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        基于立體教學(xué)法的“機械制圖”課程創(chuàng)新教學(xué)實踐

        2023-01-12 03:59:58郭志明李景丹
        裝備制造技術(shù) 2022年10期
        關(guān)鍵詞:機械制圖知識點思政

        任 潔,郭志明,李景丹,王 娜

        (1.太原工業(yè)學(xué)院機械工程系,山西 太原 030008;2.太原科技大學(xué)機械工程學(xué)院,山西 太原 030024)

        0 引言

        “機械制圖”是高校機械類專業(yè)核心基礎(chǔ)課程,在在機械專業(yè)本科大一第一學(xué)期開課。大學(xué)一年級的學(xué)生往往還處在高中和大學(xué)的過渡階段,對自己的專業(yè)認(rèn)知不夠,對課程的學(xué)習(xí)缺乏主動性。“機械制圖”課程的兩大核心任務(wù)是繪圖和識圖,兩者都涉及了二維工程圖紙和三維空間模型的轉(zhuǎn)換,要求學(xué)生有一定的空間構(gòu)型能力和想象能力[1,2]。剛?cè)雽W(xué)不久的大學(xué)一年級學(xué)生沒有這方面的訓(xùn)練經(jīng)歷,空間構(gòu)型能力薄弱,會有部分學(xué)生慢慢跟不上進度而失去興趣。

        “機械制圖”作為機械專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,是很多專業(yè)課的先修課程,知識技能掌握程度直接影響到專業(yè)課程學(xué)習(xí)和畢業(yè)論文,具有很強的理論性與實用性。本文探索在“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”與“新工科”建設(shè)大背景下,對“機械制圖”課程進行“立體教學(xué)法”創(chuàng)新改革,為高校機械類專業(yè)課程教學(xué)提供參考。

        1 教學(xué)理念和目標(biāo)

        1.1 教學(xué)理念

        本課程的教學(xué)理念是希望激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機,是點燃一把火[3],使學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”,進而達到“我能學(xué)”“我一定行”。在此基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮學(xué)生的主體性,讓學(xué)生去操作、去實踐、去思考、去自己尋求答案。并通過相互合作、交流,掌握學(xué)習(xí)的能力,達到“教學(xué)生學(xué)”。建立一種教師圍繞學(xué)生的師生共融的教學(xué)關(guān)系,充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心,關(guān)注學(xué)生的進步和發(fā)展,關(guān)注教學(xué)效益;突出能力和素養(yǎng)的培養(yǎng);融入思政教育;注重教學(xué)反思與改進[4]。

        1.2 課程目標(biāo)

        課程教育目標(biāo)主要分為知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。知識目標(biāo)主要包括國家標(biāo)準(zhǔn)與投影法、畫法幾何部分、零件圖裝配圖的繪圖與識圖。能力部分主要包括貫徹執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)的能力,具備徒手繪圖的能力,熟練掌握尺規(guī)繪圖的能力,具有一定的空間構(gòu)型能力,具備基本的實踐動手能力。素質(zhì)目標(biāo)主要包括培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍精益求精的工匠精神,培養(yǎng)學(xué)生遵守規(guī)則和法治的意思,培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作意識。

        2 教學(xué)內(nèi)容

        2.1 知識重構(gòu)貫穿教學(xué)

        對教材的章節(jié)進行了內(nèi)容的解構(gòu)重建,形成了符合我校學(xué)生實際情況的學(xué)習(xí)體系,如圖1所示。

        圖1 課程知識重構(gòu)

        2.2 生活實例融入教學(xué)

        教學(xué)內(nèi)容重新梳理。從基本體章節(jié)開始,課程的所有知識都是來源于實際并服務(wù)于實際,因此有大量的生活實例可以列舉。圖紙作為工程師的“語言”,在機械行業(yè)應(yīng)用頻繁,因此收集了很多不同行業(yè)不同類型的不具有保密協(xié)定的圖紙,供學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)。使理論知識和實際應(yīng)用緊密聯(lián)系。如在講解投影法時,列舉影子游戲、日晷等;在講解相貫體時,列舉榫卯結(jié)構(gòu);在講解組合體時,列舉慧魚積木與相關(guān)比賽等等。

        通過生活實例與企業(yè)圖紙,讓學(xué)生認(rèn)識到現(xiàn)在所學(xué)的課程與知識點是有落腳點,有實際應(yīng)用價值的,進而主動學(xué)習(xí)。

        2.3 實踐創(chuàng)新擴展教學(xué)

        創(chuàng)新性的在“機械制圖”理論課中加入了實踐創(chuàng)新部分,并錄制了相應(yīng)的微課。根據(jù)每章的知識點設(shè)計實踐項目,讓學(xué)生從設(shè)計出圖到加工制造裝配,完成簡單的模型類項目制作,鞏固學(xué)生圖學(xué)知識,提高學(xué)生設(shè)計思維,挑戰(zhàn)學(xué)生動手能力[5,6]。具體項目涉及作品簡單說明如表1所示,有效解決了之前的問題。

        表1 機械制圖實踐創(chuàng)新項目

        2.4 科研成果助力教學(xué)

        教育家錢偉長曾說:“教學(xué)沒有科研做底蘊,就是一種沒有觀點的教育”??蒲惺墙虒W(xué)的“源頭活水”,如果沒有科研做支撐,大學(xué)課堂教學(xué)就會失去“靈魂”。因此在相關(guān)的知識點中,通過簡單的介紹高水平文章,并給出一些最新科研成果,供學(xué)生課外閱讀。比如在講解相貫線時,給學(xué)生介紹了相貫線切割機,并給出了相關(guān)文獻。不僅可以充實課程知識體系,樹立學(xué)生科研精神,還可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神,提高解決實際問題能力。

        如通過解釋“波士頓機械狗”圖紙、蛟龍?zhí)枱o紙化生產(chǎn)等,把最新科技成果帶入教學(xué),調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。

        2.5 課程思政浸潤教學(xué)

        根據(jù)課程知識點與例題,總結(jié)出適宜的課程思政,并根據(jù)每年的時事政治、科研成果等進行更新。塑造三個層面的價值引領(lǐng):政治認(rèn)同和國家意識,品德修養(yǎng)和人格養(yǎng)成,科學(xué)精神和專業(yè)倫理[7]。以“相貫體的投影”這一節(jié)為例,可以產(chǎn)生課程思政的知識點總結(jié)如圖2所示,老師可以根據(jù)課堂時間與實際學(xué)生學(xué)習(xí)情況進行選擇性的浸潤式講解。

        圖2 相貫線投影的課程思政

        3 教學(xué)方法

        “立體教學(xué)法”教學(xué)主要分為理論教學(xué)、實踐教學(xué)與項目競賽。其中,理論教學(xué)又分為課前、課中與課后三個方面,課中教學(xué)采取自由學(xué)習(xí)式、談話式、實踐式、研討式、講授式、操作式進行教學(xué)。思政元素作為骨干內(nèi)容,穿插在教學(xué)全教程。

        經(jīng)過多年的一線教學(xué)實踐,將“立體教學(xué)法”總結(jié)出點線面體相結(jié)合、自學(xué)教學(xué)相結(jié)合、課內(nèi)課外相結(jié)合的教學(xué)方法。

        “點線面體”相結(jié)合教學(xué)方法中的點是指知識點,指舊知識點要和新的知識點之間具有邏輯性,而新的知識點又要對以后的內(nèi)容作鋪墊,這樣知識點和知識點之間就連接起來形成了線。同一門課程前后的知識點連線,相互交錯,形成了這門課程的知識面。這個面的上方連接著課程思政,它是課程教育的方向和指引。這個面的下方連接著實際應(yīng)用,這是課程的落腳點和基礎(chǔ)。課程思政與實際應(yīng)用穿插在我們這門課程的各個不同知識點中,與知識點連成一條條的線。這些線與課程的知識面,構(gòu)成了整個課程體系的立體結(jié)構(gòu),詳如圖3所示。

        圖3 “點線面體”相結(jié)合教學(xué)方法

        自學(xué)教學(xué)相結(jié)合教學(xué)方法是在提倡預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)同等重要情下,每節(jié)新課開始之前,教師都會要求學(xué)生自學(xué)。自學(xué)渠道主要是自己錄制的微課,以及網(wǎng)絡(luò)上的重點課程資源。鼓勵學(xué)生多學(xué)習(xí)其他高校課程。

        課內(nèi)課外相結(jié)合教學(xué)方法的課內(nèi)體現(xiàn)在,以小組為單位進行活動,比如一組設(shè)計組合體由另一組學(xué)生完成三視圖。這樣一方面鍛煉了學(xué)生協(xié)作能力,一方面使作業(yè)更加靈活。課外的工作主要體現(xiàn)在制圖教師的長期跟隨指導(dǎo)。在大一的機械制圖測繪實訓(xùn)中,指導(dǎo)學(xué)生測繪制圖,在大二的綜合能力實訓(xùn)項目中,指導(dǎo)學(xué)生建模設(shè)計加工組裝,大三的“機械設(shè)計”等課程設(shè)計中負責(zé)圖紙圖面的審核,大四的畢設(shè)中為學(xué)生圖紙進行修改等。成圖大賽、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、工程能力競賽等多項比賽都對圖紙有要求,我們團隊還負責(zé)了所有賽項中圖紙的審核任務(wù)。

        制圖教師除了在課內(nèi)的授課,大學(xué)四年都在不間斷的進行課程輸出,使學(xué)生的課內(nèi)知識反復(fù)訓(xùn)練,減少“考完就忘”現(xiàn)象的發(fā)生。

        4 教學(xué)評價

        4.1 短期評價

        上課期間的評價方式采用全員、全過程、全方面的多元化學(xué)習(xí)成效評價體系。評價方式分成教師評價、生生互評、小組互評等。評價內(nèi)容包含知識、作品、動手、協(xié)作等多方位。評價指標(biāo)包含國家標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行、項目的廣度深度、實物的可行性等。評價范圍包含平時作業(yè)、線上試題、實踐項目、單元檢測、模擬自測、和期末考試。最終形成百分制的成績。

        4.2 長期互評

        “十年樹木百年樹人”教育是一個見效慢的長期過程。因此我們對畢業(yè)后的學(xué)生設(shè)計了調(diào)查問卷,并堅持長期跟蹤與調(diào)查,在他們步入工作崗位一段時候后反饋回對課程和知識的評價。不僅有利于我們課程的改革,也使我們了解到現(xiàn)在機械行業(yè)的方向與需求。

        5 信息技術(shù)融合

        5.1 虛擬仿真系統(tǒng)

        基本體這章開始出現(xiàn)三維立體。學(xué)生需要具備三維立體和二維工程圖的轉(zhuǎn)換能力。因此從本章開始,建立了基本體截切相貫虛擬仿真軟件,如圖4所示。幫助學(xué)生從一開始就逐步建立空間構(gòu)思能力,部分解決空間構(gòu)型薄的問題。本軟件是作者2020年省級教改研究成果,具有自主知識產(chǎn)權(quán)。

        圖4 虛擬仿真軟件

        5.2 三維展示平臺

        為了方便學(xué)生觀察立體內(nèi)部形態(tài),鍛煉空間構(gòu)型能力,建立了多個二維碼模型,如圖5所示。學(xué)生通過手機掃描二維碼,可以在手機中看到三維立體模型的展示平臺。對掃描后的三維模型,可以進行查看邊界線、剖切觀察內(nèi)部、放大縮小、旋轉(zhuǎn)等操作。真正做到信息技術(shù)助力課堂教學(xué)。這一方法,有助于學(xué)生思維在三維模型和二維工程圖之間進行轉(zhuǎn)換,幫助他們建立良好的空間思維能力。解決課程中空間構(gòu)型薄的的問題。同時為了展示方便,也建立了部分AR模型,用做與二維碼模型相互補充使用。

        圖5 三通管二維碼模型

        5.3 測繪實訓(xùn)軟件

        針對測繪實訓(xùn)室占地小,學(xué)生使用時間緊張,制作了測繪實訓(xùn)軟件,如圖6所示。學(xué)生可以通過軟件學(xué)習(xí)測繪儀器的使用、測繪裝配體的組成、草圖繪制規(guī)范、零件圖裝配圖的出圖要求等。軟件是作者2019年校級教改研究成果。

        圖6 測繪實訓(xùn)軟件

        5.4 智能組卷系統(tǒng)

        自主研發(fā)的機械制圖智能組卷系統(tǒng),集合了老師們多年收集的各類型題目。通過系統(tǒng)的錄入與智能化的導(dǎo)出,實現(xiàn)了試卷的自主選題與排版,方便教師的教學(xué)。

        5.5 網(wǎng)頁、微課與公眾號建設(shè)

        運營微信公眾號“二維工程圖與三維建?!?,不定時發(fā)布機械相關(guān)行業(yè)知識與制圖技能。并把本課程微課發(fā)布在微信公眾號,方便學(xué)生反復(fù)觀看。

        5.6 學(xué)銀在線

        課程已經(jīng)在學(xué)銀在線上線,經(jīng)過幾輪的實踐,教師學(xué)生反應(yīng)良好。課堂中充分運用學(xué)銀在線完成抽查點名、隨堂練習(xí)、主題討論、小組互評等環(huán)節(jié),使得課堂教學(xué)過程更加規(guī)范,并及時保存了過程資料,為之后的評價提供依據(jù)。

        6 結(jié)語

        對畢業(yè)學(xué)生進行調(diào)查問卷,回收的200多份調(diào)查問卷顯示,學(xué)生對制圖課程的認(rèn)可度較高。主要表現(xiàn)在:實用性強;知識點記憶深刻;知識結(jié)構(gòu)邏輯清晰;學(xué)生對教師滿意度高達90.68%,對課程滿意度達

        89.66%。

        在校學(xué)生成果主要表現(xiàn)在學(xué)科賽。近年來,作者指導(dǎo)學(xué)生獲得省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎1次;指導(dǎo)學(xué)生獲得全國大學(xué)生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽國賽團體二等獎3次,個人一等獎2次,個人二等獎4次,個人三等獎10次;指導(dǎo)學(xué)生獲得機械創(chuàng)新設(shè)計大賽全國一等獎1項,省級一等獎5項。

        作者2016年獲得省本科院校中青年教師教學(xué)競賽二等獎,榮立省個人一等功。2017年榮獲省教學(xué)成果獎(高等教育)一等獎。2019年榮獲教科文衛(wèi)體系統(tǒng)五一勞動獎?wù)隆?021年獲得全國首屆高校教師教學(xué)創(chuàng)新大賽二等獎。成功申報省級教改項目1項,先后發(fā)表教改論文3篇,申報教學(xué)用具專利一項。

        “立體教學(xué)法”在經(jīng)過多輪的實踐后,學(xué)生與團隊教師反映良好,已推廣至“工程制圖”“計算機繪圖”等課程。覆蓋我校所有工科專業(yè)學(xué)生,每年受眾包括46個班級,近2000名學(xué)生。作者受邀在校內(nèi)校外分享和推廣教學(xué)創(chuàng)新模式5次,帶動了青年教師的教學(xué)熱情。

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