新工科背景下非機類“工程制圖及CAD”課程教學實踐

連彩元

（福建技術(shù)師范學院電子與機械工程學院，福建福清 350300）

“新工科”是教育部為應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)革命，支撐創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略而推進的新計劃[1-3].工程制圖作為工科類專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程，從19世紀誕生之日起就承擔著“工程界的語言”的使命[4]，作為技術(shù)、設(shè)計、加工制造、使用等之間的技術(shù)交流工具及加工制造的依據(jù)，在不斷壯大.為了適應新工科人才培養(yǎng)的“產(chǎn)業(yè)需求導向，跨界交叉融合，支撐引領(lǐng)行業(yè)”的要求，提高非機類學生畢業(yè)后對智能制造的適應能力，各高等工科院校中的大部分非機類專業(yè)，如電子電氣、計算機、新能源等專業(yè)都把“工程制圖及CAD”這門課程作為一門必修的技術(shù)基礎(chǔ)課,其目的是培養(yǎng)學生構(gòu)形、表達、識圖、制圖等四個方面的能力.掌握工程制圖及CAD的基本知識與技能對于學生適應新工科交叉復合型人才模式和《中國制造 2025》發(fā)展方針具有很好的作用.

文章以福建技術(shù)師范學院新能源科學與工程專業(yè)的制圖課為例，在分析學情的基礎(chǔ)上，結(jié)合教師多年的教學實踐，就如何調(diào)動學生學習積極性，提高工程制圖及CAD的教學效果展開闡述.

1 “工程制圖及CAD”教學的現(xiàn)狀與問題

“工程制圖及CAD”是我校新能源科學與工程專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，開設(shè)在本科階段第 1 學期，其中理論授課32 學時，實驗教學 16 學時.該課程課時少、內(nèi)容多、較抽象、難理解、學生興趣低、作業(yè)質(zhì)量不好，是學生普遍存在的狀況，常常還聽到學生說學完課程之后，也不知道到底學了什么.而教師是教學改革的關(guān)鍵，如何幫助非機類學生在較短學時的情況下，能較好地學習到制圖應掌握的基礎(chǔ)知識和空間想象能力、繪制與識讀工程圖樣等基礎(chǔ)技能，是教師在教學過程中需要努力去不斷摸索和解決的問題.同時，考慮課程具有理論和工程實踐的屬性，結(jié)合新工科的背景，在教學過程中還需創(chuàng)造各種平臺以注重培養(yǎng)學生貫徹和執(zhí)行國家標準的意識、培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L、自主學習的態(tài)度以及學生掌握科學思維方法、分析問題解決問題的能力，增強創(chuàng)新意識.

2 “工程制圖及CAD”教學實踐

2.1 設(shè)計課程主線，優(yōu)化教學內(nèi)容

“工程制圖及CAD”的課程目標為繪制與識讀工程圖樣.為了更好地幫助非機類學生在少學時情況下實現(xiàn)課程目標，設(shè)計一條合適的課程主線并優(yōu)化其教學內(nèi)容，就顯得非常重要.

2.1.1 設(shè)計課程主線.課程主線就如同一條線把零散的知識點串聯(lián)，使學生在開始學習的過程就明了課程體系的所有內(nèi)容，滿足學生的好奇心，激發(fā)學生學習興趣，同時也讓學生認識到知識間具有承上啟下的連貫性特點，讓學生一開始就明白每個環(huán)節(jié)內(nèi)容學習的重要性，從而達到事半功倍的教學效果.圖1是以非機械類的工科學生為對象所設(shè)計的“工程制圖及CAD”課程內(nèi)容主線.

圖1 “工程制圖及CAD”課程主線

通過課程主線不僅讓學生學習起到畫龍點睛的作用，同時利于培養(yǎng)學生新工科具備的素養(yǎng).

2.1.1.1 理解繪制和識讀工程圖樣所應遵守的標準、所依托的平臺、所依據(jù)的理論及其應用.只有遵守標準才會有共識共享概念，就如同交通規(guī)則，只有大家共同遵守道路交通規(guī)則才會暢通，社會才會更加安全.如不按“規(guī)則”所繪制出的圖將一切歸為“不合格”，讓學生明確其“遵紀”的重要性，從而培養(yǎng)貫徹和執(zhí)行國家標準的意識.

2.1.1.2 明確知識間承上啟下的連續(xù)性，如：裝配圖可由零件圖構(gòu)成，而零件圖也可以由組合體構(gòu)成，而組合體可由基本體組成，這樣層層推進，讓學生學會把書越讀越薄，直到無紙，牢記在心，從而培養(yǎng)學生學習課程的方法論.

2.1.1.3 掌握每個知識模塊中關(guān)鍵點，引導學生自己在學會每章知識點后如圖1那樣進行關(guān)鍵點知識的概括與補充，培養(yǎng)學生學會抓主線、找關(guān)鍵點的一種思維學習方法，為后期的系統(tǒng)學習與復習奠定良好的基礎(chǔ)，這也是新工科學生應掌握的一項基本本領(lǐng).

2.1.2 優(yōu)化教學內(nèi)容.在設(shè)計課程主線的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化教學內(nèi)容，例如：考慮到“截切體與相貫體”知識點的相通性，由原來分別在“基本體的投影”和“組合體的投影”兩個章節(jié)中講的這兩個知識點，可以統(tǒng)一安排“基本體的投影”章節(jié)后進行知識講解，便于學習比較與理解；再如：在普遍的教材上，多數(shù)把“機件表達”作為單獨的一個章節(jié)來講解，而優(yōu)化后則可以把“機件表達”知識點貫穿于“零件圖識讀”知識模塊中的各種典型零件圖識讀中進行講解，不僅實現(xiàn)知識點的有機整合，更是幫助學生理解不同的“機件表達”在不同零件圖識讀中的具體應用.

2.2 整合線上資源，打造線下課件

截止2020年2月，教育部共組織約22個在線學習平臺.“工程制圖及CAD”是工科類的一門重要的基礎(chǔ)課程，在各種網(wǎng)絡(luò)學習平臺上都有著該課程豐富、免費的優(yōu)質(zhì)在線精品課程和相關(guān)的在線習題庫等，這不僅為學生提供豐富的課外學習資源，同時也為教師提供了豐富的教學資源.如何去整合線上資源，制作因材施教的課件，從而打造線下的優(yōu)質(zhì)課，提高教學效果，真正地實現(xiàn)為學生服務，這也是新形勢下對教師能力的一個最基本的考驗.

以下是作者在多年的教學實踐中，充分利用網(wǎng)絡(luò)上的教學資源，借助于Authorware專業(yè)課件平臺自身所提供的強大函數(shù)功能和很強交互性的特點制作“工程制圖及CAD”課件，使得教學目標達到良好的效果.該課件制作的一個核心內(nèi)容是腳本設(shè)計.腳本設(shè)計實際上就是“教什么”“如何教”和“學什么”“如何學”的文字描述，也是充分體現(xiàn)多媒體教學手段與教育思想、教學目標、教學策略吻合的一種設(shè)計.其主要優(yōu)點有2個方面.

一是實現(xiàn)集成化、模塊化的教學管理.如圖2所示，通過腳本設(shè)計，集成課程全部內(nèi)容，實現(xiàn)資源管理器管理效果.不僅能幫助學生明確每個章節(jié)（模塊）之間的聯(lián)系及相關(guān)內(nèi)容，同時也能幫助教師及時補充教學的最新成果，且在學生答疑過程中，可以及時方便地鏈接到相關(guān)的知識點,實現(xiàn)良好的教學管理和實時控制.

圖2 課程的AW腳本設(shè)計

二是實現(xiàn)友好、實時的交互環(huán)境.不僅給學生留有思考和探索的余地，而且在課堂上容易調(diào)動學生學習積極性.如圖3所示的“組合體表面連接關(guān)系”中，要對學生進行邊提問邊畫出正確的圖形，在制作過程中，就必須要求能隨機對任何一個圖形實現(xiàn)熱區(qū)響應，在正確與錯誤的比較中掌握知識點；再如圖4所示的“組合體分析法”，可以利用動畫視頻、圖形、文字的有機結(jié)合，開展形象逼真的實時交互教學，化解學生對知識難點重點的理解，有利于培養(yǎng)學生空間分析問題的能力.

圖3 組合體表面連接關(guān)系課件介面

圖4 組合體分析法課件界面

2.3 改變習題課教學方法，搭建團隊學習平臺

要學好工程制圖課程，除了教師的教學方法外，還要學生通過平時的練習，多看多做多想多練來進一步鞏固基本知識點的掌握.在傳統(tǒng)的教學方法，習慣教師布置，學生課后獨立完成，習題課上教師進行點評.在習題課上仍體現(xiàn)以教師為中心的教學模式，不能充分體現(xiàn)學生學習的效果，而且在課時有限的情況下，無法涉及對較多的習題進行講解.為此，習題課前把習題冊中較典型且綜合的零件圖和裝配圖作為問題導向的項目，分小組共同完成學習.在課堂中把主動權(quán)交給學生，要求小組學生用PPT形式闡述該零件圖或裝配圖所應用的場合、對構(gòu)想的空間立體圖進行描述，以及完成該零件圖的繪制與識讀需應用的那些知識點，完成之后由其它各小組對完成作業(yè)的質(zhì)量、匯報情況進行評分，該分數(shù)作為平時成績的一部分.通過對習題課的創(chuàng)新教學，既實現(xiàn)作業(yè)有質(zhì)量的完成，又實現(xiàn)學生知識點的鞏固與拓展，體會自主學習、合作與交流、學以致用的樂趣，從而進一步地激發(fā)學生的學習潛力.

2.4 打破傳統(tǒng)教學，創(chuàng)新實踐教學——CAD模塊

CDIO 工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[5]，它是以項目作為基礎(chǔ)知識傳授與基本技能掌握的載體，引導學生通過學和做，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，該教育模式特別適用于操作實踐性強的課程.為此，筆者在CAD教學模塊中大膽采用以項目任務為驅(qū)動的教學模式進行教學，即用項目任務為串聯(lián)模塊，組成教學內(nèi)容，打破了傳統(tǒng)“逐條命令學習”的教學模式.

根據(jù)所從教的新能源科學與工程專業(yè)的學生，在只有16個學時的情況下，以須達到CAD技能一級考評大綱對計算機繪圖基本知識的基本考核要求為例，通過8個教學項目，將計算機工程制圖的基礎(chǔ)知識有機地結(jié)合起來，具體項目如表1所示.

表1 項目一覽表

項目設(shè)置注重循序漸進，分3等級，其一基礎(chǔ)項目：讓學生從基礎(chǔ)的小項目開始實踐，逐步深入，最后實現(xiàn)整個項目，達到培養(yǎng)學生的興趣、自信與系統(tǒng)思維目的.如，項目三簡易的二維圖形是在項目一的圖幅設(shè)置和項目二標題欄的基礎(chǔ)上繪制，然后在項目三的基礎(chǔ)上完成項目四圖形尺寸標注.其二進階項目：通過工程制圖中的三種典型零件圖，來進一步完成計算機制圖基礎(chǔ)命令的使用，其中項目鼓勵學生可以自己挑選在制圖理論上學過的識讀圖樣，注重學生自主性、創(chuàng)新性、綜合應用能力的培養(yǎng).其三高階項目：培養(yǎng)學生在掌握計算機繪圖基本指令的基礎(chǔ)上學會繪制裝配圖的基本思路，注重學生知識系統(tǒng)性的培養(yǎng).這樣的項目設(shè)置恰好與工程制圖的理論課相對應，起到理論與實踐相輔相成的作用.具體實施過程采取了CDIO的模式來完成課程的任務，實現(xiàn)學生對該課程知識技能的掌握、職業(yè)素質(zhì)的提升，達到課程的培養(yǎng)目標.

表2 項目實施過程

教學實踐表明：

第一帶著項目任務來讓學生掌握基礎(chǔ)的知識，并架起學習專業(yè)知識的載體，這不僅能夠極大地激發(fā)學生的學習興趣和學習潛力，鍛煉學生的實戰(zhàn)能力，培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)，而且使其切身體會每個項目從構(gòu)思、設(shè)計、實施到運作的完整過程，并掌握由此所涉及知識、技能以及問題解決的思路和方法.

第二CAD軟件作為可視化軟件的一種，其基本操作方法可以與其它軟件觸類旁通，特別是繪圖操作過程，要引導與鼓勵學生大膽去嘗試各種命令的基本操作方法，要有 “條條道路通羅馬”解決困難的決心，特別是同樣的一個項目，可以通過不同的操作方式及步驟來完成，而這種學生完成任務的過程中需要各種各樣的方法的研究或者探究的科學方法，也正是學生所應該學習的工程素養(yǎng).

3 結(jié)語

依托非機類學生適應新工科交叉復合型人才模式和《中國制造 2025》發(fā)展方針的教學理念，對“工程制圖及CAD”課程的教學方法、手段、平臺等方面進行探索與改進.經(jīng)過多年的教學實踐，取得一定的成效.

一是學生學習興趣、學習積極性得到提高.表現(xiàn)為課程成績平均分由2年前的65分左右提高到現(xiàn)在基本維持在75分左右，達到期望值.且學生主動報考CAD一級、二級考試的人數(shù)也逐年增加.

二是綜合能力得到提高.經(jīng)調(diào)查，學生普遍認為自身的團隊合作、互助意識明顯加強，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力也得以提高.且在每年的金工實習實訓中，實訓教師對學生的識讀能力、工科素養(yǎng)的表現(xiàn)，評價良好.