白 旭 王志標(biāo) 羅小芳

1.江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院 江蘇鎮(zhèn)江 212003 2.渤海船舶重工有限責(zé)任公司船舶設(shè)計(jì)研究院 遼寧葫蘆島 125001 3.江蘇科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 江蘇鎮(zhèn)江 212003

隨著《教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》的發(fā)布及“新工科研究與實(shí)踐”項(xiàng)目的啟動(dòng)，“新工科”成為當(dāng)前工程教育領(lǐng)域的熱門話題，激發(fā)了人們對(duì)新時(shí)期工程人才培養(yǎng)的內(nèi)涵特征、“新工科”建設(shè)與發(fā)展路徑的深思[1]。

當(dāng)前我國(guó)工科人才培養(yǎng)存在目標(biāo)定位不清晰，工科教學(xué)理科化，對(duì)通識(shí)教育與工程教育、實(shí)踐教育與實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間的關(guān)系和區(qū)別存在模糊認(rèn)識(shí)，工程教育與行業(yè)企業(yè)實(shí)際脫節(jié)太大，工科學(xué)生存在綜合素質(zhì)與知識(shí)結(jié)構(gòu)方面的缺陷[2]等問(wèn)題，“新工科”是指在新形勢(shì)、新環(huán)境、新需求下，如何培養(yǎng)新型的工科學(xué)生，是對(duì)工科學(xué)科建設(shè)的優(yōu)化再造和內(nèi)容升級(jí)，以及對(duì)于未來(lái)工科學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方式和培養(yǎng)內(nèi)容的探索[1]。

船舶與海洋工程專業(yè)作為我國(guó)工科教育體系的重要組成部分之一，是主要培養(yǎng)具備現(xiàn)代船舶與海洋工程設(shè)計(jì)、制造和技術(shù)研發(fā)的基本技能，計(jì)算機(jī)編程及應(yīng)用能力，能在船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)、制造、科研、檢驗(yàn)和管理等部門從事相關(guān)工作的工程技術(shù)人才[3]?！靶鹿た啤钡奶岢鰧?duì)船舶與海洋工程專業(yè)人才的培養(yǎng)也提出了新的要求，特別是《中國(guó)制造2025》把海洋工程裝備和高技術(shù)船舶作為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一加快推進(jìn)[4]，使得進(jìn)行深入的探討和改革具有緊迫性。

船體制圖作為船舶與海洋工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，是一門理論和實(shí)踐性均很強(qiáng)的課程，具有專業(yè)典型性，其教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定以及教學(xué)效果的好壞很大程度上影響了學(xué)生對(duì)整個(gè)專業(yè)的理解和專業(yè)素養(yǎng)的形成。因此，本文針對(duì)“新工科”背景下船體制圖課程的教學(xué)展開(kāi)深入的研究，一方面，深入分析“新工科”對(duì)船體制圖課程教學(xué)提出的新問(wèn)題及相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方法；另一方面，以點(diǎn)帶面，為船舶與海洋工程專業(yè)如何符合“新工科”的要求以及進(jìn)行改革提供參考。

1 “新工科”背景下船體制圖課程教學(xué)的挑戰(zhàn)

“新工科”是隨著新工業(yè)革命(第四次工業(yè)革命)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的。工程領(lǐng)域呈現(xiàn)出的諸多新發(fā)展趨勢(shì)也將影響著高等教育系統(tǒng)的演變和人才培養(yǎng)。

智能制造是《中國(guó)制造2025》的主攻方向，也是船舶工業(yè)的重要趨勢(shì)。與傳統(tǒng)制造模式相比，智能制造突出了知識(shí)(即信息)在制造活動(dòng)中的價(jià)值。船舶產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品種類繁多，產(chǎn)品和工藝的復(fù)雜程度不同，制造周期不同，部件特點(diǎn)各異，生產(chǎn)批量不定，因此在實(shí)現(xiàn)高效、有序、均衡、柔性的生產(chǎn)上具有更大的難度。并且隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、精細(xì)化及功能的多樣化，產(chǎn)品在制造和管理過(guò)程中產(chǎn)生的信息量呈爆炸式增長(zhǎng)趨勢(shì)，如何優(yōu)化系統(tǒng)的形態(tài)，提高其信息處理的能力和效率成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)。智能制造、信息化等工業(yè)工程的趨勢(shì)也對(duì)未來(lái)人才的定義進(jìn)行了更新，2012年美國(guó)國(guó)家科學(xué)院發(fā)布的一份報(bào)告指出“21世紀(jì)的技能”是人類能力的重要維度，由認(rèn)識(shí)、內(nèi)省和人際三類能力構(gòu)成(如圖1所示)，如有效的交流、批判性思維、系統(tǒng)思維、問(wèn)題解決、協(xié)同合作、數(shù)據(jù)決策、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和自我管理等技能[5]。工業(yè)和商業(yè)屆越來(lái)越要求工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的“21世紀(jì)的技能”。

圖1 “21世紀(jì)的技能”結(jié)構(gòu)[5]

能力與學(xué)習(xí)成果都可以描述學(xué)生在具體課程和專業(yè)學(xué)習(xí)中所獲得的學(xué)習(xí)成就，能力一般用于描述學(xué)生畢業(yè)后所具有的大知識(shí)、技能和行為，學(xué)習(xí)成果則是非常具體地描述學(xué)生完成一門課程后可以做的事情，是可以測(cè)量或評(píng)估的。

根據(jù)“新工科”對(duì)人才能力的要求，周開(kāi)發(fā)提出了新工科學(xué)生應(yīng)達(dá)成的6項(xiàng)本質(zhì)性學(xué)習(xí)成果：(1)人文、科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)；(2)智力與實(shí)踐技能基礎(chǔ)；(3)職業(yè)能力；(4)倫理、價(jià)值、態(tài)度與行為；(5)社區(qū)與全球意識(shí)；(6)綜合與應(yīng)用學(xué)習(xí)[5]。因此，在工程專業(yè)課程的教學(xué)中，應(yīng)明確這6項(xiàng)本質(zhì)性學(xué)習(xí)成果的目標(biāo)性作用。

針對(duì)船舶與海洋工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程船體制圖，教學(xué)內(nèi)容上主要是船體制圖的有關(guān)規(guī)定、型線圖、總布置圖、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、中橫剖面圖、基本結(jié)構(gòu)圖、肋骨型線圖與外板展開(kāi)圖等的識(shí)讀與繪制，要求學(xué)生在理解船體制圖特點(diǎn)的基礎(chǔ)上逐步掌握船體圖樣繪制的方法和技巧，提升讀圖和繪圖的能力。受以往人才能力培養(yǎng)目標(biāo)的局限性以及課程教學(xué)時(shí)數(shù)、教學(xué)方法的影響，這一定位目標(biāo)，并不能滿足當(dāng)前船舶工業(yè)的需要，也限定了船舶工業(yè)對(duì)“新工科”人才能力培養(yǎng)的發(fā)展。

船體制圖首先是一門交流語(yǔ)言，是船舶設(shè)計(jì)部門、建造企業(yè)等相關(guān)人員規(guī)范化交流的唯一途徑，是保證船舶建造質(zhì)量的第一關(guān)鍵。另外，船體結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，應(yīng)用性和功能性較強(qiáng)，涉及的具體信息眾多。隨著信息化和智能制造在船舶行業(yè)的推進(jìn)，船體制圖已實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化。然而，當(dāng)前多數(shù)相關(guān)高校針對(duì)船體制圖課程的教學(xué)主要是課堂講授，加上學(xué)生基礎(chǔ)個(gè)體差異很大，空間思維表達(dá)能力較差，造成教師難教學(xué)，學(xué)生難學(xué)習(xí)，課程結(jié)束后學(xué)生難以達(dá)到本質(zhì)性的學(xué)習(xí)成果：(1)精確熟練掌握制圖語(yǔ)言；(2)可自主完成船體圖紙的繪制；(3)通過(guò)計(jì)算機(jī)自主繪制船體相關(guān)圖紙。如何在船體制圖課程的教學(xué)中使得學(xué)生達(dá)到本質(zhì)性學(xué)習(xí)成果的目的，是“新工科”背景下的挑戰(zhàn)。

2 船體制圖課程的教學(xué)模式現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，已經(jīng)有不少船舶與海洋工程專業(yè)的教學(xué)工作者對(duì)船體制圖課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探討和研究。李永正等對(duì)教學(xué)方法上采用多模式、教學(xué)手段上采用課件與模型庫(kù)相結(jié)合、考核方式上重視平時(shí)成績(jī)等方面對(duì)船體制圖課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索，同時(shí)結(jié)合教學(xué)實(shí)踐以及問(wèn)卷調(diào)查等方法對(duì)教學(xué)改革的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)和總結(jié)，改革效果顯著[6]。謝玲玲對(duì)船體制圖的教學(xué)方法改革進(jìn)行了探討，提出了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、教學(xué)內(nèi)容通俗化和課程重點(diǎn)是提高教學(xué)效果的有限模式；提出了利用現(xiàn)代化教學(xué)手段是提高船體制圖教學(xué)效果的有效措施；對(duì)于工程實(shí)踐結(jié)合緊密的制圖課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討，提出了一系列積極有效的措施[7]。張滌非針對(duì)船體結(jié)構(gòu)內(nèi)容多、圖多、不易表達(dá)的特點(diǎn)，運(yùn)用相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件將船體結(jié)構(gòu)、船體制圖、計(jì)算機(jī)繪圖三門課程的主干內(nèi)容進(jìn)行了重組，制成了船體結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)制圖多媒體教學(xué)課件[8]。筆者曾提出了利用智能手機(jī)等移動(dòng)終端的智能交互式課堂教學(xué)模式，并研究將其在船體制圖課程上進(jìn)行應(yīng)用[9]?，F(xiàn)有針對(duì)船體制圖課程教學(xué)模式的研究多集中在教學(xué)手段以及教學(xué)方法的改變上，多是針對(duì)船體結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、類型眾多、圖紙表達(dá)煩瑣、學(xué)生三維思維困難、不易掌握的特點(diǎn)，主張采用多種手段祈求能夠給學(xué)生一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，使得學(xué)生易于掌握知識(shí)點(diǎn)。但是，本質(zhì)上都是讓學(xué)生更易于達(dá)到原本應(yīng)該達(dá)到的學(xué)習(xí)成果(船體制圖的識(shí)讀與繪制)，而無(wú)法達(dá)到“新工科”所要求達(dá)成的6項(xiàng)本質(zhì)性學(xué)習(xí)成果。

因此，在船體制圖課程的教學(xué)改革上，不應(yīng)是單純的方法和手段上的改革，而應(yīng)是教學(xué)指導(dǎo)思想改變后的改革，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是教學(xué)思想要轉(zhuǎn)到語(yǔ)言上來(lái)；二是教學(xué)目的要轉(zhuǎn)到能力上來(lái)；三是教學(xué)內(nèi)容要轉(zhuǎn)到應(yīng)用上來(lái)。

3 船體制圖課程教學(xué)的過(guò)程控制及問(wèn)題導(dǎo)向

問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)(PBL，Problem-based learning)是針對(duì)問(wèn)題解決過(guò)程所進(jìn)行的學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)講授為主的課堂教學(xué)相比，更加注重學(xué)生獲取知識(shí)的過(guò)程，因此理論上更容易完成“新工科”對(duì)課程教學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的要求。而如何能夠有效地達(dá)到要求，就在于課程的教學(xué)過(guò)程以及導(dǎo)向問(wèn)題的設(shè)計(jì)。并且研究已經(jīng)表明，在所實(shí)施的問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)中，設(shè)計(jì)的問(wèn)題并非總是有效的。無(wú)效的問(wèn)題不僅會(huì)影響到學(xué)生獲得足夠的領(lǐng)域知識(shí)，也會(huì)影響到學(xué)生問(wèn)題解決能力以及高階思維能力的發(fā)展。

美國(guó)北達(dá)科他州大學(xué)洪暐博士于2006年就面向問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)提出了問(wèn)題設(shè)計(jì)的3C3R模型。3C3R問(wèn)題設(shè)計(jì)模型由兩類成分所組成：核心成分和過(guò)程成分(如圖2所示)。核心成分包括內(nèi)容、情境和聯(lián)系(content, context and connection)，用以支持內(nèi)容/概念學(xué)習(xí)；過(guò)程成分包括探究、推理和反思(researching, reasoning and reflecting)，關(guān)注學(xué)習(xí)者的認(rèn)知學(xué)習(xí)過(guò)程用以支持問(wèn)題解決技能和自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)中的認(rèn)識(shí)過(guò)程。圍繞3C3R問(wèn)題設(shè)計(jì)模型洪暐博士提出了9個(gè)設(shè)計(jì)步驟：第一步，設(shè)定目的和目標(biāo)；第二步，進(jìn)行內(nèi)容/任務(wù)分析；第三步，分析和描述情境；第四步，選擇和生成PBL問(wèn)題；第五步，進(jìn)行PBL問(wèn)題可用性分析；第六步，進(jìn)行對(duì)應(yīng)性分析；第七步，進(jìn)行校準(zhǔn)過(guò)程；第八步，構(gòu)建反思成分；第九步，檢驗(yàn)3C3R成分間的相互支持關(guān)系[10]。9個(gè)設(shè)計(jì)步驟既強(qiáng)調(diào)了問(wèn)題的靜態(tài)特征(內(nèi)容、情境和聯(lián)系)，又強(qiáng)調(diào)了問(wèn)題的動(dòng)態(tài)特征(探究、推理和反思)。

圖2 3C3R問(wèn)題設(shè)計(jì)模型[10]

船體制圖課程的教學(xué)內(nèi)容主要是船體制圖的有關(guān)規(guī)定、型線圖、總布置圖、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、中橫剖面圖、基本結(jié)構(gòu)圖、肋骨型線圖與外板展開(kāi)圖等，其中船體制圖的有關(guān)規(guī)定既獨(dú)立成章，又貫穿于其他每一類制圖的學(xué)習(xí)中，下文以型線圖為例說(shuō)明采用3C3R模型進(jìn)行船體制圖課程教學(xué)過(guò)程控制與問(wèn)題導(dǎo)向設(shè)計(jì)的過(guò)程。

型線圖的學(xué)習(xí)內(nèi)容主要包括型線圖的概念和組成、三視圖之間的關(guān)系、各個(gè)型線和尺寸標(biāo)注的意義、型值表的意義，并掌握型線圖的繪制步驟和方法，主要包含了三視圖、尺寸標(biāo)注以及繪制步驟和方法三部分。結(jié)合“新工科”提出的要求，型線圖教學(xué)的目標(biāo)應(yīng)是使得學(xué)生通過(guò)型線圖的學(xué)習(xí)掌握型線的表達(dá)方法，腦海中能夠自由地在船體實(shí)際型線與型線圖之間轉(zhuǎn)換?；谶@一目標(biāo)，教學(xué)過(guò)程中給學(xué)生設(shè)定的情境為型線的船體放樣過(guò)程。生成的PBL問(wèn)題主要有：(1)船舶外形為什么是光順的；(2)船首/尾外形以及沿長(zhǎng)度方向變化的特點(diǎn)；(3)船外形沿高度方向變化的特點(diǎn)；(4)船舶型線圖為什么必須采用標(biāo)高投影的方式；(5)型線圖上的線條依據(jù)船舶外形可以分為幾類；(6)為什么必須有型值表；(7)如果你是放樣人員，你希望看到什么樣的船舶型線圖。

結(jié)合上述給出的PBL問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中，教師需要借助影像資料以及三維效果圖等形象化的教學(xué)手段將船舶外形、型線放樣過(guò)程等具體化，然后依次將PBL的問(wèn)題拋給學(xué)生，要求學(xué)生思考，不論對(duì)錯(cuò)允許學(xué)生說(shuō)出自己的看法，在具體的過(guò)程中給出合理的評(píng)價(jià)以及正確的引導(dǎo)。例如，針對(duì)問(wèn)題(3)，引導(dǎo)學(xué)生思考自己認(rèn)為可以有幾種類型的高度外形變化(如圖3所示)，進(jìn)而提出不同的高度外形變化會(huì)導(dǎo)致什么樣的船舶性能(并指出哪一類性能)，學(xué)生經(jīng)過(guò)探究、推理確定高度外形特點(diǎn)后引出問(wèn)題(4)、問(wèn)題(5)，激發(fā)學(xué)生反思，引出問(wèn)題(6)和問(wèn)題(7)。

圖3 船舶型線高度特點(diǎn)

結(jié)合船體制圖課程內(nèi)容和目的，合理設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)向的問(wèn)題，并在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生探究、推理以及反思以使學(xué)生達(dá)到“新工科”的學(xué)習(xí)成果要求。而問(wèn)題的設(shè)計(jì)也是在控制過(guò)程中教師和學(xué)生共同動(dòng)態(tài)地完成的。

4 結(jié)語(yǔ)

“新工科”建設(shè)對(duì)船舶與海洋工程專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了新的要求，從而引發(fā)相關(guān)課程教學(xué)的改革。本文針對(duì)具有典型性的船舶與海洋工程專業(yè)基礎(chǔ)必修課程船體制圖，分析了目前船體制圖課程的教學(xué)現(xiàn)狀，并結(jié)合新工科提出的新的要求分析了以講授為主的課堂教學(xué)模式存在的不足。最后采用3C3R問(wèn)題設(shè)計(jì)模型，針對(duì)存在的不足提出了船體制圖課程教學(xué)的過(guò)程控制方法及問(wèn)題導(dǎo)向。