面向工程教育的机械制图和公差课程融合式教改研究

　　摘 要: 以中德机械专业学生为试验班，对机械制图与公差这两门课程进行相应改革，适应互联网时代、进行面向工程教育的教学改革，贯彻新的教育理念，加强学生的工程实践和创新能力的培养，重新组织、编排教学内容和教学环节，更新教学手段，以提高学生对两门专业基础课程知识的综合运用能力。

　　关键词: 机械制图; 公差; 教学改革; 工程教育

　　徐旭松; 蒋琴仙; 谢文涛; 范振敏， 科技风 发表时间：2021-10-30

　　机械制图课程与公差课程均为机械、车辆、模具等专业的专业技术基础课程，为后续专业课、课程设计与本科毕业设计的学习奠定基础。《机械制图》课程本质上是表达机械结构形状的工程语言，《机械精度设计与检测》( 公差课) 本质上是表达技术要求及其检测验证的工程语言。此两门课程教学内容的核心是工程语言的载体“图样”，使得学生能够绘制和阅读机械图样，能对图样中的技术要求进行正确的解释，能将技术要求正确地标注在图样上，因此该两门课程内容有“融合”教学的可能性和现实需求。

　　一、教学现状分析

　　《机械制图》是趣味性、挑战性及实用性都很强的课程，学生学习制图有一定的难度，学习的主要障碍为: 缺少空间思维和空间想象能力、自我约束力较差、不愿及时复习及动手绘图。《公差》课程知识的应用性和实践性较强，学生普遍反映课程概念和术语多、枯燥无趣，学的时候没想到用到何处，用的时候却忘记所学。在现行《机械制图》教材中， “零件的技术要求”等相关章节有涉及公差知识点的内容，而后续《公差》课程却又重复讲解相关知识点。学生上《机械制图》时由于公差内容的学时少，印象模糊，相关知识掌握不牢; 而上《公差》课时，《机械制图》已淡忘，一些学生看不懂机械图样，以至于两门课程的学习效果均有所欠缺[1]。

　　传统的线下课堂授课一般采用大班集中教学，老师按教学进程授课，不可能照顾到班上所有学生。同时，我校制图与公差课程组承担了全校的制图与公差课程，工作量巨大，任务繁重。学生遇到疑问不能与老师进行及时互动，难以及时得到答疑与解惑。因此，单一的“教师站在讲台上讲课，学生坐在座位上听课”教授模式难以有效地调动学生的学习热情，学生学习的趣味性和参与度不高，在一定程度上降低了学生学习兴趣和学习效率。另一方面，学生在学习前期接触的专业知识和机械零部件有限，对此两门课程在本专业中的作用和重要性认识不足; 同时，部分学生空间想象力差、主动性弱、不愿意动手动脑积极完成作业。

　　针对以上问题，本次改革将两门课程知识点进行融合打通，重新进行编排和组织教学，并借鉴其他高校“线上+ 线下”和“主动学习与协作学习”融合式教改经验进行教学改革研究[2]。“融合”与“混合”相比更强调“交织性”，强调在教学中的“线下教学中有线上布置作业和课程资源，线上为主教学中有线下指导、答 疑、解 惑”，彼 此 相融[3]。与混合式线上线下的教学模式相比，融合式教学模式将课堂线下课堂授课、指导解惑与网上教学交织在一起。在教改中把握两个要点: ( 1) 机械制图与公差课程融合式教学要打破知识点条块分割的结构模式，将《机械制图》( 表达机械结构形状的工程语言) 和《机械精度设计与检测》( 公差课-表达技术要求及其检测验证的工程语言) 课程内容进行整合。对课堂讲授、辅导答疑和网上自学进行一体化教学设计，以期达到线上/线下融合。( 2) 教学改革应有助于培养学生创新思维能力、动手实践能力，巩固、融会贯通专业基础课程知识，以确保大学生就业后能胜任业务工作为目的。

　　二、改革方案与途径

　　( 一) 教改方案设计

　　教学依托线上/线下教学资源，按照课堂讲授、指导答疑和网上自学进行一体化教学设计，便于学生进行融合式学习。要求线上/线下资源能支撑一体化教学，并达到课堂教学、面授导学和网上自学的深度融合。将总的学时分成线下课堂讲授和线上网络自学两部分，通过构建多个相对独立的教学单元，达成一系统完整的教学总目标，按照 “课堂上现场讲授-线上/线下辅导答疑-线上网络平台自学”顺序，借助于专门网络教学平台进行课前预习、课堂重难点讲解和课后网上复习、答疑。各环节互为联系与补充，后一环节对前一环节的教学效果进行评价，从而给教师和学生同时提供及时的反馈信息; 课堂上现场教学、线上线下指导答疑与线上网络平台自学这三个过程相互依存，互相渗透，循环巩固[2-5]。教改方案设计如图 1 所示。

　　( 二) 课时和知识点调整

　　打破知识点条块分割的结构模式，对《机械制图》与《公差》进行整合并非将两门课程简单地合并。应以《机械制图》的教学为主线，将《公差》课程的主要教学内容恰当地融入有关施教环节，并注重学生动手实践，培养学生的空间思维和创新能力。整合以后的新课程定名为《机械制图与公差》，总学时为 128，分 2 学期，每学期 64 学时，每周 4 学时。知识点融合: 如在“组合体尺寸标注”中融入 “尺寸”，在“零件图”中融入“尺寸公差、几何公差、表面粗糙度”，在“装配图”中融入“公差与配合”，在“制图测绘” 中融入“计量器具的使用”。对零件图和装配图的识读和绘制、零件技术要求及零部件测绘进行强化，找准切入点，实现内容的有机融合。

　　( 三) 实现途径

　　采用课堂教学为主和网络自学为辅的教学方式，课堂教学按照教学大纲和教学方案执行，并辅以课堂讨论、习题课，教学过程中采用的多媒体课件以教学大纲、精品教材为蓝本，有清晰且简明的授课进程表、例题讲解及动画视频，既有可对教学内容进行直接再现，又增加了有助于讲授的多种多媒体表现手段。课堂练习和课后作业是课堂教学必备的辅助手段。通过课堂练习和课后作业，可以使得学生能巩固所学知识，增加知识点的理解和掌握，同时对学生学习状况有一定的把控和约束，并起到督促学生复习的作用。网络自学是基于资源的学习，重点、难点内容安排网络自学学时，使学生在线上对课堂上没充分理解的内容以及章节的重点内容可以进行有目的的学习和复习。期望做到: 课程内容有的放矢、简明易懂，方便学生自主学习; 学生的网络反馈可使教师了解学生学习中困惑或兴趣点，以便调整课堂教学的内容和进度。

　　三、教学效果及评价

　　( 一) 课程目标达成整体分析

　　以我校中德机械班为教改研究对象进行了为期两年的教学改革，课程目标达成度计算结果表明该教改方案强化了教学效果，提升了教学质量。在两轮期末试卷试题难度系数基本持平的情况下，比较 19、18 级中德机械的课程达成情况( 对比图如图 2 所示) :

　　( 1) 课程目标 1: 通过平时作业、随堂测验与期末考试考核了目标 1 的达成情况。该课程目标达成度为 0.740，说明学生初步具备了阅读机械工程图样及公差技术要求的能力，与上一轮 18 级学生情况相比，达成度有所上升。针对上一轮课程目标达成度计算分析结果，本轮教学中强化了对相关基本概念掌握情况的过程考核，上课过程中多通过课堂提问、随堂测验等方式强化了基本功训练。在后续教学中拟继续采用本次教学中的措施，并给予学生更多独立思考和训练机会，同时强化过程考核。

　　( 2) 课程目标 2: 通过平时作业、随堂测验和期末考试考核了学生课程目标 2 的达成情况，该课程目标达成度为 0.695，接近 0.7，与上一轮 0.693 相比略有下降。说明学生构形能力及设计计算能力偏弱，导致失分较多。在后续教学中拟增加图形创新设计与标注的工程案例，同时授课时放慢节奏; 增加实例讲解，特别是提高课堂训练强度，加大作业训练，更多关注落后学生的学习情况，有针对性地进行一些课堂提问和课后辅导，从而提高整体教学效果。

　　( 3) 课程目标 3: 通过平时作业和期末考试考核了学生课程目标 3 的达成情况，该课程目标达成度为 0.811，与上一轮 0.790 相比有所上升。说明学生能综合运用课程的知识进行零部件绘图与标注。另一方面，本轮教学中增加了相应知识点的讲解时间，增加实例的讲解，并及时进行相应的课后辅导和答疑，使得学生能较好地掌握和运用相关知识内容。

　　( 4) 课程目标 4: 通过平时作业、实验与期末考试考核了学生课程目标 4 的达成情况。对比上一轮达成情况，本轮该课程目标达成度由 0.80 提高至 0.835。针对上一轮课程目标达成度计算分析结果，在本轮教学中强化了课堂提问、课堂小练习等环节，实验前增加了相应的辅导和讲解，收到了较好效果。学生在实验操作和期末考试中能够体现运用计量器具对零部件精度进行检测和实验数据处理的能力。在后续教学中拟继续采用本次教学中的措施，并更多地给予学生更多独立思考和实验训练时间，同时强化过程考核。

　　( 二) 课程目标个体分析

　　19 中德机械班级学生个体达成情况进行具体分析: 有几位学生课程目标 1、课程目标 2 和课程目标 3 达成情况比较差。主要原因: 这部分学生不能掌握基本概念和知识点，不能灵活运用知识点，未做好考前复习工作。从学生们解题的情况看，失分较多的是组合体尺寸标注、零件图技术要求。原因是公差标注涉及的公差项目符号很多，要灵活运用需要花费较多时间并进行相应的训练; 学生课后花时间不够，没有及时复习和答疑，更没有针对性进行习题训练，需要师生共同努力加强有针对性地训练。

　　另外，因机械制图与公差课程的内容概念、术语和定义较多，涉及的国家标准很多，对课程内容的理解和运用需要经过有一定时间的训练和积累，少部分不能正确理解图样表达的信息，不能运用本门课程知识设定公差、标注图样是很正常的，这也直接影响了课程目标( 尤其是课程目标 2) 的达成情况。后续的教学工作中，应加强督促，进一步提高教学水平、改进教学方法和手段，强化过程考核，使学生能够熟悉本专业领域中相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规，能运用本门课程知识进行工程实践，并知晓和理解环境保护和可持续发展的理念和内涵。

　　( 三) 分析结果对教学的提示

　　( 1) 授课中应加大实例讲解的比例，加深学生对图学和公差知识理解与运用。要更加重视课堂上与学生的互动，加强课后辅导，从而达到提高教学效果的目的。

　　( 2) 应加强学生课后预习和作业的监督，提高学生的自主学习能力。

　　( 3) 要强化学风建设，对少部分学生及时进行学业预警，尽力避免后进学生自暴自弃，导致学业困难。

　　四、结语

　　探索了面向工程教育的机械制图与公差课程融合式教学模式，采用线上/线下混合式教学，引导大学生自主学习。机械制图和公差课程以工程教育认证为引领，以学生为中心，在教学过程中按照培养目标和毕业要求，结合专业持续改进机制，将课程教学与工程实际应用相结合，通过融合式教学，使学生具备独立获取知识的能力、科学观察和思维的能力，分析问题和解决问题的能力。