新工科背景下工程制圖課程教學(xué)改革初探

李 輝，黃順國，董定乾

（四川輕化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 自貢 643000）

1 問題的提出

“新工科”是指在新形勢、新環(huán)境、新需求下，如何培養(yǎng)新型的工科學(xué)生，是對工科學(xué)科建設(shè)的優(yōu)化再造和內(nèi)容升級，以及對于未來工科學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方式和培養(yǎng)內(nèi)容的探索[1]。新工科的提出對機(jī)械類專業(yè)人才的培養(yǎng)計(jì)劃也提出了新的要求，尤其是在《中國制造2025》綱領(lǐng)中，智能制造工程被列為五大工程之一，使得對機(jī)械類專業(yè)人才的培養(yǎng)的方式和內(nèi)容進(jìn)行深入的改革具有緊迫性。

工程制圖是機(jī)械類核心課程之一，在于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、制圖的基本知識，繪制和識讀零件圖、裝配圖等能力。我校“工程制圖”教研室是成立較早的教學(xué)科室，已有四十余年歷史。成立以來，承擔(dān)全校理工類專業(yè)的各類工程制圖教學(xué)工作，專業(yè)門類多。雖然取得了一定的教學(xué)成果，但是隨著時間的推移，傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端也逐漸凸顯出來（如教學(xué)方法相對單一落后、課時少任務(wù)重、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高等），這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式很難支撐以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，為此，針對“新工科”背景下的人才培養(yǎng)需求，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)，立足“新工科”建設(shè)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、工程思維、批判性思維和數(shù)字化思維，使學(xué)生能由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為“自主、探究及合作”的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、跨學(xué)科交叉融合、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和工程能力為目標(biāo)，進(jìn)行工程制圖的教學(xué)改革是非常必要的[2-5]。筆者以四川輕化工大學(xué)機(jī)械學(xué)院的實(shí)際情況入手，將“課賽結(jié)合”、“項(xiàng)目驅(qū)動”、“微課”、“工程案例”等形式融入到教學(xué)中，對工程制圖課程教學(xué)改革進(jìn)行相應(yīng)的探索。

2 新工科背景下《工程制圖》課程改革實(shí)施

為了適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的“產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向，跨界交叉融合，支撐引領(lǐng)行業(yè)”的培養(yǎng)要求[5]，解決目前教學(xué)中存在的問題，教學(xué)改革從以下幾個方面進(jìn)行。

2.1 調(diào)整課程內(nèi)容

目前《工程制圖》課程主要包含：繪圖基本知識、投影方法及基本理論、圖樣的表達(dá)、零件圖、裝配圖的讀圖與繪制、CAD等內(nèi)容。在以往的教學(xué)過程中，側(cè)重于投影方法及基本理論，該部分所用課時較多，大概為總課時的三分之一。但教學(xué)的效果不理想，尤其是截交線和相貫線部分，由于大一學(xué)生剛接觸，空間想象能力較弱，理解困難。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維軟件也逐漸的應(yīng)用到設(shè)計(jì)和制造中來，大大的弱化了畫法幾何部分內(nèi)容。筆者嘗試將UG軟件應(yīng)用到該部分教學(xué)，對于截交線、相貫線的講解起到事半功倍的效果，同時學(xué)生對UG軟件也產(chǎn)生的濃厚的興趣，教師可以借此引導(dǎo)學(xué)生了解和學(xué)習(xí)三維軟件，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性得到了很大的提高。同時將CAD內(nèi)容融入到工程制圖的理論教學(xué)中來，如講解完繪圖基本知識、點(diǎn)線面投影理論后，增加CAD平面繪圖命令和編輯命令等教學(xué)內(nèi)容，使二者相互滲透、有機(jī)結(jié)合。

2.2 教學(xué)方法的改變

我國古代教育思想學(xué)家孔子曾經(jīng)說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！睂W(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師只是對知識進(jìn)行傳授、引導(dǎo)，只有學(xué)生通過吸收才能轉(zhuǎn)化成自己的東西。因此，教學(xué)過程中采取多樣的教學(xué)方法，充分的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生由被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，從而主動投入時間和精力到學(xué)習(xí)中，才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。

（1）課賽結(jié)合。課賽結(jié)合、以賽促學(xué)已經(jīng)收到了較好的教學(xué)效果[6-8]。學(xué)生通過參加學(xué)科競賽鞏固了所學(xué)專業(yè)知識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動獲取知識的能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識分析、解決實(shí)際問題的能力，而參加校級及以上級別的比賽可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，也提供與其他學(xué)校學(xué)習(xí)了交流的機(jī)會，取長補(bǔ)短激勵學(xué)生不斷提高。此外，還可將歷年競賽題目和知識點(diǎn)融入到教學(xué)內(nèi)容來，可以促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式的改革，而學(xué)生參與到教學(xué)過程中受到激勵的措施可以激發(fā)學(xué)生潛在的學(xué)習(xí)興趣，并挖掘其學(xué)習(xí)潛能[7]。如在講解三視圖時，可將第十一屆“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽機(jī)械類尺規(guī)繪圖試卷中的智力投影與構(gòu)型部分第(3）題，放到該部分。該題目正是利用三視圖的原理來判斷足球是否能進(jìn)入球門。如此，競賽的趣味性和實(shí)用性大大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

（2）問題引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)。問題引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)方法是目前較為常用的教學(xué)方法，這種邊提出問題，邊啟發(fā)引導(dǎo)，可有效的促進(jìn)學(xué)生思考、參與到課堂中來的教學(xué)方法。例如在講解直線的三面投影時，可以提出問題“利用點(diǎn)的三面投影，怎樣確定直線的三面投影？”，引導(dǎo)學(xué)生思考、啟發(fā)學(xué)生兩點(diǎn)確定一條直線，進(jìn)而確定兩點(diǎn)的三面投影就確定了直線的三面投影。又如在講解斷面圖時，給出問題“表達(dá)軸上鍵槽結(jié)構(gòu)，可否用外形視圖表達(dá)方法？剖視圖能否表達(dá)，如果用剖視圖表達(dá)會存在什么問題？”，進(jìn)一步引出剖視圖和斷面圖的區(qū)別以及斷面圖的知識點(diǎn)。采用問題導(dǎo)向的教學(xué)方法，既讓學(xué)生主動參與到教學(xué)中來主動思考，還可以回顧以往知識點(diǎn)，使知識結(jié)構(gòu)形成一個完整的體系。

（3）案例教學(xué)。案例教學(xué)法是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法，它不同于傳統(tǒng)的講述式教學(xué)，鼓勵學(xué)生積極參與討論，啟發(fā)和幫助教學(xué)對象理解有關(guān)知識、原理，有利于提高學(xué)生分析和解決實(shí)踐問題的能力[9]。工程制圖正是培養(yǎng)學(xué)生繪圖、讀圖的能力，初步具備利用圖樣來表達(dá)設(shè)計(jì)思想的目的。因此在課程中適用相應(yīng)的案例教學(xué)，使學(xué)生參與到案例分析、總結(jié)中來，學(xué)生可獨(dú)立思考，給出相應(yīng)問題的解決方案。例如在講解裝配圖時，選擇我院閥門中心設(shè)計(jì)的實(shí)際工業(yè)產(chǎn)品換向閥作為案例。先將換向閥的裝配圖及要求發(fā)給學(xué)生，并將學(xué)生分組，結(jié)合所給問題先提前學(xué)習(xí)、組內(nèi)討論。課上每組選出一個代表答辯，介紹換向閥的工作原理、裝配干線、表達(dá)方法等，最后引導(dǎo)學(xué)生對該部件進(jìn)行概況總結(jié)。針對學(xué)生出現(xiàn)的主要問題做出強(qiáng)調(diào)，使學(xué)生加深對知識點(diǎn)的把握。對學(xué)生討論中不夠深入、不夠準(zhǔn)確的地方，做重點(diǎn)講解。筆者在2015年參與了校級教改項(xiàng)目工程案例融入基礎(chǔ)課（工程制圖）教學(xué)支撐工程認(rèn)證研究，并取得了較好的教學(xué)效果。

（4）利用“微課”助力學(xué)生線下學(xué)習(xí)。由于教學(xué)計(jì)劃修訂，目前《工程制圖A》授課學(xué)時為90課時，學(xué)時大幅減少，但講授的內(nèi)容基本未變，教師為完成教學(xué)任務(wù)通常出現(xiàn)“滿堂灌”，教學(xué)效果也不甚理想。微課作為互聯(lián)網(wǎng)時代下的一種新型教育資源形式，以短小精悍主題突出、交互性好、趣味性高等特點(diǎn)在高校各學(xué)科課程教學(xué)改革中得到了廣泛的應(yīng)用[10]。工程制圖的部分知識點(diǎn)大多可以相對獨(dú)立出來（如點(diǎn)、線、面的三視圖畫法等），尤其是工程制圖CAD部分的教學(xué)（如直線、圓、多邊形命令的使用等），每個知識點(diǎn)可制作成5～10分鐘的微課程，教學(xué)內(nèi)容少、針對性強(qiáng)，學(xué)生可以利用課下或者碎片化時間進(jìn)行學(xué)習(xí)。筆者從2015開始著手開始嘗試將微課引入到教學(xué)中來，已完成相應(yīng)微課程的制作，同時也作為校級教改項(xiàng)目順利完成結(jié)題，教學(xué)效果得到了學(xué)生的肯定。同時還可利用在線精品課程、在線習(xí)題庫、網(wǎng)絡(luò)課程平臺等數(shù)字資源為學(xué)生提供課下學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間，合理安排學(xué)習(xí)計(jì)劃。

（5）將二維、三維軟件和3D打印融入到教學(xué)中。二維、三維軟件如 CAD、SolidWorks、UG、Inventor等也已早已應(yīng)用在機(jī)械、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中來，也是機(jī)械類學(xué)生必須掌握的一門技術(shù)。對于CAD的教學(xué)已將其融入到理論教學(xué)當(dāng)中去，而對于三維軟件的學(xué)習(xí)，由于課時的限制主要在課下結(jié)合微課程來完成。在講授基本體、截交線、相貫線和組合體知識點(diǎn)時，可用三維軟件演示，以此為切入點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行三維軟件的學(xué)習(xí)。近年來，3D打印作為一門新興的技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，在國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》綱要中，增材制造（包括3D打印）也是重點(diǎn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的重點(diǎn)。在學(xué)期期末，按照要求分組，每組利用三維軟件設(shè)計(jì)、建模，利用3D打印機(jī)打印出零件、進(jìn)行組裝。所給題目要求自主設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的小部件，部件所包含的零件數(shù)目大于等于4個。同時設(shè)計(jì)的結(jié)果也作為學(xué)生成績的一部分。通過實(shí)施學(xué)生在大一時就開始學(xué)習(xí)三維軟件，利用3D打印技術(shù)獲得設(shè)計(jì)成果，可以讓學(xué)生較早的對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造過程有一個初步的認(rèn)識。對激發(fā)學(xué)生直觀的形象思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有較大的促進(jìn)作用。

2.3 改革評價方式，注重過程評價

教學(xué)評價是學(xué)生學(xué)習(xí)知識的重要環(huán)節(jié)。建立合理的評價體系，注重過程考核。以往考核方式將考核的重點(diǎn)集中在期末的試卷考核上（平時20%+期末考試80%），忽略了過程考核的重要性，通過加大過程考核，將學(xué)生的注意力轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí)的過程中來。過程評價包括作業(yè)、CAD實(shí)驗(yàn)成績（作品）、期末3D打印作品等占45%，期末考核占55%的方式。

3 課程改革實(shí)施效果分析

通過三年的教學(xué)實(shí)踐，工程制圖的教學(xué)質(zhì)量有了較大的提升，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有了較大的提高，課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)繪中的圖紙質(zhì)量也獲得了專業(yè)課老師的肯定，學(xué)生就業(yè)后，在單位的繪圖能力得到了用人單位的認(rèn)可。近兩年參加“成圖”大賽，2人獲得二等獎、3人獲得三等獎。

4 結(jié)語

新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)對于人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，作為傳統(tǒng)工科專業(yè)需要融入更多新的理念、新的方法、新的模式。以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與教學(xué)活動，結(jié)合“課賽結(jié)合”、“問題引導(dǎo)啟發(fā)式”、“案例教學(xué)”等教學(xué)方法，將二維、三維軟件、3D打印應(yīng)用到教學(xué)當(dāng)中，注重過程評價，把教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法有機(jī)的結(jié)合，共同創(chuàng)建創(chuàng)新與實(shí)踐的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生及時實(shí)踐、主動學(xué)習(xí)掌握工程制圖知識。

目前我校過程裝備與控制工程專業(yè)已獲得國家新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目立項(xiàng)，如何更好的為建設(shè)新工科服務(wù)，不斷的探索改革的新思路、新方法提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，以適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)背景下對實(shí)踐應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，文中只提到了理論框架，在實(shí)踐過程中還需不斷的嘗試和探索。