郭穎 ,熊春寶 ,蔡俊超 ,馬建軍 *

(1.河南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 洛陽；2.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津)

一 引言

新一輪科技與產(chǎn)業(yè)革命在全球范圍內(nèi)興起，新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，急需創(chuàng)新型工程人才作為支撐，并對(duì)工程科技人才提出更高要求[1]。而“新工科”建設(shè)是我國高等工程教育主動(dòng)應(yīng)對(duì)這一輪科技與產(chǎn)業(yè)革命的戰(zhàn)略行動(dòng)，也是國家為應(yīng)對(duì)新經(jīng)濟(jì)、新業(yè)態(tài)的挑戰(zhàn)，是服務(wù)國家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求，面向未來發(fā)展提出的一項(xiàng)持續(xù)深化工程教育改革的重大行動(dòng)計(jì)劃[2]?！靶鹿た啤敝荚跇淞⒐こ倘瞬排囵B(yǎng)的“新理念”，落實(shí)創(chuàng)新型、綜合化、全周期的工程教育理念，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)發(fā)展、適應(yīng)時(shí)代要求的關(guān)鍵能力。這對(duì)工程教育而言是一個(gè)反思教育模式和教育理念的重大新機(jī)遇[3]。

《土木工程制圖》課程是河南科技大學(xué)土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，在本科第一年開課，56個(gè)課時(shí)，3.5學(xué)分。該課是后續(xù)相關(guān)專業(yè)課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的制圖和識(shí)圖的能力，在培養(yǎng)土木工程專業(yè)人才方面有重要地位。隨著新工科要求的提出，工程領(lǐng)域需要培養(yǎng)具備扎實(shí)學(xué)科知識(shí)并能夠?qū)W(xué)習(xí)的新知識(shí)新技術(shù)應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題的能力和具有良好團(tuán)隊(duì)合作能力以及人文素養(yǎng)的新型復(fù)合人才。因此，需結(jié)合新時(shí)代建設(shè)特點(diǎn)和建設(shè)內(nèi)容，從新工科視角入手，不斷完善教學(xué)改革體系，形成新的教學(xué)模式，提高教學(xué)效果，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而推動(dòng)課程建設(shè)。

二 傳統(tǒng)教學(xué)的問題

《土木工程制圖》課程教學(xué)質(zhì)量和效果直接關(guān)系到土木專業(yè)后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程中學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和人才質(zhì)量培養(yǎng)的成敗。如要滿足和適應(yīng)新工科對(duì)教學(xué)和人才培養(yǎng)的需求，首先需要了解新工科提出的意義和要求，然后結(jié)合新工科的要求從《土木工程制圖》課程教育中發(fā)現(xiàn)問題，再結(jié)合新工科的背景尋找合適的解決問題的方法和措施，是一個(gè)教育工作者迫切需要解決的問題。當(dāng)前《土木工程制圖》課程存在如下四個(gè)問題。

(一) 課時(shí)少，任務(wù)重

《土木工程制圖》是土木工程專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，與后續(xù)房屋建筑學(xué)、工程管理、工程造價(jià)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及學(xué)生步入工作崗位后各類工作需求相互交叉融合，為后續(xù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力奠定了一定基礎(chǔ)，所涉及知識(shí)面廣泛。學(xué)生需要在讀懂圖的基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，課本中提供的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)往往已經(jīng)過時(shí)，在上課時(shí)還需要對(duì)新的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充。而《土木工程制圖》從原本的畫法幾何和工程制圖兩門課程分兩學(xué)期完成慢慢減少成為56課時(shí)，在這56個(gè)課時(shí)中，學(xué)生需要學(xué)習(xí)畫法幾何和工程制圖，這使得學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)難以完全掌握課本中的知識(shí)，出現(xiàn)了明顯的課時(shí)量少，任務(wù)量大的問題，不利于培養(yǎng)學(xué)生深入理解和獨(dú)立思考的能力，此外，該課程在河南科技大學(xué)的授課群體是剛進(jìn)大學(xué)的新生，他們大多對(duì)大學(xué)的課程不甚了解，容易將中學(xué)時(shí)代的學(xué)習(xí)方法直接代入，但《土木工程制圖》課程對(duì)空間想象力和邏輯思維方式要求較高，學(xué)生學(xué)習(xí)覺得較為吃力，這會(huì)更一步降低教學(xué)進(jìn)度。

(二) 畫法幾何部分占比較大

畫法幾何曾經(jīng)是作為土木工程制圖的分支用一學(xué)期來學(xué)習(xí)，經(jīng)過一定的壓縮，河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院的土木工程制圖課中畫法幾何26課時(shí)，占總課時(shí)量的46.4%(課程具體安排見表1)。其中包含平面的投影、平面立體和曲面立體的投影等難度較大的課程，學(xué)生雖然會(huì)對(duì)該課程中寫寫畫畫的內(nèi)容有好奇感，但他們還是更習(xí)慣中學(xué)的學(xué)習(xí)方式，以寫寫算算為主，加之對(duì)該課程的應(yīng)用性并不明確，尤其是在畫法幾何部分，學(xué)生不能理解課程的重要性的同時(shí)又覺得難度偏大，漸漸對(duì)該課程的學(xué)習(xí)喪失了信心，甚至有可能會(huì)對(duì)其他相關(guān)課程貼上“難”的標(biāo)簽。此外，看幻燈片是現(xiàn)在教學(xué)常用的方式，這種方式制約了學(xué)生空間思維的開放及對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際理解[4-5]。

表1 《土木工程制圖》課程體系模塊劃分

(三) 教學(xué)形式和評(píng)價(jià)體系單一

傳統(tǒng)的課堂普遍是以“老師講學(xué)生聽”的模式進(jìn)行的，整個(gè)過程中授課老師基本是“滿堂灌”，加之課時(shí)量不足，老師大多注重課程是否講完，是否將所有的知識(shí)都“告知”了學(xué)生，而并沒有關(guān)注到學(xué)生是否對(duì)此感興趣以及是否聽懂。這樣造成了如果學(xué)生聽不懂就會(huì)慢慢沒有興趣，越?jīng)]有興趣就越不想學(xué)的一個(gè)惡性循環(huán)，甚至還會(huì)因?yàn)槁牪欢?，不感興趣導(dǎo)致上課玩手機(jī)、睡覺等。由于對(duì)基礎(chǔ)專業(yè)課不感興趣可能導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)其他專業(yè)課的不感興趣造成學(xué)習(xí)不是連續(xù)的，形成斷檔，甚至出現(xiàn)“讀書無用”的想法。

傳統(tǒng)的考核方式大多是以擬定的選擇題、簡答題、畫圖題等題干信息進(jìn)行期末統(tǒng)考，并用平時(shí)作業(yè)成績和期末考試成績作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，這種評(píng)判方式相對(duì)單一，缺乏對(duì)過程和實(shí)際應(yīng)用的評(píng)價(jià)，這致使部分學(xué)生選擇在考試前一周進(jìn)行突擊學(xué)習(xí)的方式來應(yīng)付考試，難以發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。這種考核形式下，雖然一半以上學(xué)生可以通過考試，但學(xué)生往往只能回答一些特定的問題，不能很好地解決實(shí)際問題，有的可能考完試就忘了，到畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)才發(fā)現(xiàn)很多內(nèi)容并不能清晰地表達(dá)，對(duì)一些規(guī)范和要求完全不明白，也不知道需要如何查閱。

(四) 缺乏全局協(xié)調(diào)

雖然壓縮了課時(shí)量，但現(xiàn)在河南科技大學(xué)的《土木工程制圖》主要還是包括畫法幾何和工程制圖兩部分，工程制圖部分還包含了一些規(guī)范學(xué)習(xí)和制圖技巧兩部分，學(xué)習(xí)規(guī)范是一個(gè)很好與其他專業(yè)課程相融合的過程，但由于課時(shí)量不足，以及本科第一年尚未接觸專業(yè)課，沒有預(yù)先準(zhǔn)備，導(dǎo)致以往的教學(xué)中，更多的關(guān)注點(diǎn)放在了課程本身上，不能將制圖課與其它專業(yè)課程有效結(jié)合，讓學(xué)生很難體會(huì)到該課程的重要性，缺乏課程之間的關(guān)聯(lián)和以工程應(yīng)用為目的的大局觀[6]。新經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)工程科技創(chuàng)新人才提出了更高的要求，迫切需要高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和跨界整合能力的卓越工程科技人才[7-8]，但如果本課程沒有學(xué)好，學(xué)生的制圖和識(shí)圖能力得不到鍛煉，在后續(xù)的學(xué)習(xí)中會(huì)埋下很大的隱患。

三 課程改革意義

(一) “新工科”建設(shè)需求

“新工科”建設(shè)是在“新理念”全周期工程教育中，構(gòu)建新興和傳統(tǒng)相結(jié)合的“新結(jié)構(gòu)”工科體系，尋求“新模式”來進(jìn)行工程教育人才培養(yǎng)，造就具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的“新質(zhì)量”工程教育體系，進(jìn)一步完善具有中國特色的“新體系”工程教育模式，實(shí)現(xiàn)我國從工程教育大國走向工程教育強(qiáng)國的目標(biāo)。從五個(gè)新來看，“新工科”中的新是取向更是指引，但不能脫離了工科這個(gè)大背景，土木工程專業(yè)原本是傳統(tǒng)工科專業(yè)，但隨著智能化、綠色環(huán)保等理念不斷出現(xiàn)，土木工程也逐步催化成為新型工科，而《土木工程制圖》作為土木工程的基礎(chǔ)專業(yè)必須課在專業(yè)領(lǐng)域教育中占有重要地位。

(二) 人才培養(yǎng)的需求

隨著國內(nèi)國際發(fā)展的多元化和融合性凸顯，在學(xué)生就業(yè)時(shí)將會(huì)面臨更多的新問題和新挑戰(zhàn)，“新工科”建設(shè)要求進(jìn)行全周期的工程教育培養(yǎng)，這就要求學(xué)生不能僅僅學(xué)了課本的知識(shí)，還要求學(xué)生能夠?qū)⒅R(shí)用于工作當(dāng)中去。在推進(jìn)《土木工程制圖》學(xué)科建設(shè)和改革過程中，需構(gòu)建創(chuàng)新的、實(shí)用的專業(yè)知識(shí)體系，培養(yǎng)強(qiáng)有力社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合型創(chuàng)新人才[9]，以滿足新時(shí)代復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。

(三) 學(xué)科發(fā)展的需求

從2016年“新工科”這一概念提出以來，多所高校都在探尋適合我國實(shí)際教學(xué)情況的工程教育改革之路?！锻聊竟こ讨茍D》作為土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課是為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程打基礎(chǔ)的重要課程，關(guān)乎于學(xué)生是否能看懂專業(yè)課中的工程圖，是否掌握了工程語言。采用“新理念”和“新模式”對(duì)學(xué)生進(jìn)行該課程的學(xué)習(xí)有助于整個(gè)土木工程專業(yè)的“新發(fā)展”。

四 課程教學(xué)改革舉措

圖1 教學(xué)改革舉措關(guān)系示意圖

(一) 授課思想的改革

任何課程教學(xué)改革都需要吃透課程本身特征以及教學(xué)改革精神和實(shí)際意義。如何能夠在課時(shí)量不斷減少，而需要授課內(nèi)容以及課程思政不斷增加的情況下，精準(zhǔn)地把握學(xué)生需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，并讓學(xué)生有足夠的時(shí)間和精力對(duì)內(nèi)容進(jìn)行掌握是一個(gè)重要的問題。要求老師需要明確課程的重難點(diǎn)以及與其他課程的銜接，充分明確需要“教什么”“教多少”“如何教”。除了教與學(xué)，新工科背景下高校需要培養(yǎng)出具有應(yīng)用能力的新型復(fù)合人才，土木工程應(yīng)用性極強(qiáng)，而《土木工程制圖》又是整個(gè)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，更需要從工程實(shí)際出發(fā)，科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生以“用”促學(xué)，以“用”強(qiáng)化實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。

(二) 授課內(nèi)容的改革

《土木工程制圖》課程內(nèi)容主要是畫法幾何和工程制圖兩部分，主要培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)施工圖的識(shí)圖和制圖能力。土木工程類的規(guī)范經(jīng)常會(huì)有改動(dòng)造成與課本有些內(nèi)容不符，雖然如此，但是給學(xué)生講述新規(guī)范的同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生查閱規(guī)范的能力，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生遇到問題查規(guī)范來解決的能力。此外，工程制圖是針對(duì)各類工程建筑物和構(gòu)筑物中的平面圖、立面圖、剖面圖等建筑施工圖和配筋圖、結(jié)構(gòu)詳圖等結(jié)構(gòu)施工圖來進(jìn)行詳細(xì)的學(xué)習(xí)，并達(dá)到能夠熟練的識(shí)圖和制圖的目的，更適合與后期與其他專業(yè)課和工程實(shí)際相結(jié)合。

工程制圖部分還包含了組合體及其立面和剖面圖，這部分是基于畫法幾何的深入，但如果降低畫法幾何部分的難度，分一定課時(shí)量來講這部分，實(shí)用性會(huì)更強(qiáng)。而對(duì)于畫法幾何部分的換面法、線面相交等難點(diǎn)雖是從點(diǎn)、線、面投影層層遞進(jìn)而來，但對(duì)于本科一年級(jí)剛開始轉(zhuǎn)變思維方式的學(xué)生而言依然難度不小，應(yīng)用性也不強(qiáng)。因此，考慮適當(dāng)弱化畫法幾何中偏于理論而實(shí)際中有不常用的部分，重點(diǎn)結(jié)合應(yīng)用學(xué)習(xí)組合體視圖以及軸測(cè)圖等能夠更好地讓學(xué)生讀懂施工圖的同時(shí)又不會(huì)對(duì)該課程產(chǎn)生厭惡感。

(三) 授課形式的改革

傳統(tǒng)的教學(xué)形式老師將知識(shí)“告知”給學(xué)生后，學(xué)生難以消化，更不要說應(yīng)用了。課程改革需要以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生自主探索和自主學(xué)習(xí)的能力，從而讓學(xué)生更多地融入課堂，提高學(xué)生的興趣和積極性，讓學(xué)生成為課程學(xué)習(xí)主體，教師充當(dāng)學(xué)習(xí)引導(dǎo)和幫扶的角色。在課前給學(xué)生布置與下節(jié)課相關(guān)的內(nèi)容，讓學(xué)生通過查閱資料、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的方式提前學(xué)習(xí)和了解，上課時(shí)以學(xué)生為主導(dǎo)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的問題情境，引導(dǎo)各組成員完成小組匯報(bào)及成果演示，需要學(xué)生為大家講解清楚相應(yīng)問題是如何得到，并如何應(yīng)用于工程當(dāng)中。最后總結(jié)階段，根據(jù)各個(gè)小組的解決方案進(jìn)行逐一點(diǎn)評(píng)，指出優(yōu)點(diǎn)和存在的不足，并給出互動(dòng)環(huán)節(jié)成績，具體計(jì)算如下：

其中，T2總為T2部分一組學(xué)生的總得分，A為課堂互動(dòng)成績，N為該組學(xué)生人數(shù)，T2為課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)一個(gè)學(xué)生成績，該分?jǐn)?shù)可與A不同，由每組學(xué)生商討后自行分配。

針對(duì)整個(gè)評(píng)分體系的得分計(jì)算如下：

其中，T為最終成績，T1為期末考試成績，T3為課后作業(yè)成績，T4為出勤成績，1ω為期末考試成績所占比重，2ω為課堂互動(dòng)成績所占比重，ω3為課后作業(yè)成績所占比重，ω4為出勤成績所占比重。

以半剖面圖部分為例來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)：

圖2為半剖面圖的教學(xué)案例，在上課前，先要求學(xué)生理解剖面圖的分類和概念。并要求學(xué)生提前知道不同的剖面圖適用于哪些不同的條件和環(huán)境。上課時(shí)，首先要求學(xué)生對(duì)剖面圖的概念和方式進(jìn)行介紹，并回答其在工程中有哪些應(yīng)用。接著，以圖2 (a)為例帶讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何做基礎(chǔ)的1-1半剖面圖。學(xué)生理解之后，讓學(xué)生來講如何畫出圖2 (b)的中的2-2半剖面圖。發(fā)現(xiàn)學(xué)生掌握知識(shí)的不足，更加明確哪部分知識(shí)學(xué)生還沒有完全理解，在最后15分鐘的時(shí)間中，對(duì)本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，并指出學(xué)生哪里理解得不到位，深入對(duì)該部分進(jìn)行講解，在布置課后作業(yè)時(shí)，有針對(duì)性地進(jìn)行布置。

圖2 半剖面圖教學(xué)案例

現(xiàn)階段，線上線下混合教學(xué)以及翻轉(zhuǎn)課堂等新的教學(xué)模型開始逐漸發(fā)展，并被高校教師廣泛認(rèn)可和推廣。特別是經(jīng)歷了2020年新型冠狀病毒肺炎的影響，線上課也在一定程度上得到了認(rèn)可，采用超星、雨課堂等平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)上教學(xué)有諸多好處：1.應(yīng)對(duì)了疫情時(shí)的教育問題，實(shí)現(xiàn)了“停課不停學(xué)”；2.學(xué)生可以合理利用碎片化時(shí)間，提高自主學(xué)習(xí)能力；3.學(xué)生可以通過老師上傳的課件反復(fù)觀看和學(xué)習(xí)，節(jié)約了大量重復(fù)性的教學(xué)和答疑時(shí)間；4.學(xué)生還可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上與老師進(jìn)行交流、打卡等活動(dòng)，通過網(wǎng)絡(luò)的記錄實(shí)現(xiàn)了各類問題有據(jù)可查；5.線上平臺(tái)可對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，有助于老師更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和不足之處，更有針對(duì)性地進(jìn)行輔導(dǎo)。翻轉(zhuǎn)課堂的理念更接近于研究生甚至博士生的培養(yǎng)方式。開放性的知識(shí)資源，暢所欲言的討論式學(xué)習(xí)，有利于思想的碰撞和知識(shí)的深入理解[10-11]。

圖3 改革后教學(xué)形式

圖4 綜合成績分項(xiàng)組成及比重

五 教學(xué)和考核效果

通過開展基“新工科”的《土木工程制圖》教學(xué)改革，在學(xué)生能力培養(yǎng)和考核評(píng)估方面取得了良好的效果。

（一） 自主學(xué)習(xí)能力和課堂氛圍顯著提升

課堂上采用了學(xué)生講為主，老師進(jìn)行一定的引導(dǎo)，這要求學(xué)生在課前課后能夠自主學(xué)習(xí)，并搞清楚自己要講的內(nèi)容才能進(jìn)一步給自己的同學(xué)講清楚，大大提高了學(xué)生自主解決問題的能力。將原本四五個(gè)班一起上課改為了小班上課后課堂上互動(dòng)明顯增多，學(xué)生自主放下了手機(jī)。

（二） 考試成績有一定的進(jìn)步

傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生成績不理想，不及格率偏高，約45%，很多學(xué)生甚至連概念都不清楚。優(yōu)秀率很低，每次考試幾乎只有三五個(gè)成績?yōu)?0分以上。通過新形勢(shì)的教學(xué)模式，學(xué)生不僅平時(shí)的作業(yè)完成得更好了，期末考試成績也有了明顯的提高。不及格率明顯下降，約22%，優(yōu)秀率也有一定的提升，約為15%。

總體而言，通過新工科背景下《土木工程制圖》的教學(xué)改革，輔以任課老師和學(xué)生等人員的協(xié)同作用，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)熱情、考試成績等方面得到巨大提升，能夠初步實(shí)現(xiàn)新工科要求培養(yǎng)的創(chuàng)新型、綜合型人才的目標(biāo)，進(jìn)而推進(jìn)課程建設(shè)。

六 結(jié)語

《土木工程制圖》課程是土木工程專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，課程學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果直接影響相關(guān)專業(yè)課學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)方法。本文結(jié)合新工科背景，將從傳統(tǒng)《土木工程制圖》教學(xué)存在的問題、“新工科”背景下教育改革的意義和措施等方面出發(fā)，找到教學(xué)中存在的不足，并根據(jù)新模式、新技術(shù)、新理念來解決新工科背景下《土木工程制圖》課程的新問題。采用啟發(fā)和引導(dǎo)的模型，實(shí)現(xiàn)課堂中學(xué)生為主體，大家共同參與的課堂學(xué)習(xí)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)提高自己探索和解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作的能力，并得到了良好的效果。