课程教学重点解决的问题

《工程图学》课程教学方法改革案例1、课程简介《工程图学》课程是一门面向本科学生，兼具系统理论性和较强实践性的重要技术基础课程，它既是工程类各专业学生的必修课，又是非工程类学生建立工程概念、培养空间思维能力的工程素质课程。该课程研究绘制和阅读工程图样的基本原理和基本方法，培养学生的空间思维能力、制图能力和设计创造能力。图学素质是塑造学生的创新意识和创新设计表达能力的重要基础平台，工程图学作为图学素质训练培养的重要载体，是学生进行创新设计的基础课程。（1）课程类别：技术基础课程（大类课程）（2）学科类别：工学─机械工程（3）课程目标和教学内容：课程目标：工程图样是工程界的语言。本课程旨在使学生掌握绘制和阅读工程图样的基本原理和基本方法，培养学生的读图和制图（徒手制图、尺规制图和计算机制图）能力，训练和提高学生的空间思维和设计创造能力。教学内容：正投影理论原理和基础知识、立体表面交线的投影、组合体视图的绘制与阅读、形体构型设计基本方法、机件的表达方法和尺寸标注、标准件和常用件、计算机绘图、零件图和装配图。（4）教学对象：一年级学生，每年开设45个左右教学班，每班人数80人左右。（5）教学场景：课堂教学在多媒体教室，实验教学在计算机机房。2、课程教学重点解决的问题《工程图学》是用二维平面的“图”表达三维空间的“物”，如何帮助学生在“图”和“物”之间构建桥梁，使他们在二维平面和三维空间之间自由往来，训练和提高学生的空间思维能力是本课程的重点和难点所在。在本课程的教和学的过程中普遍存在的问题：（1）由二维的图样想象出其对应的三维立体内容比较抽象，学生建立空间思维和想象有困难；（2）尺寸是工程图样的重要组成部分，尺寸标注是否正确、完整、清晰和合理，直接影响到产品的可加工性和加工质量。学生标注时往往出现模棱两可、尺寸多余、遗漏的现象；（3）工程图学是一门实践性较强的专业技术基础课，而大部分学生对生产实践，如零件的加工工艺、技术要求，对机器或部件的工作原理、装配关系及装拆顺序等缺乏感性认识。3、教学方法改革（1）教学实施策略和方法针对《工程图学》课程教学的目标和教学中存在的问题，目前本课程采用基础平台和综合提高相贯通的教学实施策略，采取的教学方法主要有：延伸拓展性知识点的自主式学习，形体构思为主线的启发式教学，空间思维为核心的互动式教学，针对不同层次的个性化教学和注重工程意识的图学素质教学等，具体阐述如下：●基础平台和综合提高相贯通的教学策略。第一学期，工程图学课程面向所有学科的学生，作为一个基础性的公共图学平台，着重空间思维能力的培养，读图和画图能力的训练，即图学素质的培养。为了进一步提高学生的综合设计能力，强化学生的工程意识和创新意识，在第二学期中，面向机械类、近机类专业的学生，在基础平台的基础上，进行了综合、拓展和加深，增加了习题的综合性、复杂性和设计性，突出了能力的培养，强化了图学与设计的结合。●延伸拓展性知识点的自主式学习。教会学生“会学”是工程图学教学方法改革的根本所在。工程图学教学中，注重学生的“学会”转向学生的“会学”，通过预留包含具有延伸性、拓展性知识点的课外作业，如在讲了辅助平面法后，要求学生课外自主学习辅助球面法和换面法，自主出题并给出求解过程和答案，激励学生自主学习，将工程图学教学自课堂延伸到课外，培养学生的自学能力和探索精神。●形体构思为主线的启发式教学。孔子曰“不愤不启，不悱不发”。工程图学教学中，以启发学生的空间思维为核心，基于图形的表达和理解，采用设问和“埋伏”并存的教学方式，诱导学生作进一步的思考，如从实体与实体相贯出发，启发诱导学生进一步思考实体与虚体、虚体与虚体的相贯，并加以分析比较其异同点，从而启发学生独立思考，促进学生主动思维。●空间思维为核心的互动式教学。在工程图学课堂教学中，通过鼓励学生参与，进行师生互动和生生互动，活跃课堂气氛，增加课堂信息量。对于比较简单的读图和画图问题，可采取教师引导，学生独立抢答的方式，通过抢答，既活跃了课堂气氛，同时又满足了学生提高自我形象的需求，从而很好地调动了学生的学习积极性；对于比较复杂的问题（一题多解或没有标准答案），如针对一机件让学生进行表达方案的练习，首先由学生根据所给机件的结构特点分组讨论，然后各组派代表陈述展示自己认为比较合理的表达方案，接着学生各组间相互提问和点评不同的表达方案，最后教师作总结归纳。●针对不同层次的个性化教学。采用选择性学习，推动自主学习更上一层楼。考虑到不同的个体对知识掌握程度的不同，故对于一些知识掌握程度较好的学生，可以适当布置一些选做型的课外思考提高题。鼓励基础较好的学生自主命题并给出答案，从而起到让这部分学生自主梳理知识点，辨别重点和难点，并加以归纳总结的作用。●注重工程意识的图学素质教学。将工程设计概念引入课堂教学。通过引入设计过程与方法，在制图的传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学、以及对产品全生命周期概念等相关内容，深化学生对本课程、对零部件结构与功能、对图形表达等全方位的理解；引科研前沿入课堂教学，将工程图学基础课程教学与计算机图形学、计算机辅助设计、工程图样智能理解等学科前沿结合起来，启发学生多向思维。（2）教学方法实施举例延伸拓展性知识点的自主式学习举例通过预留带有一定目的性的课外作业，激励学生自主学习。如，在分析了投影面的平行面在与其平行的投影面上的正投影能够体现平面的实际形状和大小，而投影面的垂直面无法根据投影直接得到被投影平面的实际大小后，提示学生是否能够从改变投影面（图1）或几何元素（图2）两者的相对位置加以考虑，启发学生思考将投影面的垂直面转化为投影面的平行面，从而鼓励学生课外自学换面法和旋转法。为了促进学生对于所学知识的自我巩固，在完成点、直线和平面的学习内容后，要求学生每人自己出10个题，包含2-3题必须利用换面法和旋转法求解，并给出详细的求解步骤和结果。形体构思为主线的启发式教学举例在第一学期的工程图学基础平台的教学中，在讲圆锥体（实体）与三棱柱体（实体）（图3）相贯后，要求学生思考圆锥体（实体）与三棱柱腔（虚体）的相贯（图4），并分析比较两者的异同点，图1变换投影面——换面法图2旋转几何元素——旋转法图3圆锥体与三棱柱体相贯图4圆锥体与三棱柱腔相贯从而引导学生得出实体与实体相贯、实体与虚体相贯，甚至虚体与虚体相贯时其相贯线的异同点。空间思维为核心的互动式教学举例在组合体木模画图训练时，先让学生各自画木模，接着让学生交换作业互评、互批，签上绘图和批改双方学生的名字上交作业，然后将典型的几种表达方案公示集体讨论。如此，在锻炼了学生的画图和读图能力的同时，也培养了学生的责任性。图5为对于同一机件的不同表达方案，要求学生讨论分析比较各优缺点。（a）(b)(c)(d)图5表达方案练习又如，学生的尺寸标注作业，一般均会出现或多或少漏注一些尺寸的现象，此时若直接指出往往不能给学生以深刻的印象，可以将尺寸数在适当的时候加以公布，让学生根据空间结构利用形体分析自己检查和相互讨论，按尺寸数补够，以加深尺寸必须注全的印象，也可以让学生写上尺寸的顺序编号以检查学生是否真正按逐个形体分析的方法标注尺寸。针对不同层次的个性化教学举例对于学有余力的学生，在讲了圆柱体与圆柱体轴线正交相贯，两圆柱体直径相对大小发生变化（图6）时，相贯线空间形状的变化趋势后，可以让学生进一步思考两圆柱体轴线偏交、交叉及平行（图7）时相贯线的空间形状及投影特点。对于一般的工科学生而言，相贯线的求解要求掌握到能够利用特殊位置的辅助平面（图8a）求解曲面立体相贯线就可以了，但对于荣誉班的学生和机械类、近机类学生而言，可以鼓励他们思考既然可图6两圆柱体直径相对大小对相贯线的影响（a）轴线偏交（b）轴线交叉（c）轴线平行图7两圆柱体相对位置变化对相贯线的影响以用特殊位置的辅助平面求解曲面立体相贯线，那么是否可以用一般位置的辅助平面（图8b），甚至于辅助球面(图8c)或辅助柱面(图8d)求解曲面立体的相贯线？注重工程意识的图学素质教学举例为了强化学生的工程意识，提高学生的创新设计能力，在工程图学课程的综合提高阶段，进行了零部件的测绘、零件结构设计和装配结构设计。齿轮油泵泵体的测绘。通过齿轮油泵泵体的测绘，从画草图、量尺寸到正规图样的绘制，培养了学生的工程意识，让学生体会到“学生”和“工程师”之间的角色互换，锻炼了学生的综合设计能力。零件结构设计。教师给出零件的功能要求，在形体构思（仿形设计、一面视图的构形、组合构形、凹凸构形和分向穿孔构形等）训练的基础上，由学生根据零件功能进行结构构思设计和绘图表达，注重视图表达方案选择的合理性和图形表达的正确性。例如，要求学生从图9所示的初始结构出发，插入3个中间步骤，构形设计得到图10所示的减速箱箱体结构。要求通过零件的构形设计，不仅要求箱体具有良好性能的工作部分，可靠的安装部分，适当的连接部分，而且须具有合理的工艺结构。首先，集体分析（a）辅助水平面（b）辅助一般位置平面（c）辅助球面（d）辅助柱面图8利用辅助面求解曲面立体相贯线讨论该零件应具有的功能，如容纳齿轮的空腔、安装密封、轴承装配、润滑等，让学生从结构功能的角度出发，从整体到局部进行构形，设计构思用何种结构来保证其功能的实现，从而逐步完善该零件的结构设计。对于每一步的构形设计，均要求学生画出对应的立体图（手工草图、仪器绘图或计算机绘图任选一种）和视图。图11为学生的构形设计中间过程。部件结构设计。教师给出部件的基本功能要求，注重装配结构的合理性，兼顾装配结构构思的新颖性和创造性，由学生根据部件功能进行结构构思设计和绘图表达。图12为根据轴上需要安装的零件，进行轴的装配结构设计表达的例子，题目为：根据图中已知的安装在轴上的皮带轮、齿轮、滚动轴承（轴承安装在机体孔中），为了保证这些零件在轴上能得到正确的圆周向固定和轴向固定，以及相应的密封等要求，请在图中作出轴的结构设计和其他附加零件的设计，要求结构合理、表达正确。图9减速箱箱体初始结构图10减速箱箱体最终结构（a）安装底板、排污和检测结构设计（b）与盖的接合面、支承轴承和加强结构设计（c）安装孔、润滑油回流、连接孔等结构设计图11齿轮减速箱箱体构形设计的中间步骤（3）教学方法特点分析本课程教学内容既有比较枯燥的投影理论基本知识、标准件常用件的规定内容，又有与实际工程结合密切的零件图和装配图，面对量大面广，学时数压缩的教学实际情况，在课程教学中融合了自主式和个性化的学习方式，采用了启发式的教学方法，营造了互动的学习环境。主要特点如下：(１)公共平台与综合提高相结合。在基于公共平台的基础上，加以综合提高，让学生在掌握知识的同时，培养学生的学习能力，提高自身的素质。；(２)强调自主式学习。课堂内引导学生自主式学习，课堂外鼓励学生自主式学习，同时，通过触摸屏自学系统和网上自学辅导系统、计算机实验演示系统和基于微机的虚拟现实环境构建了自主学习平台。作业中尝试了学生自己出题，自己求解的模式。(３)营造互动式学习环境。通过学生参与及师生、生生互动，活跃课堂气氛，增加课堂信息量，营造了互动的学习环境；(４)强化工程设计创新意识。将设计概念和科研前沿引入课堂，既激发了学生的学习兴趣和求知欲，又促使教师自身不断地进行教学研究，理论上提高和充实自身，实践上持续探索和图12轴系装配结构表达小设计完善。4、课程考核方法和支撑手段（1）课程考核方法●规范面上考试模式为了体现《工程图学》课程“公共平台和综合提高相结合”的课程体系特色，对于量大面广的基础平台部分，实行教考分离，统一命题，统一教学要求和考核标准。为使考核更有效、更全面、更准确地评价学生的学习质量，在课程内容的各个阶段，进行与课程进度相适应的方法多样的阶段小测验（笔试、讨论、写小论文、小测验、上机操作等）。●深化点上考试模式在规范面上考试的基础上，开展了多种考试模式的改革探索。具体包括如下几个方面：a)“三自”模式。所谓“三自”，是指由学生“自主命题、自我测试、自行评价”，即由学生自己出一份卷子，自己给出标准答案，同时写出出卷和学习过程的体会，并且以PPT方