杜秀華 祝娟 王妍

摘? 要：“新工科”教育注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，使其成為具備國際競爭力的復(fù)合型人才，而工程教育改革歸根結(jié)底要落實到課堂教學(xué)的改革上。受教面很廣的“工程圖學(xué)”課程改革以工程設(shè)計為主線構(gòu)建了新的教學(xué)內(nèi)容體系，考慮層次化、模塊化，注重頂層設(shè)計和知識關(guān)聯(lián)，以能力培養(yǎng)為核心進行了講練式互動、研討式互動和引領(lǐng)式互動三種教學(xué)設(shè)計，構(gòu)建了注重過程的多元化考核機制，形成了具有“新工科”特色的“工程圖學(xué)”新的課程體系。

關(guān)鍵詞：新工科;工程設(shè)計能力;工程圖學(xué);課程體系

中圖分類號：G642? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

圍繞“一帶一路”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家重大戰(zhàn)略的實施，教育部發(fā)布了“開展新工科研究與實踐的通知”，隨后啟動612個“新工科”研究與實踐項目?！靶鹿た啤比瞬排囵B(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思維、工程思維、批判性思維和數(shù)字化思維，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、跨學(xué)科交叉融合、自主終生學(xué)習(xí)、溝通協(xié)商能力和工程領(lǐng)導(dǎo)力[1]?！靶鹿た啤彼珜?dǎo)的五個“新”對傳統(tǒng)工科人才培養(yǎng)模式提出了新的挑戰(zhàn)，為工程教育改革指明了方向。

“新工科”專業(yè)涵蓋了人工智能、大數(shù)據(jù)、智能制造等19個類別，存在新興交叉復(fù)合型學(xué)科專業(yè)，但更多的是老專業(yè)融合新科技，升級改造后的傳統(tǒng)專業(yè)。“機械工程專業(yè)”作為工科院校的必備專業(yè)，也面臨互換網(wǎng)時代的挑戰(zhàn)，需要順應(yīng)社會發(fā)展，提高行業(yè)競爭力，培養(yǎng)具備較高工程實踐能力和創(chuàng)新能力的復(fù)合型 “新工科”人才。

“工程圖學(xué)”課程是機械工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，通過基礎(chǔ)投影學(xué)習(xí)，掌握繪制和閱讀工程圖樣的方法，重在培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力、圖形構(gòu)思能力、基礎(chǔ)圖形表達能力和高階創(chuàng)新設(shè)計能力，錘煉工程師素質(zhì)，提升自主學(xué)習(xí)能力和團隊協(xié)作能力。該課程教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)將對傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造和專業(yè)發(fā)展具有強有力的支撐。本文在“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)的指導(dǎo)下， 以工程應(yīng)用為主線，能力培養(yǎng)為核心，構(gòu)建“工程圖學(xué)”課程的教學(xué)新體系。

一、構(gòu)建具有“新工科”特色的課程新體系

“新工科”人才培養(yǎng)將課堂教學(xué)視為工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵與保障，將教學(xué)過程視為人才培養(yǎng)的生命線[2]。為此，東北石油大學(xué)以“新工科”人才培養(yǎng)為目標(biāo)，專業(yè)認(rèn)證為契機，調(diào)整了各專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，注重人才培養(yǎng)的新理念，課程教學(xué)的新內(nèi)容、新方法、新手段，教學(xué)過程評價的新體系等。作者總結(jié)了30余年的教學(xué)經(jīng)驗，對“工程圖學(xué)”課程進行了全面的教學(xué)改革。

（一）基于設(shè)計思維的課程內(nèi)容調(diào)整

“新工科”要求學(xué)生要具備工程設(shè)計與實踐能力和創(chuàng)新思維能力，需要對現(xiàn)有“工程圖學(xué)”課程的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，具體如圖1所示。

課程結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，模塊1將圖學(xué)理論和三維數(shù)字建模有機結(jié)合進行構(gòu)型設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的形象思維和創(chuàng)新能力。模塊2以產(chǎn)品設(shè)計全過程為主線，利用頂層設(shè)計思想，以裝配圖為引領(lǐng)，采用項目設(shè)計的方式切入，對零件圖、標(biāo)準(zhǔn)件和表達方法展開學(xué)習(xí)，有效地改善了學(xué)生以往知其然不知其所以然的狀況，培養(yǎng)學(xué)生的工程表達和工程設(shè)計能力。

教學(xué)內(nèi)容改革的具體思路是“三弱三強”，即弱化截交相貫，強化尺寸注法，弱化尺規(guī)繪圖，強化徒手草圖[3]，弱化知識點學(xué)習(xí)，強化設(shè)計提升，對“新工科”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，奠定堅實的圖學(xué)基礎(chǔ)。

弱化截交線和相貫線的內(nèi)容，是基于學(xué)生三維圖形軟件的可視化，截交線和相貫線的畫法晦澀艱深，難懂難求，而在圖形軟件中則為顯而易見;強化尺寸注法是由于尺寸是零部件加工和檢驗的重要依據(jù)，是文件的強指令部分，不僅要將尺寸完整和正確地標(biāo)注，還要保證符合工程加工工序，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，符合清晰性表達的基本要求，因此學(xué)生只有具備這些綜合性理論知識，了解工程實踐背景，才能夠完全合理地標(biāo)注全部尺寸，并有效地提升學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。

由于徒手繪圖能與思維同步，能快速地表達出設(shè)計者的創(chuàng)意構(gòu)思和設(shè)計思想，并且能根據(jù)草圖直接利用計算機繪圖軟件畫出零件圖和裝配圖，來代替人工的尺規(guī)繪圖，所以作為工程設(shè)計人員必須具備熟練的徒手繪圖的能力。特別在徒手繪制軸測圖時，可利用美學(xué)手法進行適度的潤色，在很大程度上激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作激情，培養(yǎng)學(xué)生的美學(xué)品質(zhì)[4]。

強化設(shè)計提升，圖學(xué)知識終究是為工程設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計服務(wù)的，要在設(shè)計中把握各知識之間的關(guān)聯(lián)[5]，才能更好地掌握知識，并將其應(yīng)用于設(shè)計中。弱化知識點逐條學(xué)習(xí)，主要針對標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的規(guī)定畫法，剛從高中進入大學(xué)的學(xué)生，不能很好地把這些零件和結(jié)構(gòu)（螺栓、螺母、鍵槽等）的作用和視圖表達的必要性建立關(guān)系，應(yīng)該從原理講清楚，抓住問題的主要矛盾，舉網(wǎng)以綱，千目皆張;振裘持領(lǐng)，萬毛自整。以設(shè)計的角度展開思維，實踐環(huán)節(jié)輔助繪制裝配圖和零件圖進行強化，能夠更好地認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)件的作用，對畫法的學(xué)習(xí)將水到渠成。另外機件常用表達方法服務(wù)于零部件結(jié)構(gòu)的表達，在分析各類零件和裝配的表達過程中學(xué)習(xí)效果更佳。總之，實踐檢驗真知，通過發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的過程，讓學(xué)生振葉尋根，觀瀾溯源，獲得分析問題能力的提升，逐漸成長。踐行在應(yīng)用中學(xué)習(xí)，在實踐中成長的教學(xué)理念。

（二）基于教-學(xué)互動的教學(xué)設(shè)計

“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)不僅要培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思維和工程思維，還要結(jié)合課程思政教育，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、終生學(xué)習(xí)、溝通合作、創(chuàng)新思維等方面的能力。這些能力在以教師為中心的“靜悄悄”的課堂上是難以實現(xiàn)的，一定要將課堂模式由傳統(tǒng)的單向傳遞知識轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向互動的動態(tài)學(xué)習(xí)模式，打造教師和學(xué)生共同參與的高效“活課堂”[6]。以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，才能讓學(xué)生的思想活躍起來，充分發(fā)揮他們的想象力和創(chuàng)造力，把以往的“要我學(xué)”變成“我要學(xué)”，為學(xué)生自主終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。作者根據(jù)新的教學(xué)內(nèi)容從以下幾個方面進行了具體的教學(xué)設(shè)計。

1.講練式互動

這種教學(xué)方式主要應(yīng)用于模塊1基本理論知識的教學(xué)內(nèi)容中。根據(jù)對學(xué)生的問卷調(diào)查顯示，學(xué)生課堂專注聽課的時間在20～30分鐘之間，因此每小節(jié)課前30分鐘教師采用啟發(fā)式教學(xué)精講理論內(nèi)容，后15分鐘學(xué)生動手訓(xùn)練，教師發(fā)現(xiàn)問題及時引導(dǎo)，通過這種教學(xué)互動，大大提高課堂學(xué)習(xí)效率。這種互動方式的關(guān)鍵在于教師要在課前規(guī)劃好訓(xùn)練題，題目要包含當(dāng)前各知識點，且還要稍有延伸，如構(gòu)型設(shè)計等，讓學(xué)生“墊墊腳能夠到”，保護學(xué)生的自信心，長此以往，學(xué)生的知識儲備和創(chuàng)新能力會逐步增長。

2.研討式互動

這種教學(xué)方式主要應(yīng)用于模塊2的理論應(yīng)用方面，如各類零件的結(jié)構(gòu)表達。課前教師布置作業(yè)，學(xué)生分組進行討論，得出表達的初步方案，徒手繪出草圖。課堂上每組代表分析講解該組的表達方案，各組之間互相討論、學(xué)習(xí)、質(zhì)疑，甚至否定，在辯論中激發(fā)學(xué)生的大腦，開闊思路，發(fā)散思維，有效地訓(xùn)練了學(xué)生對工程各類零件的綜合表達能力，踐行在應(yīng)用中學(xué)習(xí)的教學(xué)理念，將知識學(xué)習(xí)變成能力培養(yǎng)。這種互動方式的關(guān)鍵在于題目要來源于工程實際，從科研項目或?qū)嶋H部件中凝練提取，難度適當(dāng)，由淺入深，循序漸進。教師要把控課堂秩序，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。

3.引領(lǐng)式互動

這種教學(xué)方式主要應(yīng)用于模塊2的工程設(shè)計方面，該項目設(shè)計過程比較復(fù)雜，需要幾節(jié)課完成一個周期。課前教師將部件的裝配圖和任務(wù)發(fā)布給學(xué)生，學(xué)生分組進行討論預(yù)習(xí);課上以教師精講為主引領(lǐng)學(xué)生看懂部件各零件的結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系、尺寸關(guān)系和工作原理等;課下學(xué)生利用三維軟件分別對零部件建模，進一步明晰裝配關(guān)系和工作原理。課上在教師的指導(dǎo)下徒手拆畫典型零件的草圖，注意辨析零件的工藝結(jié)構(gòu)、尺寸、技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的表達等;課下完成零件圖的計算機繪圖。這一教學(xué)過程的關(guān)鍵是，項目設(shè)計要來源于工程實際，具有一定的知識覆蓋面，并且難度適中;教師要具備豐富的實踐經(jīng)驗，給予學(xué)生充分的指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的“工程圖-設(shè)計-制造”一體化的工程意識[7]，讓學(xué)生體會產(chǎn)品的整個設(shè)計過程，踐行在實踐中成長的教學(xué)理念。

（三）基于過程考核的評價體制

過程考核評價貫穿課程教學(xué)和課堂內(nèi)外，過程考核為手段，能力考核為目標(biāo)，改變一考定終身，課程成績評價強調(diào)過程與結(jié)果并重，改變以往以一次考試成績?yōu)橹鞯臓顩r，將考核分散在教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)，考核體現(xiàn)線上、線下教學(xué)結(jié)合，課內(nèi)與課外交流結(jié)合，繪圖理論知識與建模結(jié)合，課程建立過程跟蹤和效果反饋為核心的教學(xué)質(zhì)量分析，對培養(yǎng)目標(biāo)、能力達成度和實踐繪圖能力等方面進行總結(jié)，實現(xiàn)課程的持續(xù)改進，如圖2所示。

過程性評價涉及到教師的教學(xué)方法、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)效果等諸多因素，從這些因素的相互作用中來探索過程性評價方法和效果，從而建立一個科學(xué)、有效、可行的評價體系[8]。針對圖學(xué)理論知識仍然采用客觀答題為主，具體采用閉卷考核和線上評價結(jié)合的方式。網(wǎng)絡(luò)在線課程平臺通過線上測試可以有效進行過程評價，期末考試以筆試、閉卷考核方式進行。該部分的考核成績能夠客觀地評價學(xué)生的理論知識掌握情況，反映出學(xué)生的實際學(xué)習(xí)效果。

針對零部件結(jié)構(gòu)常用表達、零件圖繪制和裝配圖讀圖等專項考核，以項目設(shè)計為主線，采用研討法和翻轉(zhuǎn)課堂組織教學(xué)。開放式大作業(yè)+課堂表現(xiàn)+項目答辯的考核方式是學(xué)生對所學(xué)圖學(xué)知識的綜合運用、設(shè)計思維和工程師素質(zhì)的綜合展示，有效地評價了學(xué)生語言表達能力、自主學(xué)習(xí)能力、團隊協(xié)作能力等。

二、教學(xué)資源建設(shè)

（一）一站式在線課程平臺

建立了線上線下工程圖學(xué)教學(xué)新模式。利用精品課、慕課、試題庫等在線教學(xué)資源，實現(xiàn)線上和線下相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，建立豐富的課堂結(jié)構(gòu)模式，如圖2所示。線上與線下教學(xué)相輔相成，學(xué)生有效利用線上資源，拓展學(xué)習(xí)時空的同時獲取能力提升，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

以學(xué)生為中心的線上教學(xué)一站式平臺，匯集教師的全部教學(xué)資源和學(xué)生的教學(xué)活動，作為評價依據(jù)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)得到準(zhǔn)確記錄，并能夠通過數(shù)理統(tǒng)計獲得學(xué)生的學(xué)情反饋，教師教學(xué)有抓手，學(xué)生進步有依據(jù)。學(xué)生在多元化的模式下掌握教材內(nèi)容的知識點，在工程案例和評述的過程中總結(jié)教學(xué)方法，提升工程素養(yǎng)。

（二）典型零部件測繪、拆裝實驗室

在工程實踐中，以機械認(rèn)知教育為拓展目的，以典型的機械裝置為測繪對象，通過多元化的測繪對象訓(xùn)練，獲得學(xué)生實踐能力的提升。測繪對象和方式的多樣化，也將改變學(xué)生缺乏興趣，照抄圖紙的現(xiàn)象。在測繪過程中適當(dāng)引入PBL（Problem Based Learning）教學(xué)法，該教學(xué)法是以問題為導(dǎo)向、學(xué)生為參與主體，以培養(yǎng)學(xué)生能力為目標(biāo)展開教學(xué)。測繪實踐活動可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得成就感，前期學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識和繪圖技巧可以學(xué)以致用，還可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新激情，通過拆卸實踐，實際的觸感與思想上的對比認(rèn)知能夠讓學(xué)生對機械產(chǎn)生深刻概念，對結(jié)構(gòu)的用途、材質(zhì)、加工方法、傳動方式和裝配等，建立知識體系，為后續(xù)的學(xué)習(xí)積累創(chuàng)新潛能。

“工程圖學(xué)”課程是引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識工程和走入工程的橋梁，肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生工程意識、工程素質(zhì)等多項能力的入門課程。本次課程改革對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計、考核機制等進行了全面改革，并且建立了一站式在線課程平臺和零部件測繪、拆裝實驗室，形成了具有“新工科”特色的工程圖學(xué)新的課程體系，它從根本上將“以教師為中心”單頻道輸入的課堂變成“以學(xué)生為中心”互動氣氛濃厚的鮮活的課堂，該教學(xué)體系實踐了兩年，雖然還沒有達到一個實踐周期（四年），但從學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、過程考核成績、綜合測繪、問卷調(diào)查等方面可以看出，這套教學(xué)體系極大地激發(fā)了學(xué)生參與的熱情和對未知探究的欲望，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計表達能力、創(chuàng)新能力和人文素質(zhì)，為他們未來的人生發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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