基于阀芯设计《画法几何与机械制图》课程教学创新

苏晓珍 解文辰 燕浩 张晨

摘要：针对教学中课堂抬头率低、知识工程应用不明确和课后不会学习与思考这三大“痛点”。本文进行教学改革和创新，提出了“一次课解决一个工程问题”的中心思想，通过“提出工程问题+学习解决办法+解决工程案例的3个+”模式进行教案设计，以阀芯设计工艺流程开展课程设计。结果表明，教学改革创新效果显著，主要体现在挂科率降低，抬头率升高。学到的知识、能力得到综合运用，学生多次参加比赛，并取得优异成绩。

关键词：阀芯设计;教学创新;画法几何;机械制图

中图分类号：TH311                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）07-0240-02

0  引言

“十四五規划”的到来，预示着中国工业的崛起更加快速，作为机械设计的教育者，以培养适应社会需要的技术应用能力为核心迈向转型的道路，课程实践教学改革也就成为了重点[1-2]。

《画法几何与机械制图》是一门研究如何绘制与阅读机械工程图样的学科。通过研究三维形状与二维图形之间的一一映射规律，进行工程图样的画图、看图实践。旨在培养空间想象能力和空间思维能力，以及分析问题及解决问题的能力[3]。培养学生的责任感和使命感，养成严格遵守各种标准规定。该课程是高等院校工程类专业必修的基础课程，也对后续学习有着承上启下的作用，大学学习过程中具有重要的地位。因此课程的教学创新有较深的实践意义[4]。

本文内燃机用阀芯为例，对阀芯的设计、绘制图形、加工工艺、成品展示为主要内容开展教学设计。本着理论学习为核心，工程应用为导向的目的建设课程，一次课程中及学习了理论知识，又对阀芯设计的全过程进行了掌握。

1  目前存在的“痛点”

本课程多于工程类专业大一第一学期开设，对于刚从高中毕业的同学而言，大学这种教学速度快，信息量大，知识点多的教学方式的适应还需要时间，具体“痛点”表现如下：①手机的吸引力大，上课时低头一族蔓延开来。大学生手机是标配，上课过程中对手机的管控没有明文规定，限制学生使用手机也是心有余而力不足，老师在上讲课，学生在下玩手机的现象层出不穷。②未来职业还未规划，课程的工程应用不明确。刚从高中的重压下解放，同学们都在放松，几乎没人会考虑以后的生活和工作，认为还很遥远，课堂上的理论知识觉得没有用处。③沉浸于多媒体的新奇中，忽略了对知识的学习与思考。

2  以设计阀芯为目的教学创新思路

课程创新改革解决抬头率是关键，学生头抬起来，思维动活起来才能谈教学效果。而解决抬头率需要多管齐下：

①精心设计教案，提出问题、分析问题、解决问题，以问题为主线，以思维训练为目标，通过调整师生关系，形成和谐的“互动”，产生教学共振，提高学生的参与兴趣。

②设计大量动画模型和实物模型吸引学生好奇心。

③追求“时髦”，课堂知识融入当下最新科研成果，提高教学内容的高阶性，吸引学生的注意力。

创新能力培养，重组教学内容。每一次课都解决一个实际的工程问题，从研发到生产，真正达到学有所长、学有所用的教育目的。既要回归传统又要保留现代教学手段，根据教学内容的特点和教学的实际情况灵活选取不同的教学手段。通过使用自己编写出版的教材和习题册，达到教学目标和内容更精准。建立线上课程，以供学生课前课后学习。

3  以设计阀芯为目的教学亮点

“一次课解决一个实际的工程问题”为指导思想进行课程创新，通过“提出工程问题+学习解决办法+解决工程案例的3个+”模式进行课程创新建设，以《画法几何与机械制图》中的第四章立体投影中的第二节曲面立体为例，这一节的教学目标如下：

①掌握曲面立体三面投影的画法及其表面上取点、画线的方法。

②掌握曲面立体截交线的投影性质和绘制方法。

③了解并熟悉身边生活用品、零件设备、建筑物等表面的截交线特征，提升对曲面立体截交线形状的形象思维能力和图形推理能力（如图1）案例。

④熟练运用本节理论知识运用到实际工程中，抬头率95%以上。

《画法几何与机械制图》中的第四章立体投影中的第二节曲面立体具体教学创新内容如下：①通过疫情为引入激发学生的爱国情怀，激发强烈的“为振兴中华而读书”的使命感，学习热情升高，上课的积极性提高，玩手机的愧疚感增加。②以生产口罩的机器零件（阀芯）实例生产工艺，提出工程画图问题（图2），引起同学的兴趣，怎么把第三视图画出来成为听课动力，边学习理论知识就位思考工程应用。③学习理论知识引导学生设计完成实际工程绘图，课程留十分钟让同学利用学的理论知识完成前面留的第三视图。④同学完成工程图后利用软件画出三维图，对后续学习软件打下基础，采用前沿的3D打印技术打印出学生设计的工程图样（图3），由平面直接转成立体，看着自己画的图通过3D打印出来（图4），成就感满满，加上新颖的3D打印技术的铺垫，本次课程的设计即饱满又丰富。

通过上述的4个步骤为主线，添加提问，设计讲课错误让同学发现，课堂小测等教学活动，及时了解学生课堂吸收能力和状态调整讲课速度。

4  以设计阀芯为目的教学方法

挖掘开发了“七窍”中的“五窍”用于日常线上教学中：

4.1 “五窍”—眼的使用

研究表明，人们从语言形式获得的知识大约能够记忆15%，而同时运用视觉、听觉则可接受知识的65%左右，因此眼的利用率對于知识的吸收至关重要。

①改进教学课件适应线上教学：在线教学要明确形象的表达出几何形象，笔者着手改进PPT，综合应用文字、图片、动画和视频等资料，图文并茂、声像结合、数形结合，使得内容更加直观、形象、生动。在教学过程中引入适当的软件，培养学生动手能力。复习课上，加入一些知识系统图示，带领学生更加系统全面地回顾，省去了不少板书的时间。通过营造这种教学环境，增强学生的直观感，进一步加深学生对内容的理解，有效扩展课时容量，提高了学习效率，激发他们的学习兴趣。

②加入模型动画促进线上观摩：线上课堂展示模型动画，学生通过看得见、感受得到的现象，使学生在良好地情绪状态中学习，很容易调动学生的积极性，在学习过程中，学生学习气氛热烈，全身心积极投入到模型动画的观察、思考中去，充分调动了学生学习的积极性，真正地由要我学转变成我要学的积极学习状态中去。

4.2 “五窍”—（嘴）手的使用

线上课堂互动真正成为师生对话、交流和了解的平台，学生主动参与到课堂有助于提高课堂效率。爱因斯坦说过：提出一个问题往往比解决一个问题更重要。而课堂提问互动是课堂教学的重要手段之一，是教师开启学生心智、促进学生思维、增强学生的主动参与意识的重要手段。线上授课中，利用超星学习通上的讨论应用一层一层的设计提问，让同学边思考便回答，动嘴转化成线上动手过程就是大脑加速思考的过程，原来看似神秘难懂的知识，在同学们的互动中逐渐解开知识的面纱。课堂气氛也随之活跃起来，本来不太理解的知识，在这种气氛中教学难点逐渐被突破。

4.3 “五窍”—耳的使用

线上教学中语言作为授课的主要工具，怎么才能让学生愿意听，喜欢听，听过能记住是教学的重点研究内容。首先讲课精神饱满，有热情，声音要根据知识的难点和重点要有起伏。其次设计好教授情节，靠知识的新颖性吸引学生，靠深入浅出的讲解吸引学生，能将抽象复杂的知识用学生容易理解的语言简明扼要地进行讲授，还不失知识的科学性。最后讲课过程中要“大道至简”，用最简单的词语让学生理解复杂的内容，防止左耳进右耳出。提高学生耳朵法人使用效率。遵循以上原则笔者把课件录成10分钟左右的小视频上传到超星学习通中，还可以实时把控学生的学习进度，提醒没有及时学习的同学。

5  结语

本文以设计内燃机阀芯工艺流程为核心的，结合《中国教育现代化2035》八大基本理念在课堂的运用进行教学设计，充分体现了教育为人民服务，为中国共产党治国理政服务，为巩固和发展中国特色社会主义制度服务，为改革开放和社会主义现代化建设服务的思想。利用“一次课解决一个实际的工程问题”创新课程建设效果显著，近几年的挂科率由最初的15%降低到3%，多次参加大规模机械模型比赛，并取得优异成绩。

参考文献：

[1]张正彬，何平，汪日光，等.地方应用型高校工程制图课程的教学改革探索——以安徽建筑大学为例 [J].合肥工业大学学报：社会科学版，2019，33（4）：129-133.

[2]郑东海 .“画法几何与机械制图”课程教学改革实践 [J].新课程研究，2016（8）：27-29.

[3]孔宪庶，谢军，宋景凯，等.机械类工程图教学改革的研究与实践[J].工程图学学报，2000，21（4）：37-42.

[4]李聪，杜春平，徐成福，等 .基于微课模式高校机械类专业《工程制图》教学改革研究 [J].科技资讯，2017（2）：127.

基金项目：省级线下课程——画法几何与机械制图（2020kfkc173）。横向课题——水泵水力设计和性能预测软件技术成果转化。

作者简介：苏晓珍（1987-），女，安徽合肥人，硕士，系支部书记，讲师，从事流体机械及工程研究工作。