家的《工程制图》教材可以看到[5][6][7][8][9],这些工程图学教材更侧重于学生的素质教育。尤其是美国的工程图学教学既强调学生创新思维的培养,体现教学内容的实用性;也强调对学生动手能力的培养,体现教学内容的实践性。下面,将主要列举分析美国、英国和日本的工程图学教材特点。

1. 美国工程图学教材特点

笔者参阅了十多本美国的工程图学教材,其中较流行的有:美国30 多所院校用过的Pearson Prentice Hall 于2004 年出版的《Modern Graphics Communication (Third Edition)》,美国 Prentice Hall 出版社近年出版的德州大学James H. Earle 编著的《工程设计图学》第十一版(Engineering Design Graphics, 11/e)等。

1.1美国工程图学教材内容编排上的特点

美国工程图学教材内容相当广泛,涉及工程图学的各分支学科领域,强调工程图学与各学科

的交叉,注重学科的前沿性、理论与实际的结合。美国工程图学类的相关教材虽然种类繁多,但从讲述内容上,大体可以分为以下几种类型:

(1)基本上保留了传统内容,适当增加了具有现代特色的CAD等内容;

    在《Modern Graphics Communication (Third Edition)》的内容编排上中,相应章节里,配有Graphics Spotlight——介绍图形图像和CAD 方面的最新信息,涉及的内容有草图和参数化建模的优越性及过程、如何从艺术构思到具体的零件、3D 模型的多视图投影、建立电子汽车模型不规则表面的3D 图像辅助设计系统、美国杯竞赛中的高技术、快速成型的数字工厂、反求工程、基于CAD 的半自动标注系统、用AutoCAD 2004 标注形位公差、标准件和常用件库、技术文件管理系统等先进的CAD设计、建模知识。

(2)在传统的制图教学内容中比较多地加入了设计方面的内容;

《Fundamentals of Graphics Communication (Fifth Edition)》就是以设计概念来贯穿全书,每章书都编排有“工程中的设计”这一环节,从而将设计的概念融会贯通在不同章节的知识点中。同时,该书也比较完整地保留了传统工程图学的内容,适当精简画法几何的内容,加强了草图与立体图的绘制和读图的训练,并引入实体建模与现代CAD技术。

(3)以现代设计手段(如三维CAD等)为主,穿插介绍制图内容。

在马里兰大学工程学院自编的《Introduction to Engineering Design》教材中,就是以讲述Pro/E的三维设计建模为主,穿插讲述了正投影、轴测图、尺寸标注,以及公差配合等内容。

1.2美国工程图学教材结构编排上的特点

美国高校工程图学教材结构编排独特,其优点在于:每一章书的开头,有明确列出该章节的大小标题(topic),然后给出该章节的学习目标(objectives)和提纲(overview),用以明确各章节学习所要达到的目标或要求,使学生每一章节的学习目标非常明晰,接下来是正文(text)。在正文里,经常根据所讲述内容的深浅,编排有入门(step by step),关键点(key point)等内容。例如在《Fundamentals of Graphics Communication (Fifth Edition)》一书中,就有14种编排体例,如“本章目标”、“工程中的设计”、“实践题”、“CAD融入”、“深入阅读”、“复习题”、“思考题”、“典型题”等。

尤其是在正文的编排上,美国高校工程图学教材通常采用多种手法来帮助学生掌握知识难点。例如在James H . Earle编著的《GRAPHICES TECHNOLOGY》一书中,在表示全剖视图的画法上,采用了正确与错误的两种画法,使学生清楚地知道图形的正确画法,如图1所示。在该书中,没有单独的章节讲解线型,而是在图样表达里,结合具体图样画法来直接讲解不同线型的应用,加深了学生对不同线型应用的理解,如图2所示。此外,书中还经常采用日常生产实践中常用设备等实物图片来进一步说明图样的表达,如图3所示。如相贯线的求取,就配以生产管道图片来详细说明,这样方便学生将理论知识和生产实践相结合,加深对所学知识的理解。从上可见,美国大学工程图学教材不仅信息表达方式生动多样化,结构编排更符合学生的学习心理规律。
















图1 正误对比图                     图2 结合实际图样的线型画法              

 











图3 实物照片与相关知识点的作图过程


1.3 美国工程图学教材教学内容编排上的特点

美国的工程制图课程在授课过程中,十分注重实际操作能力的培养。理论教学的课内学时相对比较少,而在课后安排比较多的练习环节。在课程结束时,通常会要求学生完成一个实际的设计项目。

以下是美国加州大学伯克利分校“工程制图”课程介绍。

课程简介:

(1)       介绍工程设计图学。复习制造基础。三维可视化与空间推理。工程草图。

(2)      正投影基础及应用。

(3)      参数化特征实体造型。地形图,轮廓,挖切与填充。几何尺寸与公差。

(4)      三维几何形体的二维表达。

(5)      本课程将介绍与强调作为主要图形分析与设计工具的CAD应用,并将要求完成一个设计项目。

该课程共26讲,各方面内容所占的讲次如下:

概述(1讲);草图(1讲);绘图(3讲);制造技术与连接(3讲);正投影(2讲);剖视图(3讲);地理应用(2讲);实体造型与装配(8讲);工作图、结构图、形位公差(3讲)。

每讲课程用两个学时,课后安排3个学时的实际练习。实际练习的内容有手工作业、计算机绘图和计算机三维造型等。

在实际练习之后,还留适当的作业。课后一共有11个作业(从作业3至作业13):

作业3-画给定物体的轴测草图;作业4-说明给定零件的加工步骤;作业5-用AutoCAD绘制给定物体的各个视图;作业6-绘制给定零件的工程图样;作业7-根据正投影图绘制轴测图;作业8-用AutoCAD绘制轴测图、绘制公路的挖切与填充图;作业9-用计算机构造给定零件的三维模型;作业10-三维参数化造型;作业11-复杂零件的三维造型;作业12-三维装配;作业13-工程图改错、根据给定条件设计一个门,并用AutoCAD构造其三维模型。

综上所述,美国的工程制图教学内容的编排,高度重视学生的素质教育,主要体现在以下三点,一是知识体系比较新,现代科学技术的发展状况能够比较及时地反映在教材中;二注意培养学生的动手能力,在课程进行过程中,学生有很多实际动手训练的机会;三注意培养学生解决实际问题的能力,在学习过程中通常会要求学生完成一个或多个设计项目。

1.4 美国工程图学教材课程设计的特点

美国的工程制图教材,经常提供有设计类的题目。如图4

是一个Problem中的题目,设计:柱体结构,方案1:徒手绘

制柱体结构的正投影图,方案2:自行设计支座并画出正投影

草图。本设计题目可发挥学生的自主动手能力,开发设计思维,

理解和应用所学章节的知识。

其次,美国的工程制图教材还非常强调项目设计训练。通

常在课程开始时,就将学生分成不同的项目组(Teamwork),

项目设计贯穿整个学期。例如在伊利诺伊大学香槟分校的工程图

学教学中,要求学生以Teamwork的形式对医疗急救直升机进行

了简单的设计,如图5、6、7、8所示。












图5医疗急救直升机外观              图6医疗急救直升机内部构造










图7 座椅的三维模型                     图8 座椅的装配图

通过课程设计,可加强对学生学习自主性和实践性的培养。


2. 英国工程图学教材特点

对于英国的工程图学教材,笔者主要以Colin H.Simmons and Dennis E. Maguire 编写的《Manual of Engineering Drawing》为例来探讨。

2.1英国工程图学教材内容编排上的特点

在内容编排上,英国的工程图学教材以传统的图学内容为主,包括:正投影、线型和字体、轴测投影和斜投影、剖视剖面以及尺寸标注等。并用专门的章节来介绍CAD在产品设计中的应用和发展。如在《Manual of Engineering Drawing》中,第二章(Chapter2 Product development and computer aided design)和第三章(CAD orginazation and applications), 见图9、10所示。

















图9 教材目录                                图10 CAD设计方面内容


与美国工程图学教材只讲述第三角投影不同,英国是第一角投影和第三角投影共用,所以在书的第四章就专门讲述第一角和第三角投影。在英国,工程图纸的标题栏上,有一栏是专门用来表示采用的是哪一种投影方式的。因此,学生必须掌握这两种投影方式的画法及其转换。见图11、12所示。

2.2 英国工程图学教材教学内容编排上的特点

以英国Bristol大学工程制图课程为例,Bristol大学机械类工程制图课程总课时为36学时,分十二周进行其中教师讲课10学时。学生课内作业在专用制图教室内完成,教师现场辅导,作业总时间26学时,分九周完成,

第一周 徒手绘制一实际产品练习(2学时);第二周 实际产品分析及绘图表示(3学时);

第三周 轴测图画法练习(3学时);第四周 正投影练习1(3学时),根据给定两视图补画第三视图或根据立体图画出正确视图;第五周 正投影练习2(3学时),第一角与第三角投影变换等;第六周 尺寸标注与公差标注练习(3学时);第七周 读图练习(3学时);第八周 读图与画图练习(3学时);第九周 零件设计练习(3学时),给出一个零件的轴测图,要求画出其零件图 。

从Bristol大学学生作业内容中,不难发现,他们很重视徒手绘图能力的培养。Bristol大学工程制图课的教学内容里不包含计算机绘图。他们在另外的课程中学习用I-deas绘制二、三维图形。

截交线和相贯线这部分内容是工程制图课程学习的一个难点,但Bristol大学机械类工程制图课程的教学内容中没有这部分内容。















图11 第一角与第三角投影               图12 第一角投影零件图


2.3 英国工程图学教材课程设计的特点

英国高校的制图课程学时极少,且以学生练习和自主设计为主为主。例如在第二周的实际产品分析及绘图表示中,就要求学生根据给定的一常用产品(如各种工具),说出产品设计的用途,列出零件清单,说出产品的材料与加工过程,估计产品的成本和寿命,产品的维护及故障分析,提出产品的改进方案等。另外,学生需要徒手绘出上述产品中的一个零件的示意草图及示意装配图,并标出所画零件在装配体中的位置。

跟美国高校的制图课程设计比较,英国的课程设计不要求学生完成一个完整的产品设计。英国的课程设计比较注重加强对学生基本制图技能的培养。


3. 日本工程图学教材特点

日本的教材内容广泛、篇幅少、例题少、习题少,没有单独的习题集而是附在教材中,教材与习题十分精炼。日本的教材注意理论的代表性系统性和广泛性,而且强调教材的经典性。日本高校很少自主编写工程图学教材,大多数的教材是从美国直接引进的,所以在学习内容基本上与美国的传统内容并无区别。

3.1 日本工程图学教材内容编排的特点

同美国工程图学教材类似,日本的教材强调广泛性和实用性,并且不同的教材并不雷同而是具有各自鲜明的特色。有的教材重视迹线表示法,几乎各章节全部用迹线来表示;有的教材重视点线面一般表示法。但不同类型的日本教材具有共同之处,就是内容广泛——既包括传统的作图法(如同辅助球面法求相贯线见图(1)) ,又引入了最新的CAD 作图法(也使用同样的例题见图(2)) ,还包括了阴影透视、斜投影法,对展开也比较重视。随着CAD设计软件的普及,跟中国的工程图学教材相比,日本教材中删除了很多用CAD设计软件容易求取的图学内容,如“最大斜度线”、“截交线”等。

另外,日本的工程图学教材非常强调广泛性和实用性。这样的教材模式可以帮助学生拓宽视野,在有限的时间内让学生尽量多地接触到阴影透视、斜投影、轴测投影、展开、CAD 作图等内容,以适应不同专业不同层次学生的需要。

3.2日本工程图学教材教学内容编排上的特点

工程图学在日本大学中的主要作用是培养学生的艺术(Art)素质和培养学生的设计和绘图基础。日本部分高校制图课程主要包含以下几方面内容:介绍图学语言与设计;CAD介绍;仪器图、徒手图及文字书写;几何构型;草图与形状描述;多面正投影图;剖视图;辅助视图;旋转;制造设计与处理;尺寸;公差;螺纹、紧固件与弹簧;设计与工作图;图形的控制与再生产;轴测投影;斜轴测投影;透视;点、直线与平面;平行与垂直;相交;展开;直线与平面的相切;球面几何;图形矢量分析。

图13所示,是东京大学的“图学文化教育”体系。图学I主要是“画法几何”和“手工绘图”部分,实验课部分由“手工绘图+模型制作”两部分组成。

 







                               

图13 东京大学的“图学文化教育”体系

                       

目前,由于3D-CAD/CG的应用已延伸到各个领域,商用软件的应用已变得日益重要,日本高校的在校学生也在接受这种“图学文化”的教育。图学Ⅱ主要是“3D-CAD/CG使用+几何应用练习(画法几何应用)”, 实验课部分主要是由学生CG编程。表1列出了东京大学图学II的教学日历。由此可见,同美国高校的制图教学一样,日本的制图教学也较重视对现代三维CAD设计软件的学习。

表1 图学II教学日历

周次

内              容

1

绪论

3D-CAD (Inventor)

2

二维建模 1:直线、圆、多边形、草绘、尺寸约束、二维编辑

3

二维建模 2:样条、镜面、阵列

4

三维建模 1:视图控制、拉伸、旋转、编辑操作

5

三维建模 2:工作面、工作轴、投影

6

画法几何空间问题求解 (最短距离、规则多面体)

7

装配、三维转二维投影

CG (3dmax)

8

3dmax的界面(透视图、视图控制)

9

着色 (色彩、阴影、纹理映射)

10

关键帧动画

3D-CAD + CG

11-13

综合性作业


3.3 日本工程图学教材课程设计的特点

日本工程图学的课程设计除了注重对学生基本作图技能的培养,同时非常重视设计面的广泛性。例如在图学II部分的课程设计中,包含了:相贯线的求取;创建给定零件的三维CAD模型;根据给定两管道,求取最短距离;规则多面体的设计;创建纪念堂的三维CAD模型,并做动画漫游等,见图14、15、16、17所示。在上述的设计中,既有传统画法几何的内容,同时又有关于机械产品模型和建筑模型等的设计。


















图14机械零件设计与相贯线求取          图15 求最短距离与求做规则多面体












图16 创建纪念堂三维CAD模型        图17 纪念堂三维CAD模型动画漫游


4.国外工程图学教材的特点

4.1内容上紧跟学科的发展前沿

国外的工程图学教材除有本课程的基础理论知识外,还与学科的发展前沿紧密相关,具有时代的气息。这主要是由于教材的版本更新频繁,作者就可将学科前沿的新发展融入到教材中。如CAD/CAM方面最新的动态,涉及的内容有草图和参数化建模的优越性及过程、如何从艺术构思到具体的零件、3D 模型的多视图投影、建立电子汽车模型不规则表面的 3D 图像辅助设计系统、美国杯竞赛中的高技术、快速成型的数字工厂、反求工程、基于 CAD 的半自动标注系统等。教材中的这些信息一般都是浅显易懂,学生易于理解、接受,从而既有利于学生所学知识能更快、更好地跟社会生产实践接轨,也可进一步激发学生的求知欲望,增加课程的学习兴趣。

4.2教学内容编排多样化

国外的工程图学教材在教学内容的编排上多呈现出多样化。如在美国,由于没有全国统一的《工程制图》教学大纲,不同高校的教授所编著的《工程制图》教材都会根据专业的不同,及所在学校的学科发展特点的不同,从而在工程图学的教材中呈现不同的教学侧重点。这有利于所在地区人才素质培养的需求。如美国德克萨斯大学编著的《Engineering Design Graphics》教材[8],涵盖面较广,既有机械工程设计所需的公差配合、焊接图、管道图、电路图等,还编排了矢量图的绘制和各类统计图表的绘制,适用面非常广。如克拉克马斯社区大学参与编著的《Engineering Drawing And Design》教材[9],主要包括了各类的工程图,增加了水压装备等的结构设计和常用机械加工过程的介绍等。

4.3表达方法有利于素质培养

国外的工程图学教材在表达方法上,通过以下形式对学生的工程图学素质进行培养。一方面有较多的设计成分,通过大量的工程实例、实物照片,如工厂不同加工过程的照片、CAD设计过程照片等,使学生对制图的工程应用有更全面与直观的认识;同时应用框图、流程图来表述工程制图与设计的关系,以及所应用的工程领域,逻辑性强,简单明了。另一方面有较多的学习指引,便于学生进行思考,教材中既有具体的、紧扣说明知识点的例子,并且多以短句来说明作图原理和过程,作图思路清晰,文字生动有趣;也有辅助性教学资料,品种丰富(有课堂演示文稿、题库、教师手册、教师资源手册、教师演示手册、学习指南、录像资料、阅读材料等),载体多样,鼓励学生带着问题去看书,尽快理解、掌握基本概念,侧重培养学生学习的主动性、自学能力,注意启发学生的创造性和想象力。

4.4教材体系突出实践性

国外的工程图学教材在教材体系上比较注意突出实践的要求。虽然国外的工程图学教材体系结构灵活、多样化,没有条条框框的限制,且体系结构都不完全相同,但较共同的是突出实践,比较注意实践技能的培养,并将这种培养贯穿于教材始终。国外的工程图学教材中习题数量多;类型多:有作图题、问答综述题、选择题,还有填空题等,内容比较丰富。习题的内容贴近工程实用,采用大量生活中常见的零部件。习题在教材中配置的形式多样:有些教材的习题配在每章节后面,作图题需另附图纸,如波士顿大学、德克萨斯大学等编著的制图教材;有些教材附有可撕下来的活页练习,如俄亥俄大学的制图教材;有些教材的习题,配有专门的作图习题簿,如普渡大学的制图教材。同时很多的教材还安排了工程应用的章节,包括人机工程学、金属材料加工等知识。


三、工程图学的教材建设

 

现代的教学理念是:学生为主体,老师为主导。但我们现在的整个教学方法和教育体系,还不是完全体现以学生为中心的。

现在我国课程教学的主要现状是——教学追求学科知识的完整性、连贯性和系统性,反映在教材的建设中,也是如此。这些现状只能在教学中以教师为中心。这种在课程中追求知识的完整性、连贯性和系统性的教学方法,在人类的社会中已经持续了很长时间,可见它确实有极大的优点。其中的主要优点就是使学生在课程中很快地就可以得到很多学科系统的知识,基础知识扎实,教学内容容易掌握。由于在课程的教学中不放弃知识的连贯、完整和全面,因此造成了学生负担非常重,而且培养学生创新能力的训练不多,学生的精力非常多地花在规定的课程上;此外,也使学生不善于主动地思考学科的发展及尝试体验某些问题的解决,从而导致学习的主动性和创造性不够。

在大学的课程中,基本是以知识传授为主,追求知识的连贯、系统和完整。因为学生不知道什么样的知识是完整、连贯和系统的,所以课程的教学就不可能以学生为主体,又因为只有老师知道什么样的知识是完整、连贯和系统的,所以课程的教学就不得不以老师为中心了。课程的教学是以教材为主要的知识载体,所以课程的教材也就不能体现以学生为主体,以教师为主导的现代教育理念。

我国的工程图学教材由于有课程的教学“基本要求”,所以教材基本上按照教学基本要求作为编写的依据,因为有了固定的框架,所以不同学校编写的教材都反映了同一知识系统的逻辑性、学科体系的基本原理,这虽然有利于学生对学科体系的掌握,但是由于课程体系、教学内容基本雷同,除在课程内容安排的先后,论述的深浅及图例取舍略有不同外,工程图学的教材使人有千人一面之感,缺乏特色。传统的工程图学的教材在培养学生的工程图学素质,及其实践技能上并不具明显的特点。

随着工程图学课程教学改革的深入,随着社会对人才培养的需求,近年来在工程图学的教材建设中,还是有一些能体现工程图学素质培养,重视实践技能训练的教材。如大连理工大学胡宜鸣、孟淑华主编的《机械制图》[3]教材,将形象(直觉)思维与抽象(逻辑)思维相结合的思维方式引入课程。正如人的大脑左半球管逻辑思维,右半球管形象思维,在工程图学课程的教学中实现左右大脑的并行思维,有效地培养学生的工程图学的思维方式,培养了学生的工程图学素质。如近年来,国内一些高校(如西安交通大学、北京科技大学、华南理工大学等)开展了基于三维构型设计的探索。出版了基于三维构型设计的国家“十五”规划教材《工业产品设计与表达》,在工程图学课程中开展三维的构型设计研究,探讨了进行创造性思维培养的训练模式,使工程图学课程成为培养学生创新能力的重要环节,有效地对学生进行素质教育。

在工程图学教材的建设中,教材的编者要转变教学的观念,从以前的“教师教,学生学”转变为“教师,教学生学”。应该如何进行工程图学课程的改革,进行工程图学教材的建设,可以从以下几方面作考虑

1 应该致力于工程图学素质的培养

引入国外工程图学教材先进的教学理念、教学方式,结合我国的实际,在工程图学课程中,要致力于工程图学素质的培养,就要构建基于三维的以形体构型设计为主的课程体系。并将以构型设计作为一条主线贯穿于整门课程的体系当中,贯穿在传统工程图学教学的各个环节中。如在课程的基本概念部分,构型设计体现在几何作图方法和草图训练中;在课程的投影基础部分,构型设计体现在带有特殊点的形体造型、带有特殊线的形体造型、带有特殊面的形体造型以及与它们互为补型的基本体造型等训练中;在课程的构型设计基础部分,构型设计体现在引入构型设计的美学原则、构型设计的关系法则,以组合体的构型设计及训练为重点展开;在课程的表达基础部分,构型设计体现形体关于各种基本形体的补型构型设计,从而给出这样构型设计相应的视图表达、剖视图表达等,使这部分的内容与传统的图样表达内容相比在学生创新思维培养上更具特色;在课程的专业图表达部分,构型设计体现一般零件的构型设计,如日常用品的构型设计,部件工艺结构的构型设计等,在训练时可以让学生以二维图样的形式或三维图样的形式进行构型设计的表达;在课程的计算机造型基础部分,构型设计体现在用计算机软件平台的形体几何造型原理,各种造型方法及形体真实感的表达等,使学生掌握用计算机表达其构型设计思想的原理和方法。

在我国的工程图学教材中,突出形体的构型设计,将有效地培养学生创造性思维和工程意识,也是培养学生的创新能力,从而使学生具有工程图学的素质,使工程图学课程成为学生素质教育的一个组成部分

2.处理好教材中系统性、完整性的关系

在西方的一流大学,他们的教改很容易进行,因为他们并不追求知识的完整性、系统性和连贯性。他们只强调,某一个系、某一个专业毕业的学生,必须有哪些基本训练,这些基本训练就是一些知识点,学生掌握了这些知识点,就可以毕业了。这个学生毕业之后一生都在自学,一生都在学习新的东西。自己学习恰好就逼出学生的创新能力和自学能力[10]。

一门课程的教学改革是否是有效的,就是看是否完成从以教师为中心到以学生为中心的转变。在教材的建设中,教材自成体系是需要的,但如果一本教材只有老师懂,并且一定要老师讲解学生才能读懂,这种教材是不能实现以学生为中心的这一转变的。让学生能读懂的教材就一定要清晰、易懂,也即自学的人拿起来都能够读,且能引人入胜。在教材中,要做到这一点,就要求教材不能系统性、完整性和全面性面面俱到。在教材中,只能尽可能保持其系统性,这在不少的国外教材中都能看到,只要求知识有一个连贯延续,但不苛求完全的系统性。

教材的完整性则应该给予保证,即学科所需要的主要基础知识能够包含进去就包含进去,也即教材包含课程所需的主要基础知识,让学生方便地了解整个学科的内容,特别是基础的知识,这样一来,教材就可能较厚。通过与国外的工程图学教材对比,国内的工程图学教材的内容少于国外的教材,其中主要的原因是国内的工程图学课程学时在不断缩减,教材的内容是按照学时来定的,教材成为对应学时的教材,在规定学时内不讲的内容就不写进教材中。教材的改革,应考虑教材的完整性,应将学科所需要的主要基础知识包含进去,教师在课堂上不是把所有这些内容都从头到尾都讲一遍,他只是按照需要从中间选择一部分来讲。由于教材是完整的,且清晰、易懂,所以对学生很方便,很便于学生的自学。

要体现工程图学教材的连贯性,要符合人的认知规律,即教材的内容要循序渐进、主次分明、详略适度、图文并茂且富有吸引力,学生可以较顺利地阅读,这也将体现以学生为中心。

3.体现课程的实践性

工程图学素质的另一个方面是培养学生的实践技能,也就是要体现工程图学课程的实践性。在工程图学课程中,不能只注重基础理论的教学,还要注重学生的实践技能的培养。学生的实践技能培养主要是三种的实践能力:应用计算机表达其设计思想的实践能力,应用草图表达其设计理念的实践能力和绘制与阅读工程图样的实践能力。在工程图学教材中,要将这三种的实践能力贯穿于课程的全过程,使学生的创新能力培养及训练可在课程的不同阶段均得到保证,从而使学生在课程的学习时,就能不断地加强其实践技能。

国外的工程图学教材是以学生为中心的,其在实践方面很有特色,课程的习题量多,类型也多,有作图题、问答综述题、选择题和填空题等。在我国的工程图学教材建设中,课程的教学改革也要以学生为中心,要考虑学生在课程的学习中有很多时候是要自学,所以在教材建设中应该有一些学习指引,如每章节增加标题、学习目标、提纲、总结等;同时要让学生有办法来测试自己是否懂了,即要有一定的练习题、测验题以及答案。


四、结语


素质教育是实施质量工程的主题,推进素质教育,大学中的每门课程都有义不容辞的责任。工程图学作为工科院校的一门技术基础课,在工程图学课程的教学中,学生工程图学素质的培养就是学生素质教育的具体体现。教材作为课程教学的重要教学资源,借鉴国外工程图学优秀教材先进的教学理念和模式,建设好我国的工程图学教材,既是培养学生工程图学素质所必须的,也是实现学生素质教育的一个重要方面。



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