新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)下《工程制圖》開(kāi)放式教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化研究

方海燕，李明玲，李宏林，程 磊

(巢湖學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 合肥 238000)

2017年2月以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”。并頒布了“關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知”，提出要全面探索能夠引領(lǐng)世界的工程教育。形成中國(guó)的經(jīng)驗(yàn)和中國(guó)的模式，以幫助建設(shè)一個(gè)高等教育強(qiáng)國(guó)[1-2]。新工科旨在培養(yǎng)未來(lái)多元化和創(chuàng)新型的工程卓越人才[3-4]。“新工科”的提出與建設(shè)對(duì)高校工科專業(yè)教育專業(yè)的發(fā)展提出了新的方向和挑戰(zhàn)，推動(dòng)現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新勢(shì)在必行，工科專業(yè)課程教學(xué)模式改革與創(chuàng)新，教學(xué)內(nèi)容體系的整合與優(yōu)化至關(guān)重要。

《工程制圖》課程是工科院校學(xué)生必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是工科院校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要基礎(chǔ)課程之一。該課程的改革將直接影響后續(xù)課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的實(shí)施與創(chuàng)新，關(guān)系到“新工科”應(yīng)用型卓越人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。但目前《工程制圖》課程多采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，內(nèi)容單一，學(xué)生的工程素質(zhì)培養(yǎng)淡化，不能夠滿足新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要，教學(xué)改革勢(shì)在必行。開(kāi)放式教學(xué)模式因教學(xué)方法多樣性、教學(xué)內(nèi)容多元化等特點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越多地被用于課程教學(xué)中。開(kāi)放式教學(xué)模式能充分發(fā)揮現(xiàn)代化教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)，更全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合繪圖設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)開(kāi)放式教學(xué)在《工程制圖》教學(xué)中的應(yīng)用有一定研究，但多集中在教學(xué)方法和手段研究[5-8]，對(duì)開(kāi)放式教學(xué)在《工程制圖》教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容整合與優(yōu)化沒(méi)有系統(tǒng)研究。筆者以無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)為試點(diǎn)，對(duì)《工程制圖》課程的教學(xué)模式、開(kāi)放教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)、開(kāi)放環(huán)境下的教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化等進(jìn)行研究，工程制圖開(kāi)放式教學(xué)模式的實(shí)踐與探索也為類似院校的工程制圖教學(xué)提供了參考。

1 工程制圖教學(xué)模式轉(zhuǎn)變

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)模式

基于《工程制圖》專業(yè)核心課程的地位，其教學(xué)質(zhì)量高低直接決定了學(xué)生對(duì)后續(xù)課程的理解接受能力和工程素質(zhì)的高低。因此就怎樣解決一線教學(xué)中面臨的問(wèn)題、如何提高教學(xué)質(zhì)量、如何適應(yīng)新工科的要求是《工程制圖》課程教學(xué)研究的重要課題[7]。

目前傳統(tǒng)教學(xué)已不能滿足《工程制圖》課程的現(xiàn)代教學(xué)要求。(1)教學(xué)內(nèi)容專業(yè)特色淡化，沒(méi)有針對(duì)性，與后續(xù)專業(yè)知識(shí)難以銜接。教學(xué)內(nèi)容基本就是畫法幾何和機(jī)械制圖，缺少專業(yè)特色，對(duì)專業(yè)圖樣(如廠區(qū)分布圖、車間設(shè)備布置圖等圖樣)的相關(guān)畫法學(xué)習(xí)太少，導(dǎo)致課程知識(shí)體系欠缺契合性和系統(tǒng)性， 使得學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)以及以后的工作中，在專業(yè)圖紙的繪制及閱讀方面存在缺陷；(2)教學(xué)方式與手段跟不上課程本身的發(fā)展趨向。 教學(xué)中對(duì)于三維繪圖技術(shù)的應(yīng)用、在培養(yǎng)學(xué)生作為創(chuàng)造性思維、空間想象力上有一定的不足，并且在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方面沒(méi)有引起足夠重視；(3)對(duì)實(shí)踐教學(xué)不夠重視，忽視學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。教學(xué)中學(xué)生主要是二維圖樣的繪制，而工程素質(zhì)的基本訓(xùn)練和積極學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)培養(yǎng)較弱，更沒(méi)有創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；(4)課程考核評(píng)價(jià)方式過(guò)于傳統(tǒng)，主要是試卷考試，使得學(xué)生為考試而學(xué)習(xí)，忽視了創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

1.2 開(kāi)放式教學(xué)模式

開(kāi)放式教學(xué)是一種新型的教學(xué)模式和新的教學(xué)理念。以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體。開(kāi)放式教學(xué)中，學(xué)生在學(xué)習(xí)中的能動(dòng)性和探索欲望可以被充分發(fā)揮和激發(fā)，其創(chuàng)新意識(shí)和工程素質(zhì)得以提高，使學(xué)生不但具備無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)的理論知識(shí)，而且具備較強(qiáng)的實(shí)踐技能，并熟知相關(guān)專業(yè)產(chǎn)品研究、開(kāi)發(fā)、性能檢測(cè)和質(zhì)量控制等方面知識(shí)，滿足企業(yè)對(duì)應(yīng)用型人才的需求。

圖1顯示了工程制圖課程的開(kāi)放式教學(xué)模式框架。在開(kāi)放式教學(xué)模式中，目標(biāo)是培養(yǎng)高素質(zhì)的“新工科”應(yīng)用型人才。在專業(yè)特色的指導(dǎo)下，基于開(kāi)放式教學(xué)環(huán)境，對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)工程制圖課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、課程考核體系等進(jìn)行研究和改革。充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的能動(dòng)性，提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和工程素質(zhì)，使學(xué)生真正成為滿足企業(yè)需求的高素質(zhì)應(yīng)用型專業(yè)人才。

圖1 “工程制圖”開(kāi)放式教學(xué)模式框架

Fig.1 Open teaching model framework of engineering graphics

在現(xiàn)代教育思想和教學(xué)理論的指導(dǎo)下，開(kāi)放式教學(xué)模式能結(jié)合本校實(shí)際情況和本專業(yè)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺囊笠约氨緦I(yè)特色，在生產(chǎn)實(shí)踐中尋找項(xiàng)目情境，以工程素質(zhì)教育為主線，對(duì)本專業(yè)《工程制圖》課程的教學(xué)目標(biāo)重新進(jìn)行定位。在教學(xué)方式、教學(xué)方法、教學(xué)資源和內(nèi)容以及考核方式上進(jìn)行改革，全面培養(yǎng)學(xué)生的繪圖能力、讀圖能力、對(duì)專業(yè)圖樣的繪制及閱讀能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)工程文化素質(zhì)。將專業(yè)技術(shù)教育與自然科學(xué)基礎(chǔ)和人文素質(zhì)教育相融合，將工程意識(shí)和工程能力與學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)相結(jié)合，在“新工科”中培養(yǎng)具有“工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力”的卓越人才。

2 開(kāi)放教學(xué)中的內(nèi)容體系

2.1 開(kāi)放式教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)

《工程制圖》課程教學(xué)改革要實(shí)現(xiàn)高技能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，就要以能力培養(yǎng)為依歸、以企業(yè)需求為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)工學(xué)結(jié)合、校企合作實(shí)習(xí)等綜合性的實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)生產(chǎn)的環(huán)境、氛圍和流程，建立以工程為導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的“工程制圖”開(kāi)放式教學(xué)模式[8]。構(gòu)建理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的開(kāi)放式教學(xué)環(huán)境，包括多媒體投影教室、實(shí)物展臺(tái)、測(cè)繪工具量具、教學(xué)模型和測(cè)繪模型、多媒體課件、習(xí)題解答課件等，建立集“教、學(xué)、練“于一體的多功能立體化開(kāi)放式教學(xué)新平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)硬件、軟件教學(xué)資源共享[9]。

建立理論與實(shí)踐教學(xué)為一體的開(kāi)放式教學(xué)場(chǎng)所，包括多媒體教室、實(shí)物展臺(tái)等，機(jī)械零部件、測(cè)繪工具量具、測(cè)繪裝配體、各種教學(xué)模型及課堂教學(xué)的多媒體CAI科技、零部件測(cè)繪課件、在線學(xué)習(xí)互動(dòng)平臺(tái)等。

2.2 開(kāi)放環(huán)境下的教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化

在開(kāi)放式教學(xué)中，根據(jù)預(yù)設(shè)教學(xué)目標(biāo)、材料學(xué)科特點(diǎn)和《工程制圖》課程特點(diǎn)、學(xué)生認(rèn)知規(guī)律及開(kāi)放式教學(xué)方式，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和資源間關(guān)系，把教學(xué)內(nèi)容及資源單元化、顆?；鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)踐和能力培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)置教學(xué)情境，形成工程制圖知識(shí)的模塊集。

建設(shè)完成既提高教學(xué)效果又符合專業(yè)特色、滿足人才培養(yǎng)目標(biāo)和開(kāi)放式教學(xué)模式要求的教案及多媒體課件。將章節(jié)式、學(xué)科式教學(xué)內(nèi)容單元化，擴(kuò)充任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、模塊式、創(chuàng)新項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容[10]。增加尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求訓(xùn)練學(xué)時(shí)，整合幾何繪圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械加工工藝、材料制備工藝等內(nèi)容，使工程制圖與金工實(shí)習(xí)、零部件測(cè)繪、材料生產(chǎn)工藝及AutoCAD有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)的整體認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)工程制圖和設(shè)計(jì)的興趣，加深他們對(duì)材料學(xué)科內(nèi)容的理解和掌握。

根據(jù)專業(yè)特色，將工程制圖與材料學(xué)科相結(jié)合，加入無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)圖樣(如廠區(qū)分布圖、車間設(shè)備布置圖等圖樣)的相關(guān)畫法及閱讀，使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)以及以后的工作中具有一定繪制與閱讀專業(yè)圖紙的能力。與實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地共同開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，工學(xué)結(jié)合，引入工程案例，擴(kuò)展教學(xué)外延，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和工程素質(zhì)[11]。制定針對(duì)材料專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，體現(xiàn)專業(yè)特色，實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。從課程目標(biāo)和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，制定 ”一個(gè)規(guī)范—二個(gè)目標(biāo)—三個(gè)技能“的制圖能力培養(yǎng)方法框架[12]，如圖2所示。

圖2 工程制圖能力培養(yǎng)方法框架

Fig.2 Model framework of engineering drawing ability training

教學(xué)中注重基本繪圖能力的訓(xùn)練，基本繪圖技能是課程的基礎(chǔ)，機(jī)械圖樣繪制與識(shí)讀是課程的提升部分，而專業(yè)圖樣繪制與識(shí)讀是課程的延伸，在教學(xué)中對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)逐級(jí)提高。

開(kāi)展“三維”教學(xué)資源建設(shè)，建立與主要教材相配套的電子教案、電子模型庫(kù)、電子問(wèn)答庫(kù)和創(chuàng)新項(xiàng)目庫(kù)。為課堂教學(xué)提供完整的解決方案，提高教學(xué)效果。另外，還加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)，利用三維CAD技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，進(jìn)行虛擬項(xiàng)目訓(xùn)練。

圖3 所示為開(kāi)放式教學(xué)中《工程制圖》內(nèi)容體系導(dǎo)圖。重點(diǎn)研究如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、空間思維能力、空間構(gòu)型能力、繪圖能力和閱讀能力，優(yōu)化原創(chuàng)課程內(nèi)容，建立模塊化教學(xué)內(nèi)容體系。在新的工程制圖內(nèi)容體系中，課程內(nèi)容分為四個(gè)模塊，每個(gè)模塊都有自己的特點(diǎn)和功能，培養(yǎng)學(xué)生不同的能力和素質(zhì)。

圖3 《工程制圖》課程內(nèi)容體系導(dǎo)圖

Fig.3 Engineering drawing course content system mapping

新的內(nèi)容體系將理論和實(shí)訓(xùn)實(shí)踐相結(jié)合，將工程制圖和專業(yè)特色相結(jié)合，重視學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合繪圖能力和讀圖能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力和綜合專業(yè)素質(zhì)。

2.3 課程MOOC教學(xué)開(kāi)發(fā)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式和知識(shí)傳播模式被顛覆，大規(guī)模在線公開(kāi)課程MOOC(Massive Open Online Course)和SPOC(Small Private Online Course)在高等教育領(lǐng)域快速興起，這對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式也產(chǎn)生巨大的沖擊，隨之涌現(xiàn)的各種線上教學(xué)新模式快速發(fā)展[13-14]。學(xué)校SPOC開(kāi)放平臺(tái)的建立，也為學(xué)生學(xué)習(xí)《工程制圖》提供了優(yōu)質(zhì)有效的學(xué)習(xí)資源和途徑。

相應(yīng)教育部提出的“金課雙萬(wàn)計(jì)劃”推動(dòng)課程資源廣泛共享，建設(shè)《工程制圖》在線開(kāi)放課程。從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，零散的、碎片時(shí)間可以被充分利用起來(lái)，課外也生活更加充實(shí)。每個(gè)教學(xué)單元包括教學(xué)視頻、音頻、網(wǎng)上參考文獻(xiàn)資料等，插入隨堂測(cè)驗(yàn)和討論，實(shí)時(shí)考查學(xué)生對(duì)剛學(xué)習(xí)的知識(shí)是否掌握，檢查學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。 另外設(shè)置網(wǎng)絡(luò)進(jìn)階式學(xué)習(xí)模式[15]。網(wǎng)絡(luò)進(jìn)階式學(xué)習(xí)模式即在每個(gè)課程單元設(shè)置任務(wù)點(diǎn)和知識(shí)測(cè)驗(yàn)，學(xué)生完成這一階段的學(xué)習(xí)任務(wù)，并通過(guò)測(cè)驗(yàn)，才可進(jìn)入下一階段的修習(xí)，就像游戲闖關(guān)，完成前一關(guān)下一關(guān)方能解鎖。 該模式在部分在線教育實(shí)踐中已被證實(shí)能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并且教師可以清楚的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況[16]。

開(kāi)發(fā)工程制圖在線課程，建設(shè)學(xué)習(xí)資源，除了模塊測(cè)驗(yàn)、模塊練習(xí)、主題討論，還設(shè)置單元測(cè)驗(yàn)、主題測(cè)驗(yàn)等。此外，每個(gè)測(cè)驗(yàn)和練習(xí)項(xiàng)目的完成情況，都會(huì)在學(xué)生完成學(xué)習(xí)后及時(shí)反饋。這不但提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教師也能及時(shí)知道學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，從而形成一個(gè)師生互動(dòng)、在線學(xué)習(xí)和交流的平臺(tái)。

《工程制圖》在線開(kāi)放課程可以將內(nèi)容富媒體化、知識(shí)單元化，課調(diào)動(dòng)學(xué)生多方面的學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

①內(nèi)容富媒體化。在線開(kāi)放課程資源可用于構(gòu)建以課程內(nèi)容為中心的課程資源包。授課內(nèi)容以教學(xué)視頻為主，還包括PPT+授課錄音、教材圖書(shū)、相關(guān)論文、文本、圖紙圖片、動(dòng)畫等富媒體內(nèi)容。另外課程資源中還提供課程的參考文獻(xiàn)資料、擴(kuò)展學(xué)習(xí)資料、名校名師教學(xué)資料等，學(xué)生與教師均可在線閱讀學(xué)習(xí)。②知識(shí)單元化。在線開(kāi)放課程內(nèi)容的組織形式與傳統(tǒng)教學(xué)不同，不再按照常規(guī)授課學(xué)時(shí)進(jìn)行，相反，課程內(nèi)容分為幾個(gè)知識(shí)單元，每個(gè)單元都教授一個(gè)特定的知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生可以根據(jù)自己對(duì)課程內(nèi)容的掌握情況，選擇知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)。

該課程在線課程資源中涵蓋課程主要內(nèi)容，包括：制圖的基本規(guī)范、基本幾何元素的投影、基本幾何體的投影、截交體與相貫體、組合體的投影、圖樣基本表示法、零件和裝配圖的基本表示，專業(yè)圖紙、計(jì)算機(jī)繪圖和閱讀。每個(gè)教學(xué)單元包含若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)以視頻、音頻、文檔、測(cè)驗(yàn)等多種形式呈現(xiàn)，建成了集聲、圖、圖像、文字于一體的教學(xué)資源庫(kù)。每個(gè)知識(shí)單元的內(nèi)容可設(shè)置為學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)；每個(gè)知識(shí)單元設(shè)置考核點(diǎn)，可以是作業(yè)、測(cè)驗(yàn)和討論等。

3 結(jié)論

以培養(yǎng)“新工科”應(yīng)用型卓越人才為目標(biāo)，以無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)為依托，圍繞“新工科”建設(shè)與發(fā)展的要求，將傳統(tǒng)教學(xué)模式與開(kāi)放式教學(xué)模式相融合，構(gòu)建和優(yōu)化《工程制圖》教學(xué)內(nèi)容體系。新的教學(xué)內(nèi)容體系具有以下特點(diǎn)：

(1)結(jié)合“新工科”建設(shè)和發(fā)展方向，將傳統(tǒng)教學(xué)與開(kāi)放式教學(xué)相融合，材料專業(yè)學(xué)科知識(shí)與工程制圖相交叉，以培養(yǎng)新工科卓越人才為目標(biāo)，充分考慮基本繪圖技能的教學(xué)和實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)的關(guān)系，重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，空間構(gòu)型和思維能力，綜合繪圖能力和閱讀能力，建立個(gè)性化的“工程制圖”教學(xué)模式和內(nèi)容體系。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

(2)引入MOOC教學(xué)模式，使《工程制圖》課程內(nèi)容增加富媒體化、知識(shí)單元化，通過(guò)線上資源和線下教學(xué)相結(jié)合，真正優(yōu)化課程內(nèi)容體系，提高學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)習(xí)時(shí)間和空間不受限制。

(3)將工程制圖與專業(yè)特色相結(jié)合。在工程制圖教學(xué)中，結(jié)合無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)特點(diǎn)，選擇相關(guān)專業(yè)圖例進(jìn)行課堂與實(shí)踐教學(xué)。把專業(yè)圖樣的繪制與閱讀引入工程制圖教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建新的開(kāi)放式教學(xué)模式，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)實(shí)踐學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。

(4)課程教學(xué)和學(xué)習(xí)資源多元化。教學(xué)資源除了教材、習(xí)題集以外，還包括項(xiàng)目庫(kù)、模型庫(kù)、習(xí)題答案庫(kù)、教學(xué)視頻、音頻、網(wǎng)絡(luò)資源等，滿足學(xué)生多方面學(xué)習(xí)需求。