梁剛，孔金超，馬雄位，廖益孔

（貴州大學(xué)明德學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550025）

自2016 年新工科概念提出以來(lái)，教育部組織各高校進(jìn)行深入研討，形成了新工科建設(shè)的“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”，提出了我國(guó)工程教育發(fā)展的新模式、新方式。其內(nèi)涵是：以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1]。2018 年6 月21 日，時(shí)任教育部部長(zhǎng)陳寶生在新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上提出，要提升大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度、拓展課程深度、擴(kuò)大課程的可選擇性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和專業(yè)志趣，真正把“水課”變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”[2]。機(jī)械制圖是大部分工科專業(yè)必

修的技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要培養(yǎng)學(xué)生制圖能力和識(shí)圖能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)、工程意識(shí)、貫徹執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的意識(shí)，故機(jī)械制圖課程對(duì)于卓越工程師的培養(yǎng)具有極為重要的作用。在當(dāng)前課時(shí)量逐漸縮減，而課程要求提高的情況下，對(duì)該門課程的教學(xué)改革勢(shì)在必行。已有研究提出，以市場(chǎng)、企業(yè)人才需求為導(dǎo)向，采用線上與線下融合的混合式教學(xué)模式、主動(dòng)學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)融合的教學(xué)模式，以圖形表達(dá)為核心，以形象思維為主線，建立基于認(rèn)識(shí)實(shí)踐的機(jī)械制圖教學(xué)環(huán)境和以工程設(shè)計(jì)為主線的機(jī)械制圖教學(xué)體系，以校企合作、學(xué)科競(jìng)賽等方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情[3-10]，進(jìn)行教學(xué)改革，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生繪圖、讀圖、獨(dú)立思考解決問題的能力。

1 貴陽(yáng)信息科技學(xué)院機(jī)械制圖課程教學(xué)問題分析

貴陽(yáng)信息科技學(xué)院是2021 年5 月由教育部批準(zhǔn)設(shè)置的本科層次民辦普通高等學(xué)校，其前身是公辦院校的獨(dú)立學(xué)院。學(xué)校的辦學(xué)定位是培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才。目前貴陽(yáng)信息科技學(xué)院大部分工科專業(yè)開設(shè)了機(jī)械制圖課程，其中機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)為112 學(xué)時(shí)，從大一開始，分上、下兩個(gè)學(xué)期講授，電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、人工智能等專業(yè)為56 學(xué)時(shí)，開設(shè)1 個(gè)學(xué)期。該課程教學(xué)過程中主要存在下列問題：

（1）課程授課以課堂講授為主，授課形式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

（2）大班級(jí)授課，學(xué)生人數(shù)多，教師不能掌握所有學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。普遍情況下，該門課程都是兩個(gè)班級(jí)同時(shí)上課，學(xué)生人數(shù)通常為90 至100 人，課堂上人數(shù)較多，教師不能兼顧所有學(xué)生，批改作業(yè)耗費(fèi)大量的精力，且不能有效掌握每名學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

（3）授課課時(shí)縮減，但教學(xué)要求沒有降低，授課內(nèi)容需要滿足教學(xué)大綱的要求，且不得低于教育部對(duì)該門課程的教學(xué)內(nèi)容要求。課堂時(shí)間基本用于知識(shí)點(diǎn)的講解，課堂討論、習(xí)題講評(píng)較少，師生之間的交流較少。

（4）缺乏教學(xué)模型，教學(xué)過程中沒有實(shí)體的教學(xué)模型輔助教學(xué)，空間想象能力較差的學(xué)生難以理解復(fù)雜形體的特征。

（5）教材中各圖形案例常常是孤立的，學(xué)生不了解其在工程應(yīng)用中的實(shí)際功能，缺乏學(xué)習(xí)興趣。

使該門課程成為“金課”，提高教學(xué)質(zhì)量，提高考評(píng)難度，提出教學(xué)改革的思路、方法和具體措施，將學(xué)生培養(yǎng)成合格的工程人才，是課程教學(xué)改革面臨的主要問題。

2 教學(xué)改革的措施

根據(jù)新工科建設(shè)的內(nèi)涵及要求，需完善“以學(xué)生為中心”的培養(yǎng)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)體系，完善學(xué)習(xí)目標(biāo)、培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方案、課程大綱、評(píng)價(jià)分析、課程品質(zhì)報(bào)告、改進(jìn)方案實(shí)施、更新學(xué)習(xí)目標(biāo)的閉環(huán)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)體系[11]。課程的建設(shè)也要遵循這樣的閉環(huán)，持續(xù)提升教學(xué)質(zhì)量。根據(jù)貴陽(yáng)信息科技學(xué)院機(jī)械制圖課程的教學(xué)現(xiàn)狀及新工科的建設(shè)要求，提出教學(xué)改革思路：秉承以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，進(jìn)行空間思維能力、讀圖能力、制圖能力、工程意識(shí)、工匠精神和家國(guó)情懷的培養(yǎng)。為了解決課時(shí)不足、大班級(jí)授課、教師不能及時(shí)掌握所有學(xué)生學(xué)習(xí)情況的問題，采用線上線下混合式教學(xué)模式。課前，學(xué)生通過小視頻預(yù)習(xí)、完成視頻測(cè)驗(yàn)；課中，教師根據(jù)視頻測(cè)驗(yàn)的情況，重點(diǎn)講解易混淆、重難點(diǎn)內(nèi)容，采用多媒體課堂、板書教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)形式，借助二維CAD 制圖軟件、三維建模軟件和3D 打印實(shí)物模型輔助教學(xué)；課后，學(xué)生完成課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)成果；同時(shí)教師進(jìn)行過程考評(píng)，每章進(jìn)行一次線上測(cè)評(píng)，期末成績(jī)中包含平時(shí)測(cè)評(píng)成績(jī)，綜合進(jìn)行考評(píng)。

2.1 基于超星學(xué)習(xí)通的線上線下混合式教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

目前，線上線下混合式教學(xué)大多采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，通過搭建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，錄制基于知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)視頻，學(xué)生課前在線上學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，教師課前了解學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況，針對(duì)學(xué)生提出的問題，講解課程重點(diǎn)、難點(diǎn)和習(xí)題知識(shí)，同時(shí)進(jìn)行交流、互動(dòng)，將學(xué)生難以理解的問題講解清楚。要進(jìn)行這樣的教學(xué)模式改革，首先要搭建線上教學(xué)平臺(tái)?；诔菍W(xué)習(xí)通的教學(xué)平臺(tái)包含資源、活動(dòng)、管理、統(tǒng)計(jì)四個(gè)模塊。

資源模塊中以章節(jié)為核心，根據(jù)機(jī)械制圖課程教學(xué)內(nèi)容，錄制每個(gè)章節(jié)的教學(xué)微視頻，創(chuàng)建檢驗(yàn)視頻學(xué)習(xí)效果的小測(cè)驗(yàn)，準(zhǔn)備教學(xué)課件、章節(jié)復(fù)習(xí)題等資料，供學(xué)生瀏覽、復(fù)習(xí)?；顒?dòng)模塊提供教學(xué)過程中簽到、選人回答問題、設(shè)計(jì)主題討論、問卷調(diào)查、課堂測(cè)試等課中活動(dòng)。管理模塊主要提供班級(jí)管理、成績(jī)權(quán)重設(shè)計(jì)等功能。統(tǒng)計(jì)模塊提供實(shí)時(shí)的課堂報(bào)告、學(xué)情統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行學(xué)習(xí)監(jiān)控。線上平臺(tái)建設(shè)以章節(jié)視頻為重點(diǎn)內(nèi)容，通過精選和錄制教學(xué)視頻，學(xué)生可以隨時(shí)隨地觀看教學(xué)視頻進(jìn)行自學(xué)。同時(shí)錄制難度較大的習(xí)題解答過程視頻，學(xué)生可以在習(xí)題課后再次進(jìn)行復(fù)習(xí)。

2.2 線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

由于機(jī)械制圖課程的理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)，不是所有內(nèi)容都適合進(jìn)行線上教學(xué)。根據(jù)機(jī)械制圖課程的教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)每個(gè)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方法和手段，如表1 所示。

表1 基于不同知識(shí)點(diǎn)的分類教學(xué)方法

針對(duì)每個(gè)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行視頻測(cè)驗(yàn)。所有的視頻測(cè)驗(yàn)采用客觀題形式，由學(xué)習(xí)通平臺(tái)自動(dòng)批改，不占用教師批改作業(yè)的時(shí)間。課堂上，教師根據(jù)學(xué)生的視頻測(cè)驗(yàn)情況，選擇性講解重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。為了使每位學(xué)生都掌握相關(guān)知識(shí)、具備制圖看圖的能力，對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)分別采用不同的教學(xué)方法和手段。如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定、正投影法、組合體的類型、軸測(cè)圖的分類、基本視圖、螺紋的要素、表面粗糙度等概念性的知識(shí)，學(xué)生通過微視頻的學(xué)習(xí)、課堂上的PPT 適度講解及課后習(xí)題的訓(xùn)練即可掌握。在制圖基礎(chǔ)知識(shí)中，斜度、錐度、圓弧連接、平面幾何圖形的繪制部分要求學(xué)生掌握相應(yīng)的繪圖方法，在授課過程中采用板書或CAD 繪圖工具，將繪圖過程詳細(xì)講解給學(xué)生，再通過習(xí)題和大作業(yè)的訓(xùn)練，讓學(xué)生掌握復(fù)雜平面圖形的繪制方法和國(guó)標(biāo)中的相關(guān)規(guī)定。在點(diǎn)、線、面的投影內(nèi)容中，直線上的點(diǎn)、平面上的直線和點(diǎn)、換面法、三角形法求實(shí)長(zhǎng)等內(nèi)容是難點(diǎn)，教學(xué)中需采用多媒體加CAD 制圖相結(jié)合的方式，詳細(xì)講授繪圖步驟，使學(xué)生掌握相關(guān)作圖方法。立體投影、組合體投影和軸測(cè)圖等章節(jié)，除了采用微視頻+多媒體+CAD 制圖等教學(xué)方法外，還需采用三維建模軟件設(shè)計(jì)制作三維模型、3D 打印實(shí)物模型等輔助教學(xué)手段，增強(qiáng)學(xué)生空間想象能力的訓(xùn)練。標(biāo)準(zhǔn)件與常用件、零件圖、裝配圖等章節(jié)基礎(chǔ)知識(shí)多，要求學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)靈活應(yīng)用到繪圖及讀圖過程中，培養(yǎng)綜合能力，故要將多媒體教學(xué)、CAD 繪圖、三維模型輔助教學(xué)、3D 打印實(shí)物模型輔助教學(xué)等多種教學(xué)手段相結(jié)合，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.3 強(qiáng)化課堂德育，推進(jìn)課程思政建設(shè)

在機(jī)械制圖課程教學(xué)過程中，積極開展課程思政建設(shè)。課前，主講教師精心準(zhǔn)備，充分挖掘課程的思政要素，精選課程思政案例素材，例如由執(zhí)行作圖的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范引出要有規(guī)則意識(shí)，由作圖要表達(dá)完整性引出精益求精的工匠精神等。選擇講解與教學(xué)目標(biāo)契合、與教學(xué)聯(lián)系緊密及學(xué)生感興趣的熱點(diǎn)問題。

2.4 三維數(shù)字模型輔助教學(xué)

三維數(shù)字化模型直觀性強(qiáng)、易于理解，三維模型和實(shí)體模型的輔助教學(xué)，能極大促進(jìn)學(xué)生空間思維能力的訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生的空間想象能力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。運(yùn)用三維數(shù)字化軟件開展機(jī)械制圖課程教育，使學(xué)生在直觀與高效的課程中學(xué)習(xí)機(jī)械圖學(xué)知識(shí)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)機(jī)械制圖課程學(xué)習(xí)的積極性，運(yùn)用三維數(shù)字化技術(shù)讀圖和畫圖，促使學(xué)生學(xué)習(xí)效果與能力的雙重提升[12]。針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)建相應(yīng)的三維模型，例如創(chuàng)建棱柱、棱錐、圓柱、圓錐、球體等簡(jiǎn)單立體三維模型，切割體和相貫體的三維模型，如圖1 所示。

圖1 立體三維模型

在教學(xué)過程中，對(duì)于簡(jiǎn)單立體的投影，主要掌握簡(jiǎn)單立體棱線及輪廓線的投影、立體上定點(diǎn)投影的表達(dá)方法。給出三維模型圖片后，大部分學(xué)生都能立即理解相關(guān)作圖方法，但是對(duì)于切割體和相貫體等，僅僅給出三維模型圖片，部分學(xué)生還是不能完整繪制出三視圖，特別是在習(xí)題練習(xí)過程中，出錯(cuò)的概率較大。這些知識(shí)需要學(xué)生理解截交線和相貫線的形成及畫法。為了培養(yǎng)學(xué)生的制圖和讀圖能力，在課堂教學(xué)中，使用三維建模軟件，通過放大視圖、旋轉(zhuǎn)視圖、切換不同方位的視圖，更改模型顯示方法，如改為線框顯示等方法，使學(xué)生全面理解模型中線的投影。

2.5 3D 打印實(shí)物模型輔助教學(xué)

使用三維模型輔助教學(xué)，在教學(xué)過程中進(jìn)行演示，雖然能幫助學(xué)生提高繪圖能力，但是對(duì)于大量的練習(xí)和習(xí)題作業(yè)，教師沒有時(shí)間一一講解，因此，通過3D打印制作教學(xué)和習(xí)題模型，將模型給學(xué)生實(shí)時(shí)觀摩、學(xué)習(xí)、拆解，通過實(shí)際的模型觀察，能極大提高學(xué)生繪圖和讀圖的能力。3D 打印模型具有成型快、成本低和重量輕的特點(diǎn)。引入3D 打印技術(shù)，將課程中的模型打印成實(shí)體，將其作為教具，增強(qiáng)學(xué)生的空間想象能力[13]。形成3D 打印模型庫(kù)，學(xué)生能夠參與設(shè)計(jì)、制作、裝配、原理分析的全過程，增強(qiáng)了學(xué)生的參與度和興趣，提高了教學(xué)質(zhì)量[14]。在具體的模型打印過程中，主要打印了切割體、相貫體、組合體、機(jī)械零件等形狀較為復(fù)雜的模型，對(duì)于基本立體等較簡(jiǎn)單的模型，通過三維模型和相關(guān)圖片即可清楚理解其結(jié)構(gòu)，這部分模型不再打印。在做習(xí)題時(shí)，學(xué)生基于平面圖形進(jìn)行圖形繪制，根據(jù)兩個(gè)視圖補(bǔ)畫第三視圖、補(bǔ)畫漏線等題目難度較大，對(duì)學(xué)生空間想象能力要求較高，對(duì)于這部分習(xí)題模型也進(jìn)行了3D 打印，幫助學(xué)生理解相應(yīng)的三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。部分3D 打印教學(xué)模型如圖2 所示。

圖2 3D 打印模型教學(xué)模型

2.6 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

教材中各種類型的機(jī)件常常是孤立的元件，學(xué)生只能看懂零件的形狀、結(jié)構(gòu)，對(duì)零件的功能、作用理解不深，通過結(jié)合工程中的實(shí)際案例更新部分教學(xué)內(nèi)容，極大提高了學(xué)生的工程意識(shí)。減速器、閥門、泵體、氣缸、液壓缸等機(jī)件是機(jī)械工程領(lǐng)域常用的部件，繪制出它們的三維零件模型、裝配體模型及其爆炸圖模型，各種類型零件形狀、大小、功能、作用一目了然，學(xué)生從單個(gè)的零件讀圖和繪圖到理解它們?cè)谡麄€(gè)裝配體中的位置、作用，極大地提高了學(xué)習(xí)的興趣和積極性。直齒圓柱齒輪裝配體模型、爆炸圖模型、零件模型如圖3所示。

圖3 一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器

3 教學(xué)評(píng)價(jià)及效果

從多維度進(jìn)行課程考核評(píng)價(jià)，平時(shí)成績(jī)占40%，期末考試占60%，兩項(xiàng)之和構(gòu)成期末總成績(jī)。平時(shí)成績(jī)由學(xué)生出勤率（10%），作業(yè)成績(jī)（20%），期中考核成績(jī)（10%）三部分構(gòu)成。通過對(duì)比近兩年的期末考試成績(jī)，在考核難度不變的情況下，學(xué)生平均成績(jī)有較大提高。學(xué)生對(duì)機(jī)械制圖課程的興趣明顯提升。近兩年，學(xué)生積極報(bào)名參加全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)比賽、全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、貴州省3D 打印創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽等相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽，獲得優(yōu)異成績(jī)，共獲得省級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)17 項(xiàng)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過超星學(xué)習(xí)通線上教學(xué)平臺(tái)與課堂多媒體教學(xué)相結(jié)合，建設(shè)線上教學(xué)資源，載入豐富的教學(xué)視頻，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)，通過課堂精講重點(diǎn)難點(diǎn)，解決課堂教學(xué)學(xué)時(shí)少的問題。通過線上教學(xué)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)功能，解決大班級(jí)教學(xué)不能掌握多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的問題。通過課堂板書和CAD 繪圖，讓學(xué)生理解繪圖過程的詳細(xì)步驟，以三維數(shù)字模型和3D 打印實(shí)物模型輔助教學(xué)，提高學(xué)生的空間想象能力、制圖讀圖能力，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。以學(xué)生為中心，多種教學(xué)手段相結(jié)合，讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)繪圖、讀圖能力的提升，掌握各種復(fù)雜模型的繪圖和讀圖方法，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及參加各種學(xué)科競(jìng)賽打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，在教學(xué)中融入思政元素，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神、家國(guó)情懷，達(dá)到立德樹人的根本目的。