面向工程教育的機械制圖和公差課程融合式教改研究

　　摘 要: 以中德機械專業學生為試驗班，對機械制圖與公差這兩門課程進行相應改革，適應互聯網時代、進行面向工程教育的教學改革，貫徹新的教育理念，加強學生的工程實踐和創新能力的培養，重新組織、編排教學內容和教學環節，更新教學手段，以提高學生對兩門專業基礎課程知識的綜合運用能力。

　　關鍵詞: 機械制圖; 公差; 教學改革; 工程教育

　　徐旭松; 蔣琴仙; 謝文濤; 范振敏， 科技風 發表時間：2021-10-30

　　機械制圖課程與公差課程均為機械、車輛、模具等專業的專業技術基礎課程，為后續專業課、課程設計與本科畢業設計的學習奠定基礎。《機械制圖》課程本質上是表達機械結構形狀的工程語言，《機械精度設計與檢測》( 公差課) 本質上是表達技術要求及其檢測驗證的工程語言。此兩門課程教學內容的核心是工程語言的載體“圖樣”，使得學生能夠繪制和閱讀機械圖樣，能對圖樣中的技術要求進行正確的解釋，能將技術要求正確地標注在圖樣上，因此該兩門課程內容有“融合”教學的可能性和現實需求。

　　一、教學現狀分析

　　《機械制圖》是趣味性、挑戰性及實用性都很強的課程，學生學習制圖有一定的難度，學習的主要障礙為: 缺少空間思維和空間想象能力、自我約束力較差、不愿及時復習及動手繪圖。《公差》課程知識的應用性和實踐性較強，學生普遍反映課程概念和術語多、枯燥無趣，學的時候沒想到用到何處，用的時候卻忘記所學。在現行《機械制圖》教材中， “零件的技術要求”等相關章節有涉及公差知識點的內容，而后續《公差》課程卻又重復講解相關知識點。學生上《機械制圖》時由于公差內容的學時少，印象模糊，相關知識掌握不牢; 而上《公差》課時，《機械制圖》已淡忘，一些學生看不懂機械圖樣，以至于兩門課程的學習效果均有所欠缺[1]。

　　傳統的線下課堂授課一般采用大班集中教學，老師按教學進程授課，不可能照顧到班上所有學生。同時，我校制圖與公差課程組承擔了全校的制圖與公差課程，工作量巨大，任務繁重。學生遇到疑問不能與老師進行及時互動，難以及時得到答疑與解惑。因此，單一的“教師站在講臺上講課，學生坐在座位上聽課”教授模式難以有效地調動學生的學習熱情，學生學習的趣味性和參與度不高，在一定程度上降低了學生學習興趣和學習效率。另一方面，學生在學習前期接觸的專業知識和機械零部件有限，對此兩門課程在本專業中的作用和重要性認識不足; 同時，部分學生空間想象力差、主動性弱、不愿意動手動腦積極完成作業。

　　針對以上問題，本次改革將兩門課程知識點進行融合打通，重新進行編排和組織教學，并借鑒其他高校“線上+ 線下”和“主動學習與協作學習”融合式教改經驗進行教學改革研究[2]。“融合”與“混合”相比更強調“交織性”，強調在教學中的“線下教學中有線上布置作業和課程資源，線上為主教學中有線下指導、答 疑、解 惑”，彼 此 相融[3]。與混合式線上線下的教學模式相比，融合式教學模式將課堂線下課堂授課、指導解惑與網上教學交織在一起。在教改中把握兩個要點: ( 1) 機械制圖與公差課程融合式教學要打破知識點條塊分割的結構模式，將《機械制圖》( 表達機械結構形狀的工程語言) 和《機械精度設計與檢測》( 公差課-表達技術要求及其檢測驗證的工程語言) 課程內容進行整合。對課堂講授、輔導答疑和網上自學進行一體化教學設計，以期達到線上/線下融合。( 2) 教學改革應有助于培養學生創新思維能力、動手實踐能力，鞏固、融會貫通專業基礎課程知識，以確保大學生就業后能勝任業務工作為目的。

　　二、改革方案與途徑

　　( 一) 教改方案設計

　　教學依托線上/線下教學資源，按照課堂講授、指導答疑和網上自學進行一體化教學設計，便于學生進行融合式學習。要求線上/線下資源能支撐一體化教學，并達到課堂教學、面授導學和網上自學的深度融合。將總的學時分成線下課堂講授和線上網絡自學兩部分，通過構建多個相對獨立的教學單元，達成一系統完整的教學總目標，按照 “課堂上現場講授-線上/線下輔導答疑-線上網絡平臺自學”順序，借助于專門網絡教學平臺進行課前預習、課堂重難點講解和課后網上復習、答疑。各環節互為聯系與補充，后一環節對前一環節的教學效果進行評價，從而給教師和學生同時提供及時的反饋信息; 課堂上現場教學、線上線下指導答疑與線上網絡平臺自學這三個過程相互依存，互相滲透，循環鞏固[2-5]。教改方案設計如圖 1 所示。

　　( 二) 課時和知識點調整

　　打破知識點條塊分割的結構模式，對《機械制圖》與《公差》進行整合并非將兩門課程簡單地合并。應以《機械制圖》的教學為主線，將《公差》課程的主要教學內容恰當地融入有關施教環節，并注重學生動手實踐，培養學生的空間思維和創新能力。整合以后的新課程定名為《機械制圖與公差》，總學時為 128，分 2 學期，每學期 64 學時，每周 4 學時。知識點融合: 如在“組合體尺寸標注”中融入 “尺寸”，在“零件圖”中融入“尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度”，在“裝配圖”中融入“公差與配合”，在“制圖測繪” 中融入“計量器具的使用”。對零件圖和裝配圖的識讀和繪制、零件技術要求及零部件測繪進行強化，找準切入點，實現內容的有機融合。

　　( 三) 實現途徑

　　采用課堂教學為主和網絡自學為輔的教學方式，課堂教學按照教學大綱和教學方案執行，并輔以課堂討論、習題課，教學過程中采用的多媒體課件以教學大綱、精品教材為藍本，有清晰且簡明的授課進程表、例題講解及動畫視頻，既有可對教學內容進行直接再現，又增加了有助于講授的多種多媒體表現手段。課堂練習和課后作業是課堂教學必備的輔助手段。通過課堂練習和課后作業，可以使得學生能鞏固所學知識，增加知識點的理解和掌握，同時對學生學習狀況有一定的把控和約束，并起到督促學生復習的作用。網絡自學是基于資源的學習，重點、難點內容安排網絡自學學時，使學生在線上對課堂上沒充分理解的內容以及章節的重點內容可以進行有目的的學習和復習。期望做到: 課程內容有的放矢、簡明易懂，方便學生自主學習; 學生的網絡反饋可使教師了解學生學習中困惑或興趣點，以便調整課堂教學的內容和進度。

　　三、教學效果及評價

　　( 一) 課程目標達成整體分析

　　以我校中德機械班為教改研究對象進行了為期兩年的教學改革，課程目標達成度計算結果表明該教改方案強化了教學效果，提升了教學質量。在兩輪期末試卷試題難度系數基本持平的情況下，比較 19、18 級中德機械的課程達成情況( 對比圖如圖 2 所示) :

　　( 1) 課程目標 1: 通過平時作業、隨堂測驗與期末考試考核了目標 1 的達成情況。該課程目標達成度為 0.740，說明學生初步具備了閱讀機械工程圖樣及公差技術要求的能力，與上一輪 18 級學生情況相比，達成度有所上升。針對上一輪課程目標達成度計算分析結果，本輪教學中強化了對相關基本概念掌握情況的過程考核，上課過程中多通過課堂提問、隨堂測驗等方式強化了基本功訓練。在后續教學中擬繼續采用本次教學中的措施，并給予學生更多獨立思考和訓練機會，同時強化過程考核。

　　( 2) 課程目標 2: 通過平時作業、隨堂測驗和期末考試考核了學生課程目標 2 的達成情況，該課程目標達成度為 0.695，接近 0.7，與上一輪 0.693 相比略有下降。說明學生構形能力及設計計算能力偏弱，導致失分較多。在后續教學中擬增加圖形創新設計與標注的工程案例，同時授課時放慢節奏; 增加實例講解，特別是提高課堂訓練強度，加大作業訓練，更多關注落后學生的學習情況，有針對性地進行一些課堂提問和課后輔導，從而提高整體教學效果。

　　( 3) 課程目標 3: 通過平時作業和期末考試考核了學生課程目標 3 的達成情況，該課程目標達成度為 0.811，與上一輪 0.790 相比有所上升。說明學生能綜合運用課程的知識進行零部件繪圖與標注。另一方面，本輪教學中增加了相應知識點的講解時間，增加實例的講解，并及時進行相應的課后輔導和答疑，使得學生能較好地掌握和運用相關知識內容。

　　( 4) 課程目標 4: 通過平時作業、實驗與期末考試考核了學生課程目標 4 的達成情況。對比上一輪達成情況，本輪該課程目標達成度由 0.80 提高至 0.835。針對上一輪課程目標達成度計算分析結果，在本輪教學中強化了課堂提問、課堂小練習等環節，實驗前增加了相應的輔導和講解，收到了較好效果。學生在實驗操作和期末考試中能夠體現運用計量器具對零部件精度進行檢測和實驗數據處理的能力。在后續教學中擬繼續采用本次教學中的措施，并更多地給予學生更多獨立思考和實驗訓練時間，同時強化過程考核。

　　( 二) 課程目標個體分析

　　19 中德機械班級學生個體達成情況進行具體分析: 有幾位學生課程目標 1、課程目標 2 和課程目標 3 達成情況比較差。主要原因: 這部分學生不能掌握基本概念和知識點，不能靈活運用知識點，未做好考前復習工作。從學生們解題的情況看，失分較多的是組合體尺寸標注、零件圖技術要求。原因是公差標注涉及的公差項目符號很多，要靈活運用需要花費較多時間并進行相應的訓練; 學生課后花時間不夠，沒有及時復習和答疑，更沒有針對性進行習題訓練，需要師生共同努力加強有針對性地訓練。

　　另外，因機械制圖與公差課程的內容概念、術語和定義較多，涉及的國家標準很多，對課程內容的理解和運用需要經過有一定時間的訓練和積累，少部分不能正確理解圖樣表達的信息，不能運用本門課程知識設定公差、標注圖樣是很正常的，這也直接影響了課程目標( 尤其是課程目標 2) 的達成情況。后續的教學工作中，應加強督促，進一步提高教學水平、改進教學方法和手段，強化過程考核，使學生能夠熟悉本專業領域中相關的技術標準、知識產權、產業政策和法律法規，能運用本門課程知識進行工程實踐，并知曉和理解環境保護和可持續發展的理念和內涵。

　　( 三) 分析結果對教學的提示

　　( 1) 授課中應加大實例講解的比例，加深學生對圖學和公差知識理解與運用。要更加重視課堂上與學生的互動，加強課后輔導，從而達到提高教學效果的目的。

　　( 2) 應加強學生課后預習和作業的監督，提高學生的自主學習能力。

　　( 3) 要強化學風建設，對少部分學生及時進行學業預警，盡力避免后進學生自暴自棄，導致學業困難。

　　四、結語

　　探索了面向工程教育的機械制圖與公差課程融合式教學模式，采用線上/線下混合式教學，引導大學生自主學習。機械制圖和公差課程以工程教育認證為引領，以學生為中心，在教學過程中按照培養目標和畢業要求，結合專業持續改進機制，將課程教學與工程實際應用相結合，通過融合式教學，使學生具備獨立獲取知識的能力、科學觀察和思維的能力，分析問題和解決問題的能力。