蘇文桂

（廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

0 引言

智能制造是工業(yè)化與信息化深度融合的產(chǎn)物。隨著中國(guó)智能制造戰(zhàn)略的大力推進(jìn)，數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型已成為制造企業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)[1]。在2021世界智能制造大會(huì)上，中國(guó)工程院院士周濟(jì)指出人才是智能制造發(fā)展的第一資源[2]。智能制造需要具備家國(guó)情懷、科學(xué)精神、創(chuàng)新能力、大工程觀的交叉復(fù)合型人才。高校是智能制造人才培養(yǎng)的第一陣地，課程是高校人才培養(yǎng)的核心要素，高質(zhì)量的課程是實(shí)現(xiàn)智能制造人才培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)支點(diǎn)。

“機(jī)械制圖”課程是高校工科各專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用投影原理和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制和理解工程圖樣，運(yùn)用形體表達(dá)方法進(jìn)行復(fù)雜機(jī)件的工程表達(dá)；培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題的創(chuàng)新思維和綜合能力，適應(yīng)復(fù)雜多變的工程需求。授課對(duì)象為大學(xué)一年級(jí)學(xué)生。本文對(duì)標(biāo)智能制造人才培養(yǎng)需求和當(dāng)前“機(jī)械制圖”課程教學(xué)痛點(diǎn)，探索“機(jī)械制圖”課程教學(xué)改革。

1 智能制造背景下機(jī)械制圖課程面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

1.1 產(chǎn)品表達(dá)的方式發(fā)生了變化

工程圖是工程界交流的語(yǔ)言，在整個(gè)制造過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，要實(shí)現(xiàn)智能制造，首先需要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的制造業(yè)中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程采用“二維設(shè)計(jì)-二維表達(dá)”設(shè)計(jì)方式，二維工程圖是傳遞設(shè)計(jì)信息的載體和工具。設(shè)計(jì)人員將產(chǎn)品的三維構(gòu)思采用適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)方式設(shè)計(jì)出二維工程圖。在制造單元，加工制造人員通過(guò)二維工程圖樣了解設(shè)計(jì)要求，還原出的三維模型進(jìn)行產(chǎn)品制造。在智能制造背景下，數(shù)字與智能貫通設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造的每一環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式改變?yōu)檎蛟O(shè)計(jì)，工程表達(dá)從二維向三維轉(zhuǎn)變。數(shù)字化設(shè)計(jì)制造環(huán)境下，設(shè)計(jì)和制造過(guò)程采用“三維設(shè)計(jì)-二維表達(dá)”、“三維設(shè)計(jì)-三維表達(dá)”的方式，三維幾何模型信息貫穿產(chǎn)品全生命周期，工程圖的內(nèi)涵不再局限于二維圖紙[3]。傳統(tǒng)的“機(jī)械制圖”課程教學(xué)從投影理論開(kāi)始，著重講授二維制圖，再?gòu)亩S圖樣延伸至三維建模，教學(xué)內(nèi)容不能很好地適應(yīng)智能化設(shè)計(jì)和制造的要求。

1.2 智能制造需要高質(zhì)量的人才推動(dòng)

中國(guó)工程院院士周濟(jì)指出：智能制造人才隊(duì)伍大而不強(qiáng)，特別表現(xiàn)在富有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的智能制造人才隊(duì)伍建設(shè)上，這是我們的短板和劣勢(shì)。智能制造的“人-信息-物理”系統(tǒng)中，制造是主體、智能是主導(dǎo)、人是主宰。推進(jìn)發(fā)展智能制造，最根本的要靠“人”，智能制造人才為本[2]。在制造產(chǎn)業(yè)智能化升級(jí)過(guò)程中需要具備社會(huì)責(zé)任感、扎實(shí)基礎(chǔ)理論、復(fù)雜問(wèn)題處理能力、自主學(xué)習(xí)能力、科學(xué)思維和創(chuàng)新能力的人才。傳統(tǒng)的“機(jī)械制圖”課程以課堂為主、教學(xué)方式偏重灌輸，以理論授課為主，學(xué)生缺乏主動(dòng)性與參與性，教學(xué)評(píng)價(jià)方式單一，評(píng)價(jià)過(guò)程強(qiáng)調(diào)結(jié)果，忽視發(fā)展和變化的過(guò)程。教學(xué)缺乏創(chuàng)新，不能滿足新時(shí)代制造人才培養(yǎng)需求。

現(xiàn)代智能技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)傳統(tǒng)工科向新工科轉(zhuǎn)變。面對(duì)技術(shù)引發(fā)的變革，作為工科生接觸的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課的“機(jī)械制圖”課程，如何變革以滿足培養(yǎng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的智能制造人才的需要，支撐我國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)，是人才培養(yǎng)的挑戰(zhàn)。

2 “機(jī)械制圖”課程重構(gòu)

針對(duì)目前“機(jī)械制圖”課程中存在的課程內(nèi)容針對(duì)性、時(shí)效性不強(qiáng)、教學(xué)方式創(chuàng)新不足、教學(xué)評(píng)價(jià)不能很好地激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)等問(wèn)題，對(duì)標(biāo)智能制造人才培養(yǎng)需求和專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求，以服務(wù)智能制造人才培養(yǎng)為目標(biāo)，對(duì)課程目標(biāo)、教學(xué)總設(shè)計(jì)等進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，支撐人才培養(yǎng)從傳統(tǒng)知識(shí)進(jìn)階型向工程能力提升型轉(zhuǎn)變。

2.1 課程目標(biāo)設(shè)定

課程目標(biāo)是確定課程內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法的基礎(chǔ)。根據(jù)學(xué)校的辦學(xué)定位、專業(yè)的人才培養(yǎng)需求，“機(jī)械制圖”課程堅(jiān)持“知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、價(jià)值塑造”三位一體現(xiàn)代化人才培養(yǎng)目標(biāo)，以學(xué)生發(fā)展為中心，通過(guò)價(jià)值引領(lǐng)、知識(shí)探究、能力建設(shè)培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力、創(chuàng)新能力和工程意識(shí)。課程目標(biāo)具體描述如圖1所示。

圖1 課程目標(biāo)

2.2 教學(xué)總體設(shè)計(jì)

秉承“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，以提升學(xué)生科學(xué)精神、創(chuàng)新能力為核心，注重線上線下教學(xué)資源的優(yōu)質(zhì)性與適用性，運(yùn)用數(shù)字化教學(xué)工具展開(kāi)兩性一度、應(yīng)用型和復(fù)合型新工科教育，從教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)方式創(chuàng)新、教學(xué)評(píng)價(jià)重建和課程思政建設(shè)5個(gè)方面構(gòu)建思政教育和專業(yè)教育有機(jī)結(jié)合的教育新形態(tài)。課程教學(xué)總體設(shè)計(jì)思路如圖2所示。

圖2 機(jī)械制圖教學(xué)總體設(shè)計(jì)

2.2.1 課程知識(shí)重構(gòu)

作為工科的技術(shù)基礎(chǔ)課程，表達(dá)工程中的立體是“機(jī)械制圖”課程的根本任務(wù)。為適應(yīng)智能化設(shè)計(jì)對(duì)圖學(xué)課程的要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容做相應(yīng)的調(diào)整，在保持傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，與時(shí)俱進(jìn)。對(duì)傳統(tǒng)的圖學(xué)內(nèi)容做適當(dāng)?shù)娜∩?，精?jiǎn)畫法幾何部分內(nèi)容，刪減點(diǎn)線面相對(duì)幾何關(guān)系、面面交線等內(nèi)容，降低尺規(guī)繪圖訓(xùn)練，同時(shí)增加徒手繪圖訓(xùn)練，增加三維建模的表達(dá)。圖形認(rèn)知的結(jié)構(gòu)層次從三維到二維、從整體到局部、從實(shí)際工程到幾何抽象。

2.2.2 課堂重組

改變以教師為中心的教學(xué)模式，打破灌輸式的教學(xué)模式，采用線上線下相混合的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，將教學(xué)活動(dòng)劃分為“課前、課中、課后”三個(gè)基本教學(xué)階段，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和終生學(xué)習(xí)的素養(yǎng)。

課前預(yù)習(xí)階段主要以線上精品課程MOOC學(xué)習(xí)為主，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)方式完成，解決學(xué)生的基本概念構(gòu)建問(wèn)題和學(xué)情分析。

課中根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析，加強(qiáng)啟發(fā)式、討論式、研究式教學(xué)，避免重演繹推理、輕歸納綜合，突出對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)的素質(zhì)培養(yǎng)。通過(guò)測(cè)繪綜合實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，強(qiáng)化學(xué)生的高階思維能力。

課后實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)從而達(dá)到知識(shí)遷移。學(xué)生可以繼續(xù)利用在線資源學(xué)習(xí)，鞏固知識(shí)點(diǎn)，完成作業(yè)。通過(guò)課后學(xué)生作業(yè)等數(shù)據(jù)分析進(jìn)行及時(shí)總結(jié)與反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)生線上預(yù)習(xí)內(nèi)容。學(xué)生將學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的疑難問(wèn)題通過(guò)在線工具進(jìn)行發(fā)布，教師和其他學(xué)生均可以進(jìn)行疑問(wèn)解答與相關(guān)問(wèn)題的討論，深化對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。

2.2.3 教學(xué)資源拓展

線上學(xué)習(xí)資源整合及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)。采用中國(guó)大學(xué)慕課網(wǎng)國(guó)家精品慕課天津大學(xué)的“工程圖學(xué)”、西安交通大學(xué)“工程圖學(xué)解讀”、大連理工大學(xué)“現(xiàn)代工程制圖”等課程作為理論模塊學(xué)習(xí)的線上參考資源。學(xué)生可以利用豐富的線上資源，進(jìn)行立體化的學(xué)習(xí)，豐富了學(xué)習(xí)的途徑和手段。在課程中引入虛擬教學(xué)環(huán)境促進(jìn)了學(xué)生探究性學(xué)習(xí)。借助機(jī)械工程學(xué)院的國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的資源，建立虛擬模型庫(kù)、虛擬加工、零部件裝配庫(kù)。數(shù)字化新形態(tài)教材建設(shè)與使用促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

2.2.4 課程思政建設(shè)

在課程思政建設(shè)綱要指導(dǎo)下，結(jié)合課程特點(diǎn)和價(jià)值理念，以課程專業(yè)內(nèi)容為載體，從社會(huì)責(zé)任、家國(guó)情懷、工匠精神、探究創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作等幾個(gè)方面深入挖掘課程蘊(yùn)含的思政元素，提升課程價(jià)值內(nèi)涵。通過(guò)多渠道、多形式線上線下相結(jié)合開(kāi)展課程思政建設(shè)，線上推送思政學(xué)習(xí)小視頻，PPT集合思政要素，線下師生共建思政案例庫(kù)，形成了全時(shí)空的課程思政教學(xué)體系。

2.2.5 課程評(píng)價(jià)

根據(jù)課程定位與目標(biāo)，除了針對(duì)知識(shí)能力的考核，考核體系還包括了課前課中課后教學(xué)全過(guò)程和思政育人效果的追蹤式檢測(cè)。采用過(guò)程性考核+終結(jié)性考核相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)，課程思政學(xué)習(xí)納入考核評(píng)價(jià)體系。采取多元化評(píng)價(jià)機(jī)制，定量評(píng)價(jià)與定性評(píng)價(jià)相結(jié)合。終結(jié)性考核的評(píng)價(jià)主體是教師，而過(guò)程性考核采用了多評(píng)價(jià)主體的考核方式。多評(píng)價(jià)主體的考核方式包含教師評(píng)價(jià)、自我評(píng)價(jià)和學(xué)生互評(píng)的多評(píng)價(jià)主體?？偝煽?jī)中期末考試為終結(jié)性考核，占比60%，平時(shí)作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、測(cè)繪、思政、平時(shí)表現(xiàn)計(jì)入過(guò)程性考核指標(biāo)，占比40%，課程成績(jī)組成如圖3。

圖3 課程成績(jī)組成

3 教學(xué)實(shí)踐與成效

新的“機(jī)械制圖”課程知識(shí)體系以培養(yǎng)正確的空間思維、構(gòu)型思維為課程的主要任務(wù)。傳統(tǒng)的圖學(xué)基礎(chǔ)理論采用點(diǎn)線面體的知識(shí)主線。新的機(jī)械制圖內(nèi)容體系以“三維設(shè)計(jì)表達(dá)”為主線，形成三維構(gòu)型-投影制圖-三維設(shè)計(jì)的內(nèi)容體系。從三維實(shí)體的構(gòu)成分析入手，通過(guò)觀察零部件三維模型建立產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀概念，再學(xué)習(xí)投影理論，解決空間形體的二維表達(dá)和由二維圖形重新構(gòu)造三維形體問(wèn)題。新的內(nèi)容體系符合現(xiàn)代圖形學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)能幫助學(xué)生更深入的理解、認(rèn)識(shí)形體，更有助于空間思維能力的培養(yǎng)。強(qiáng)化的徒手繪圖和三維產(chǎn)品建模的訓(xùn)練，更貼近現(xiàn)代工程實(shí)際中產(chǎn)品設(shè)計(jì)和表達(dá)需求。

3.1 課程構(gòu)建了教和學(xué)的新生態(tài)

傳統(tǒng)的“機(jī)械制圖”課程課前預(yù)習(xí)主要是通過(guò)課本預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)的效果無(wú)法評(píng)定和監(jiān)控。課堂采取大班授課，以教師為核心，教學(xué)互動(dòng)形式以課堂提問(wèn)為主，課堂的活躍度不高，學(xué)生的參與性不強(qiáng)。課后的學(xué)習(xí)主要以課后作業(yè)形式來(lái)完成。成績(jī)的評(píng)定以期末考試占70%，平時(shí)成績(jī)占30%。平時(shí)成績(jī)以課后作業(yè)完成度為主要評(píng)定方式，無(wú)法有效激勵(lì)學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)。教師和學(xué)生的交流方式通過(guò)固定時(shí)間地點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)答疑。

在新的教學(xué)模式下，依托多種信息化手段，建設(shè)線上線下混合式教學(xué)過(guò)程，做到課前有準(zhǔn)備，課中有收獲，課后有拓展。學(xué)生的預(yù)習(xí)通過(guò)線上慕課、移動(dòng)式自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)、新形態(tài)教材等完成，通過(guò)教學(xué)工具推送預(yù)習(xí)任務(wù)，教師可以通過(guò)線上教學(xué)工具線上監(jiān)控預(yù)習(xí)任務(wù)的完成效果。線下課堂中，教師回顧課程知識(shí)點(diǎn)改為線上課堂前測(cè)，學(xué)生的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)效果得到驗(yàn)證，為線下教學(xué)活動(dòng)提供指導(dǎo)。課程教學(xué)中，由于部分基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容提前到了課前的慕課，課堂中有更多的時(shí)間進(jìn)行以練代講、小組探究，課堂互動(dòng)性增強(qiáng)。采用多種方式活躍課堂氣氛，教學(xué)工具隨機(jī)點(diǎn)名，課堂分組每次隨機(jī)，促進(jìn)學(xué)生的合作能力。課后課堂實(shí)錄上傳至線上，基礎(chǔ)差的學(xué)生可以重復(fù)觀看。課后除了傳統(tǒng)的作業(yè)外，還增加了增強(qiáng)習(xí)題微課。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，可以自主選擇觀看拓展的習(xí)題微課，打造課程的高階性。教師和學(xué)生的交流方式也從單一的現(xiàn)場(chǎng)答疑轉(zhuǎn)變?yōu)榱薗Q群+MOOC平臺(tái)+現(xiàn)場(chǎng)，教和學(xué)構(gòu)成了良性的循環(huán)和互動(dòng)。課程成績(jī)?cè)u(píng)定降低了期末考試成績(jī)所占的比重，增加了平時(shí)成績(jī)占比。平時(shí)成績(jī)中強(qiáng)化了學(xué)生課前、中、課后綜合的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。慕課學(xué)習(xí)、互動(dòng)答題、小組討論等學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)都由教學(xué)工具記錄作為成績(jī)?cè)u(píng)定的依據(jù)，評(píng)價(jià)更具科學(xué)性與激勵(lì)性。從線上線下的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)反饋來(lái)看，學(xué)生普遍對(duì)知識(shí)掌握有所提高，課堂互動(dòng)性變強(qiáng)，學(xué)生的提問(wèn)從廣度和深度上都有所提升，提高了“教”與“學(xué)”的效率。

3.2 學(xué)生創(chuàng)新能力增強(qiáng)，人才培養(yǎng)質(zhì)量提升

在教學(xué)中不斷滲透工程意識(shí)和培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，搭建了系列測(cè)繪與拆裝、系列大賽與認(rèn)證為載體的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生參加教育部和中國(guó)圖學(xué)學(xué)會(huì)組織的創(chuàng)新大賽和成圖大賽，開(kāi)闊學(xué)生視野，厚實(shí)了學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和提高了工程素養(yǎng)。近5年來(lái)，機(jī)械制圖教學(xué)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)本科生發(fā)表論文31篇，其中中文核心期刊25篇；獲授權(quán)發(fā)明專利42項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型專利3項(xiàng)；學(xué)生獲國(guó)家級(jí)學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)6項(xiàng)，省區(qū)級(jí)74項(xiàng)，獲獎(jiǎng)學(xué)生人數(shù)400多人；本科生主持創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目7項(xiàng)，省區(qū)級(jí)18項(xiàng)。

3.3 學(xué)生對(duì)課程滿意度不斷提升

從學(xué)生的評(píng)教結(jié)果來(lái)看，學(xué)生對(duì)課程滿意度較高，任課教師教學(xué)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)優(yōu)秀。學(xué)生對(duì)將課程知識(shí)與課程思政融合的教學(xué)效果與教學(xué)方法均給予正面評(píng)價(jià)，學(xué)生認(rèn)為將課程知識(shí)點(diǎn)與愛(ài)國(guó)主義、傳統(tǒng)文化進(jìn)行融合，不僅有利于他們更好地理解知識(shí)要點(diǎn)，同時(shí)對(duì)自己樹立正確的人生觀與價(jià)值觀，以及對(duì)進(jìn)一步強(qiáng)化愛(ài)國(guó)主義、民族精神，提升職業(yè)素養(yǎng)有著積極的激勵(lì)意義。

4 結(jié)語(yǔ)

課程改革通過(guò)MOOC教學(xué)、智慧教學(xué)環(huán)境下的合作教研、優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享共建、創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)等豐富的方式，初步形成了常態(tài)下滿足不同能力水平學(xué)習(xí)群體學(xué)習(xí)需求差異化的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施方案。新形態(tài)的教學(xué)模式發(fā)揮了良好的示范作用，教學(xué)效果明顯提升，學(xué)生的思想政治素養(yǎng)、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力得到有效提高。后續(xù)繼續(xù)探索應(yīng)用新的教學(xué)方法與手段，更注重學(xué)生探究、創(chuàng)新能力的提高和價(jià)值觀的塑造，更好地服務(wù)于智能制造人才培養(yǎng)。