劉廣斗，張宗波

(中國石油大學(xué)(華東)機電工程學(xué)院，山東 青島 266580)

1 引言

1.1 工程制圖現(xiàn)狀

工程制圖是面向工科學(xué)生開設(shè)的實踐性很強的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、實踐能力和工程素質(zhì)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)[1]。近年來，廣大圖學(xué)教師以極大的熱情對工程制圖的教學(xué)改革進行了全方位、多角度地探索，提出了各自的教學(xué)經(jīng)驗和成果?？傮w來說可以分為兩大類別，一是在工程制圖教學(xué)中引入信息化技術(shù)，打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，為學(xué)生提供了精彩的動畫效果、生動有趣的內(nèi)容,增加了教學(xué)感染力，增強了教學(xué)效果，但是這種新的教學(xué)方式由于速度快，留給學(xué)生思考的時間和影像少，從某種程度上制約了學(xué)生的理解；一是制圖老師嘗試的案例法、項目驅(qū)動法、CDIO法等教學(xué)方法的改革，以及不斷開展新的教育模式：教學(xué)討論課、異地同時課程、翻轉(zhuǎn)課堂、慕課等，以期調(diào)動學(xué)生的積極性，取得了較好的教學(xué)效果，但由于現(xiàn)實實踐課程較少，仍存在學(xué)生的專業(yè)知識運用能力、動手動腦實踐操作能力不足等問題[2-4]。

1.2 STEAM教育理念

STEAM教育理念即科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)、藝術(shù)(Arts)的首字母，由美國政府提出，為加強美國K12關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)的教育，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。STEAM教育以項目式學(xué)習(xí)為主要的學(xué)習(xí)方式，注重實踐和過程，強調(diào)解決真實問題，強調(diào)知識與能力并重，倡導(dǎo)“做”中“學(xué)”，強調(diào)創(chuàng)新與創(chuàng)造力的培養(yǎng)，注重知識的跨學(xué)科遷徙及其與學(xué)習(xí)者之間的關(guān)聯(lián)，是技術(shù)與工程教育和藝術(shù)人文教育的融合，旨在推動技術(shù)驅(qū)動的教學(xué)創(chuàng)新。STEAM教育其實是對基于標準化考試的傳統(tǒng)教育理念的轉(zhuǎn)型，它代表著一種現(xiàn)代的教育哲學(xué)，更注重學(xué)習(xí)的過程，而不是結(jié)果[5]。目前主流的STEAM教育是機器人教育、編程教育以及3D打印，多體現(xiàn)為中小學(xué)編程類、媒體制作類軟件在綜合實踐課程、信息技術(shù)課程、通用技術(shù)課程中的應(yīng)用。

由于計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展和推動,工程制圖不再是僅限于包含幾何和投影理論以及有關(guān)工程理論與知識的基礎(chǔ)性學(xué)科,而是發(fā)展成為與計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程科學(xué)、智能和思維科學(xué)等多學(xué)科交叉而又相對獨立的一門現(xiàn)代學(xué)科[6]。因此，STEAM教育理念在本門課程中具有很高的可操作性。整體思路為，在當(dāng)前教學(xué)模式的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)項目式學(xué)習(xí)，項目來源為教學(xué)知識難點和重點、生活實例、工程實例或創(chuàng)新設(shè)計大賽等。在課程的投影基礎(chǔ)、基本體和組合體部分(含尺寸標注)，通過實踐搭建實體模型，能夠有效建立空間形體與平面視圖的聯(lián)系，強化空間邏輯思維和形象思維能力。在機件表達部分，基于模型快速掌握各種表達方法的概念和特點，進而使用合理的表達方案表達機件。在標準件和常用件、零件圖和裝配圖部分，對項目進行精心的設(shè)計，讓學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，自覺投入到項目式學(xué)習(xí)。從而跟上時代的進步，促進工程制圖與密切相關(guān)課程的融合,培養(yǎng)學(xué)生工程意識、設(shè)計能力和創(chuàng)新能力[7]，培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展要求的人才。

2 工程制圖教學(xué)新模式

借鑒STEAM教育理念，在當(dāng)前教學(xué)模式的基礎(chǔ)上增加項目式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，建立工程制圖教學(xué)新模式。由于項目式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的融入，教學(xué)新模式需要在教學(xué)方法、教學(xué)資源和評價方式等部分進行設(shè)計。

2.1 教學(xué)方法

工程制圖教學(xué)新模式的教學(xué)方法分為三個環(huán)節(jié)：(1)教課環(huán)節(jié)，此為知識的習(xí)得環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)中教師為主體，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)；(2)項目式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，此為知識的鞏固和轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，通過實踐操作把理論知識鞏固，并轉(zhuǎn)化為自己的理解，在這個環(huán)節(jié)中學(xué)生為主體，教師起主導(dǎo)作用，指導(dǎo)學(xué)生實踐；(3)討論環(huán)節(jié)，進行項目式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)完成結(jié)果的點評、工程設(shè)計表達等方面進行討論，此環(huán)節(jié)同樣學(xué)生為主體，教師起主導(dǎo)作用。通過“教”與“做”相結(jié)合的教學(xué)方法，實現(xiàn)教師和學(xué)生角色的轉(zhuǎn)變，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與興趣，培養(yǎng)工程制圖的圖樣表達能力和創(chuàng)新能力。

2.2 教學(xué)資源

不同的教學(xué)模式，相應(yīng)的教學(xué)資源也不同。該模式下教學(xué)資源分為三部分，第一部分為傳統(tǒng)的線上和線下資源，包括課件、教學(xué)視頻、微視頻和知識點等習(xí)得知識的資源。第二部分為針對不同知識學(xué)習(xí)階段，設(shè)計相應(yīng)項目式學(xué)習(xí)的教學(xué)資源，工程制圖課程知識體系由淺入深，系統(tǒng)全面，分為投影基礎(chǔ)、基本體、組合體、含尺寸標注、機件表達方法、零件圖、裝配圖、標準件和常用件等學(xué)習(xí)階段，需要設(shè)計不同的項目式學(xué)習(xí)，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)知識的基礎(chǔ)鞏固、提高遷移和拓展創(chuàng)新。第三部分為線上資源管理系統(tǒng)，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)勢，開設(shè)項目式學(xué)習(xí)專欄，進行線上資源管理，比如設(shè)有項目管理、學(xué)生作業(yè)管理、學(xué)生實踐報告管理和典型案例展示等。

2.3 教學(xué)評價

教學(xué)評價是貫穿于整個教學(xué)過程中，現(xiàn)有采用“出勤+作業(yè)+期末考試”的考核方式不能全面反映學(xué)生的真實水平，學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新實踐能力得不到提高。新的教學(xué)模式注重實踐和過程，強調(diào)知識與能力并重，因此選擇過程性評價的方法。過程性評價關(guān)注教學(xué)過程中學(xué)生智能發(fā)展的過程性結(jié)果，如解決問題的能力等，及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量水平做出判斷，肯定成績，找出問題。同時教師可對平時作業(yè)、項目式學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)報告、創(chuàng)新項目作業(yè)、期末考試等分配權(quán)重。建立靈活的評價方式，比如作品評價、學(xué)生自評、學(xué)生組內(nèi)互評、觀察面談等，對學(xué)習(xí)過程與結(jié)果進行綜合評判。工程制圖教學(xué)新模式設(shè)計如圖1所示。

圖1 工程制圖教學(xué)新模式各個環(huán)節(jié)

3 教學(xué)新模式的關(guān)鍵問題和解決方法

3.1 項目式學(xué)習(xí)的設(shè)計

項目式學(xué)習(xí)的設(shè)計是教學(xué)新模式的核心內(nèi)容，因此需要教師做大量的調(diào)研準備，根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容進行設(shè)計。項目學(xué)習(xí)的設(shè)計要把握好尺度，難易適中，太容易則流于平淡，學(xué)生不屑準備，也不屑回答，更無助于啟發(fā)思維，太難會使學(xué)生如墜迷霧，探究半天沒有結(jié)果，沒有成就感，喪失學(xué)習(xí)興趣。表1中給出了項目設(shè)計的選題參考來源，以及要達到的效果特點，作為參考依據(jù)對項目學(xué)習(xí)進行設(shè)計篩選。

表1 工程制圖項目學(xué)習(xí)設(shè)計選取參考和特點

通過精心設(shè)計項目式學(xué)習(xí)，有效的聯(lián)系空間形體與平面視圖，把抽象變?yōu)榫唧w，在實踐過程中鞏固和轉(zhuǎn)化習(xí)得的知識，讓學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性，自覺投入到項目式學(xué)習(xí)。

3.2 項目式學(xué)習(xí)與教學(xué)的有效結(jié)合

目前我國高校工程制圖課程呈現(xiàn)出大班授課、少學(xué)時化教學(xué)的現(xiàn)狀，由于受課程教學(xué)計劃和學(xué)時的限制，課堂教學(xué)中要兼顧教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進度的安排。因此需要合理分配教課環(huán)節(jié)、項目式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和討論環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)教學(xué)和實踐的有效結(jié)合。

鑒于工程制圖課程內(nèi)容的特點，根據(jù)實踐時間的長短把項目式學(xué)習(xí)分為三類：(1)小型項目學(xué)習(xí)，實踐時間<10分鐘，比如點投影、直線投影、面投影、基本立體投影等知識點，可在正常教課中實現(xiàn)，且省去討論環(huán)節(jié)，既可以提高學(xué)生的空間想象力和構(gòu)思分析能力，又可以忽略對教課環(huán)節(jié)的影響，讓學(xué)生在實踐中實現(xiàn)知識的鞏固和轉(zhuǎn)化。(2)中型項目學(xué)習(xí)，實踐時間<30分鐘，比如立體的截切，組合體讀圖，組合體看圖和表達方法等知識點，此類項目學(xué)習(xí)含有討論環(huán)節(jié)。為不影響正常教學(xué)進度，有兩種方法：一是安排在習(xí)題輔導(dǎo)課，適當(dāng)根據(jù)情況減少項目類似作業(yè)習(xí)題的數(shù)量；二是代替教課環(huán)節(jié)類似的課上例題。(3)大型項目學(xué)習(xí)，比如零件圖、裝配圖、標準件和常用件等知識點，為課程精心設(shè)計，且為探究或工程實踐類的綜合項目，教師起主導(dǎo)作用，帶領(lǐng)學(xué)生去探究或?qū)嵺`，進行學(xué)生的分組協(xié)作，在這個過程中讓學(xué)生自己建構(gòu)知識和技能，達到培養(yǎng)內(nèi)在的綜合能力的目標，該類項目的學(xué)習(xí)可通過替代“零件或裝配體測繪”環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。三類項目式學(xué)習(xí)與教學(xué)的結(jié)合方式如圖2所示。

圖2 項目式學(xué)習(xí)與教學(xué)的結(jié)合方式

4 總結(jié)

通過調(diào)研當(dāng)前工程制圖教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合STEAM教育理念，提出工程制圖教學(xué)新模式，該模式融入了項目式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，注重實踐和過程，強調(diào)知識與能力并重，強調(diào)創(chuàng)新與創(chuàng)造力的培養(yǎng)；根據(jù)新模式的設(shè)想，設(shè)計了教學(xué)方法、教學(xué)資源和評價方式等部分，建立工程制圖教學(xué)新模式的整體框圖；針對教學(xué)新模式中的關(guān)鍵問題，通過提出工程制圖的項目學(xué)習(xí)設(shè)計選取參考和特點，分析研究項目式學(xué)習(xí)的設(shè)計，通過對項目式學(xué)習(xí)分類融入教學(xué)的方法，合理分配教課、項目式學(xué)習(xí)和討論環(huán)節(jié)，實現(xiàn)項目式學(xué)習(xí)與教學(xué)的有效結(jié)合；形成工程制圖教學(xué)新模式，從而培養(yǎng)科學(xué)基礎(chǔ)厚、工程實踐能力強、綜合素質(zhì)高、具備國際競爭力的復(fù)合型工程科技人才。