方海燕，李明玲，李宏林，程 磊

(巢湖學院 化學與材料工程學院，安徽 合肥 238000)

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設(shè)，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”。并頒布了“關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知”，提出要全面探索能夠引領(lǐng)世界的工程教育。形成中國的經(jīng)驗和中國的模式，以幫助建設(shè)一個高等教育強國[1-2]。新工科旨在培養(yǎng)未來多元化和創(chuàng)新型的工程卓越人才[3-4]?！靶鹿た啤钡奶岢雠c建設(shè)對高校工科專業(yè)教育專業(yè)的發(fā)展提出了新的方向和挑戰(zhàn)，推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新勢在必行，工科專業(yè)課程教學模式改革與創(chuàng)新，教學內(nèi)容體系的整合與優(yōu)化至關(guān)重要。

《工程制圖》課程是工科院校學生必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是工科院校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的重要基礎(chǔ)課程之一。該課程的改革將直接影響后續(xù)課程設(shè)計等實踐實訓環(huán)節(jié)的實施與創(chuàng)新，關(guān)系到“新工科”應用型卓越人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。但目前《工程制圖》課程多采用傳統(tǒng)的教學模式，內(nèi)容單一，學生的工程素質(zhì)培養(yǎng)淡化，不能夠滿足新工科人才培養(yǎng)目標的需要，教學改革勢在必行。開放式教學模式因教學方法多樣性、教學內(nèi)容多元化等特點，已經(jīng)越來越多地被用于課程教學中。開放式教學模式能充分發(fā)揮現(xiàn)代化教學手段的優(yōu)勢，更全面培養(yǎng)學生的綜合繪圖設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。目前國內(nèi)外對開放式教學在《工程制圖》教學中的應用有一定研究，但多集中在教學方法和手段研究[5-8]，對開放式教學在《工程制圖》教學中教學內(nèi)容整合與優(yōu)化沒有系統(tǒng)研究。筆者以無機非金屬材料工程專業(yè)為試點，對《工程制圖》課程的教學模式、開放教學環(huán)境的設(shè)計、開放環(huán)境下的教學內(nèi)容體系優(yōu)化等進行研究，工程制圖開放式教學模式的實踐與探索也為類似院校的工程制圖教學提供了參考。

1 工程制圖教學模式轉(zhuǎn)變

1.1 傳統(tǒng)教學模式

基于《工程制圖》專業(yè)核心課程的地位，其教學質(zhì)量高低直接決定了學生對后續(xù)課程的理解接受能力和工程素質(zhì)的高低。因此就怎樣解決一線教學中面臨的問題、如何提高教學質(zhì)量、如何適應新工科的要求是《工程制圖》課程教學研究的重要課題[7]。

目前傳統(tǒng)教學已不能滿足《工程制圖》課程的現(xiàn)代教學要求。(1)教學內(nèi)容專業(yè)特色淡化，沒有針對性，與后續(xù)專業(yè)知識難以銜接。教學內(nèi)容基本就是畫法幾何和機械制圖，缺少專業(yè)特色，對專業(yè)圖樣(如廠區(qū)分布圖、車間設(shè)備布置圖等圖樣)的相關(guān)畫法學習太少，導致課程知識體系欠缺契合性和系統(tǒng)性， 使得學生在畢業(yè)設(shè)計以及以后的工作中，在專業(yè)圖紙的繪制及閱讀方面存在缺陷；(2)教學方式與手段跟不上課程本身的發(fā)展趨向。 教學中對于三維繪圖技術(shù)的應用、在培養(yǎng)學生作為創(chuàng)造性思維、空間想象力上有一定的不足，并且在激發(fā)學生學習興趣方面沒有引起足夠重視；(3)對實踐教學不夠重視，忽視學生的創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。教學中學生主要是二維圖樣的繪制，而工程素質(zhì)的基本訓練和積極學習興趣的激發(fā)培養(yǎng)較弱，更沒有創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；(4)課程考核評價方式過于傳統(tǒng)，主要是試卷考試，使得學生為考試而學習，忽視了創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

1.2 開放式教學模式

開放式教學是一種新型的教學模式和新的教學理念。以教師為主導、學生為主體。開放式教學中，學生在學習中的能動性和探索欲望可以被充分發(fā)揮和激發(fā)，其創(chuàng)新意識和工程素質(zhì)得以提高，使學生不但具備無機非金屬材料專業(yè)的理論知識，而且具備較強的實踐技能，并熟知相關(guān)專業(yè)產(chǎn)品研究、開發(fā)、性能檢測和質(zhì)量控制等方面知識，滿足企業(yè)對應用型人才的需求。

圖1顯示了工程制圖課程的開放式教學模式框架。在開放式教學模式中，目標是培養(yǎng)高素質(zhì)的“新工科”應用型人才。在專業(yè)特色的指導下，基于開放式教學環(huán)境，對無機非金屬材料工程專業(yè)工程制圖課程的教學內(nèi)容、教學方法和手段、課程考核體系等進行研究和改革。充分發(fā)揮學生在學習中的能動性，提高學生創(chuàng)新意識和工程素質(zhì)，使學生真正成為滿足企業(yè)需求的高素質(zhì)應用型專業(yè)人才。

圖1 “工程制圖”開放式教學模式框架

Fig.1 Open teaching model framework of engineering graphics

在現(xiàn)代教育思想和教學理論的指導下，開放式教學模式能結(jié)合本校實際情況和本專業(yè)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺囊笠约氨緦I(yè)特色，在生產(chǎn)實踐中尋找項目情境，以工程素質(zhì)教育為主線，對本專業(yè)《工程制圖》課程的教學目標重新進行定位。在教學方式、教學方法、教學資源和內(nèi)容以及考核方式上進行改革，全面培養(yǎng)學生的繪圖能力、讀圖能力、對專業(yè)圖樣的繪制及閱讀能力，提高學生的創(chuàng)新設(shè)計能力，培養(yǎng)工程文化素質(zhì)。將專業(yè)技術(shù)教育與自然科學基礎(chǔ)和人文素質(zhì)教育相融合，將工程意識和工程能力與學習習慣和學習能力的培養(yǎng)相結(jié)合，在“新工科”中培養(yǎng)具有“工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力”的卓越人才。

2 開放教學中的內(nèi)容體系

2.1 開放式教學環(huán)境設(shè)計

《工程制圖》課程教學改革要實現(xiàn)高技能應用型人才的培養(yǎng)目標，就要以能力培養(yǎng)為依歸、以企業(yè)需求為出發(fā)點，通過工學結(jié)合、校企合作實習等綜合性的實踐活動，讓學生切實體會生產(chǎn)的環(huán)境、氛圍和流程，建立以工程為導向，任務驅(qū)動的“工程制圖”開放式教學模式[8]。構(gòu)建理論與實踐教學相結(jié)合的開放式教學環(huán)境，包括多媒體投影教室、實物展臺、測繪工具量具、教學模型和測繪模型、多媒體課件、習題解答課件等，建立集“教、學、練“于一體的多功能立體化開放式教學新平臺，實現(xiàn)教學硬件、軟件教學資源共享[9]。

建立理論與實踐教學為一體的開放式教學場所，包括多媒體教室、實物展臺等，機械零部件、測繪工具量具、測繪裝配體、各種教學模型及課堂教學的多媒體CAI科技、零部件測繪課件、在線學習互動平臺等。

2.2 開放環(huán)境下的教學內(nèi)容體系優(yōu)化

在開放式教學中，根據(jù)預設(shè)教學目標、材料學科特點和《工程制圖》課程特點、學生認知規(guī)律及開放式教學方式，結(jié)合教學內(nèi)容和資源間關(guān)系，把教學內(nèi)容及資源單元化、顆?；鶕?jù)生產(chǎn)實踐和能力培養(yǎng)目標設(shè)置教學情境，形成工程制圖知識的模塊集。

建設(shè)完成既提高教學效果又符合專業(yè)特色、滿足人才培養(yǎng)目標和開放式教學模式要求的教案及多媒體課件。將章節(jié)式、學科式教學內(nèi)容單元化，擴充任務驅(qū)動式、模塊式、創(chuàng)新項目式教學內(nèi)容[10]。增加尺寸標注、技術(shù)要求訓練學時，整合幾何繪圖、機械設(shè)計、機械加工工藝、材料制備工藝等內(nèi)容，使工程制圖與金工實習、零部件測繪、材料生產(chǎn)工藝及AutoCAD有機結(jié)合，加強學生對工程設(shè)計的整體認識，激發(fā)學生對工程制圖和設(shè)計的興趣，加深他們對材料學科內(nèi)容的理解和掌握。

根據(jù)專業(yè)特色，將工程制圖與材料學科相結(jié)合，加入無機非金屬材料專業(yè)圖樣(如廠區(qū)分布圖、車間設(shè)備布置圖等圖樣)的相關(guān)畫法及閱讀，使學生在畢業(yè)設(shè)計以及以后的工作中具有一定繪制與閱讀專業(yè)圖紙的能力。與實習實訓基地共同開發(fā)實驗實訓項目，工學結(jié)合，引入工程案例，擴展教學外延，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和工程素質(zhì)[11]。制定針對材料專業(yè)的教學計劃，體現(xiàn)專業(yè)特色，實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標。從課程目標和專業(yè)培養(yǎng)目標出發(fā)，制定 ”一個規(guī)范—二個目標—三個技能“的制圖能力培養(yǎng)方法框架[12]，如圖2所示。

圖2 工程制圖能力培養(yǎng)方法框架

Fig.2 Model framework of engineering drawing ability training

教學中注重基本繪圖能力的訓練，基本繪圖技能是課程的基礎(chǔ)，機械圖樣繪制與識讀是課程的提升部分，而專業(yè)圖樣繪制與識讀是課程的延伸，在教學中對學生能力的培養(yǎng)逐級提高。

開展“三維”教學資源建設(shè)，建立與主要教材相配套的電子教案、電子模型庫、電子問答庫和創(chuàng)新項目庫。為課堂教學提供完整的解決方案，提高教學效果。另外，還加強網(wǎng)絡(luò)教學資源建設(shè)，利用三維CAD技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，進行虛擬項目訓練。

圖3 所示為開放式教學中《工程制圖》內(nèi)容體系導圖。重點研究如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、空間思維能力、空間構(gòu)型能力、繪圖能力和閱讀能力，優(yōu)化原創(chuàng)課程內(nèi)容，建立模塊化教學內(nèi)容體系。在新的工程制圖內(nèi)容體系中，課程內(nèi)容分為四個模塊，每個模塊都有自己的特點和功能，培養(yǎng)學生不同的能力和素質(zhì)。

圖3 《工程制圖》課程內(nèi)容體系導圖

Fig.3 Engineering drawing course content system mapping

新的內(nèi)容體系將理論和實訓實踐相結(jié)合，將工程制圖和專業(yè)特色相結(jié)合，重視學生的創(chuàng)新能力、綜合繪圖能力和讀圖能力的培養(yǎng)，提高學生的工程創(chuàng)新能力和綜合專業(yè)素質(zhì)。

2.3 課程MOOC教學開發(fā)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展傳統(tǒng)的學習模式和知識傳播模式被顛覆，大規(guī)模在線公開課程MOOC(Massive Open Online Course)和SPOC(Small Private Online Course)在高等教育領(lǐng)域快速興起，這對傳統(tǒng)課堂教學模式也產(chǎn)生巨大的沖擊，隨之涌現(xiàn)的各種線上教學新模式快速發(fā)展[13-14]。學校SPOC開放平臺的建立，也為學生學習《工程制圖》提供了優(yōu)質(zhì)有效的學習資源和途徑。

相應教育部提出的“金課雙萬計劃”推動課程資源廣泛共享，建設(shè)《工程制圖》在線開放課程。從而實現(xiàn)學生個性化學習，零散的、碎片時間可以被充分利用起來，課外也生活更加充實。每個教學單元包括教學視頻、音頻、網(wǎng)上參考文獻資料等，插入隨堂測驗和討論，實時考查學生對剛學習的知識是否掌握，檢查學習者的學習效果。 另外設(shè)置網(wǎng)絡(luò)進階式學習模式[15]。網(wǎng)絡(luò)進階式學習模式即在每個課程單元設(shè)置任務點和知識測驗，學生完成這一階段的學習任務，并通過測驗，才可進入下一階段的修習，就像游戲闖關(guān)，完成前一關(guān)下一關(guān)方能解鎖。 該模式在部分在線教育實踐中已被證實能有效激發(fā)學生的學習熱情，并且教師可以清楚的了解學生的學習情況[16]。

開發(fā)工程制圖在線課程，建設(shè)學習資源，除了模塊測驗、模塊練習、主題討論，還設(shè)置單元測驗、主題測驗等。此外，每個測驗和練習項目的完成情況，都會在學生完成學習后及時反饋。這不但提高學生學習的積極性，教師也能及時知道學生對知識點的掌握情況，從而形成一個師生互動、在線學習和交流的平臺。

《工程制圖》在線開放課程可以將內(nèi)容富媒體化、知識單元化，課調(diào)動學生多方面的學習能力，提高學生的學習興趣。

①內(nèi)容富媒體化。在線開放課程資源可用于構(gòu)建以課程內(nèi)容為中心的課程資源包。授課內(nèi)容以教學視頻為主，還包括PPT+授課錄音、教材圖書、相關(guān)論文、文本、圖紙圖片、動畫等富媒體內(nèi)容。另外課程資源中還提供課程的參考文獻資料、擴展學習資料、名校名師教學資料等，學生與教師均可在線閱讀學習。②知識單元化。在線開放課程內(nèi)容的組織形式與傳統(tǒng)教學不同，不再按照常規(guī)授課學時進行，相反，課程內(nèi)容分為幾個知識單元，每個單元都教授一個特定的知識點。學生可以根據(jù)自己對課程內(nèi)容的掌握情況，選擇知識點進行選擇性學習。

該課程在線課程資源中涵蓋課程主要內(nèi)容，包括：制圖的基本規(guī)范、基本幾何元素的投影、基本幾何體的投影、截交體與相貫體、組合體的投影、圖樣基本表示法、零件和裝配圖的基本表示，專業(yè)圖紙、計算機繪圖和閱讀。每個教學單元包含若干個知識點，每個知識點以視頻、音頻、文檔、測驗等多種形式呈現(xiàn)，建成了集聲、圖、圖像、文字于一體的教學資源庫。每個知識單元的內(nèi)容可設(shè)置為學生的學習任務；每個知識單元設(shè)置考核點，可以是作業(yè)、測驗和討論等。

3 結(jié)論

以培養(yǎng)“新工科”應用型卓越人才為目標，以無機非金屬材料工程專業(yè)為依托，圍繞“新工科”建設(shè)與發(fā)展的要求，將傳統(tǒng)教學模式與開放式教學模式相融合，構(gòu)建和優(yōu)化《工程制圖》教學內(nèi)容體系。新的教學內(nèi)容體系具有以下特點：

(1)結(jié)合“新工科”建設(shè)和發(fā)展方向，將傳統(tǒng)教學與開放式教學相融合，材料專業(yè)學科知識與工程制圖相交叉，以培養(yǎng)新工科卓越人才為目標，充分考慮基本繪圖技能的教學和實踐實訓教學的關(guān)系，重在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，空間構(gòu)型和思維能力，綜合繪圖能力和閱讀能力，建立個性化的“工程制圖”教學模式和內(nèi)容體系。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

(2)引入MOOC教學模式，使《工程制圖》課程內(nèi)容增加富媒體化、知識單元化，通過線上資源和線下教學相結(jié)合，真正優(yōu)化課程內(nèi)容體系，提高學生個性化學習和自主學習能力，學習時間和空間不受限制。

(3)將工程制圖與專業(yè)特色相結(jié)合。在工程制圖教學中，結(jié)合無機非金屬材料工程專業(yè)特點，選擇相關(guān)專業(yè)圖例進行課堂與實踐教學。把專業(yè)圖樣的繪制與閱讀引入工程制圖教學內(nèi)容，構(gòu)建新的開放式教學模式，加強學生的實訓實踐學習，實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標。

(4)課程教學和學習資源多元化。教學資源除了教材、習題集以外，還包括項目庫、模型庫、習題答案庫、教學視頻、音頻、網(wǎng)絡(luò)資源等，滿足學生多方面學習需求。