“畫法幾何及工程制圖”課程教學(xué)改革與實(shí)踐探索
——以西北民族大學(xué)為例

王婷婷，孫初鋒，王愛軍，王志超，劉志遠(yuǎn)，納麗萍，李 璐，金 湓，李貴花

(西北民族大學(xué) 化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

新工科建設(shè)、工程教育專業(yè)認(rèn)證是我國高等工科教育發(fā)展的新趨勢(shì)，以工程教育專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向的工科類課程改革要以培養(yǎng)卓越工程人才為目標(biāo).“畫法幾何及工程制圖”是高校工科類專業(yè)學(xué)生必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，它又稱“工程界的語言”，是后續(xù)其他專業(yè)課學(xué)習(xí)的根基.作為工程設(shè)計(jì)的啟蒙課，該課程理論性和實(shí)踐性并重，著重培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力、創(chuàng)造力、工程圖樣的繪制能力，并樹立其工程設(shè)計(jì)意識(shí)，是非常重要的一門基礎(chǔ)課程.面對(duì)新的教育改革形勢(shì)，“畫法幾何及工程制圖”實(shí)踐教學(xué)課程體系的改革迫在眉睫.西北民族大學(xué)化工學(xué)院每年有化學(xué)工程與工藝、高分子材料與工程、制藥工程、環(huán)境工程、應(yīng)用化學(xué)等5個(gè)專業(yè)、10個(gè)班級(jí)的500余名學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程.來自全國各地的各民族學(xué)生學(xué)習(xí)水平層次不齊，尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)接受能力較弱.近年來，我校不斷積極推進(jìn)和探索適合本校的“畫法幾何及工程制圖”實(shí)踐教學(xué)課程體系的教學(xué)改革，并取得了一定的成效.

1 課程內(nèi)容的改革

為培養(yǎng)卓越工程人才，高校人才培養(yǎng)方案隨之不斷重新修訂，工程制圖課程課時(shí)被不斷縮減是一大趨勢(shì)[2].針對(duì)培養(yǎng)方案的變化及我校學(xué)生的實(shí)際情況，通過修訂教學(xué)大綱、改革課程內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)手段、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)等舉措，形成了現(xiàn)有的課程教學(xué)模式.我校“畫法幾何及工程制圖”2007版教學(xué)大綱，原課程學(xué)時(shí)安排為54學(xué)時(shí)，共包含4個(gè)部分：制圖基礎(chǔ)、畫法幾何、機(jī)械圖、計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ).計(jì)算機(jī)繪圖部分僅有6個(gè)學(xué)時(shí).“畫法幾何及工程制圖”2019版教學(xué)大綱共有36學(xué)時(shí)，包括：制圖基礎(chǔ)、畫法幾何、機(jī)械圖；原有的計(jì)算機(jī)繪圖部分，另外專門開設(shè)了一門18學(xué)時(shí)的實(shí)踐課程“AutoCAD制圖實(shí)訓(xùn)”，原有教學(xué)模式和現(xiàn)有教學(xué)模式的學(xué)時(shí)對(duì)比見表1.從表1可以看出，畫法幾何部分的內(nèi)容進(jìn)行了精簡(jiǎn)，制圖基礎(chǔ)和機(jī)械圖部分基本保持原有學(xué)時(shí)不變，另加設(shè)的“AutoCAD制圖實(shí)訓(xùn)”課程加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的比重，保障了實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)數(shù).

表1 原有教學(xué)模式和現(xiàn)有教學(xué)模式的學(xué)時(shí)對(duì)比

在教學(xué)學(xué)時(shí)的安排上，畫法幾何理論和機(jī)械圖部分并重.作為繪制實(shí)際工程圖樣的理論依據(jù)，畫法幾何保留了理論部分的核心，以正投影理論為基礎(chǔ)，主要講授點(diǎn)線面的投影、點(diǎn)線面的相對(duì)位置以及基本立體的投影、立體表面上點(diǎn)和線、立體的截交線和相貫線、組合體的視圖等.在實(shí)際授課過程中，對(duì)于基礎(chǔ)理論部分進(jìn)行詳細(xì)講解，對(duì)一些和工程實(shí)際聯(lián)系不大的部分可以簡(jiǎn)略講述.在整個(gè)教學(xué)過程中，始終貫穿“從三維立體到二維平面，從二維平面再到三維立體”的概念，并通過習(xí)題反復(fù)練習(xí)以達(dá)到發(fā)散學(xué)生思維的目的.機(jī)械圖部分則重點(diǎn)講解機(jī)件常用表達(dá)方法、零件圖和裝配圖等內(nèi)容，這些內(nèi)容都是后續(xù)其他課程學(xué)習(xí)不可或缺的部分.

2 教學(xué)方法和手段改革

2.1 充分發(fā)揮多媒體CAI的教學(xué)優(yōu)勢(shì)

我?！爱嫹◣缀渭肮こ讨茍D”課程全部采用多媒體教學(xué)授課，課堂上充分利用Power point自制課件圖像、flash動(dòng)畫、三維實(shí)體模型等多種形式，以形象、直觀、生動(dòng)、具體的方式，展示原本枯燥、乏味的投影理論、繪圖方法、視圖表達(dá)等.這種授課方式，顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性.例如，在講解組合體的視圖時(shí)，針對(duì)疊加型組合體，通過動(dòng)畫展示組合之前的各個(gè)基本立體，再將其逐個(gè)進(jìn)行疊加；針對(duì)切割型組合體，通過動(dòng)畫對(duì)原有立體進(jìn)行逐步的切割演示，整個(gè)教學(xué)過程更具直觀性，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段的作用非常明顯，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.對(duì)于一些需要著重講解的作圖過程和原理部分，為了保證教學(xué)效果，在教學(xué)中用多媒體CAI采取逐幀講解的方式進(jìn)行細(xì)化，力求學(xué)生學(xué)懂學(xué)會(huì).

2.2 有效利用線上教學(xué)資源

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的大力推廣，互聯(lián)網(wǎng)成為大眾溝通、交流、互動(dòng)、學(xué)習(xí)的一種常見工具，各種在線學(xué)習(xí)形式如學(xué)堂在線、網(wǎng)易公開課、微課、學(xué)習(xí)通等豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以從互聯(lián)網(wǎng)中獲取自己感興趣的知識(shí)來滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求.尤其是清華大學(xué)的“學(xué)堂在線”提供的MOOC平臺(tái)資源眾多，MOOC視頻短小精練、目的明確、主題突出，通常只抓住一兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解，學(xué)生更易集中注意力，對(duì)于一遍沒有弄懂的地方可以通過回放視頻反復(fù)學(xué)習(xí).盡管名校提供的MOOC資源較為優(yōu)質(zhì)，但未必適合所有高校的學(xué)生.本研究充分利用優(yōu)質(zhì)在線課程教學(xué)資源，依托各級(jí)各類在線課程平臺(tái)、校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，篩選貼合我校教學(xué)大綱，適合我校學(xué)生學(xué)習(xí)的線上教學(xué)資源.教師通過線上教學(xué)資源進(jìn)行“線上+線下”混合式教學(xué)，并讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.

2.3 開展“線上+線下”混合式教學(xué)新模式

2020年新冠肺炎疫情防控期間，為實(shí)現(xiàn)“停課不停學(xué)”的要求，高等院校的在線教學(xué)全面鋪開.以雨課堂、騰訊課堂、學(xué)習(xí)通、騰訊會(huì)議、釘釘為代表的線上教學(xué)，如雨后春筍般蓬勃發(fā)展.疫情防控期間，我校順應(yīng)形勢(shì)，充分利用線上平臺(tái)的靈活和個(gè)性化優(yōu)勢(shì)進(jìn)行線上教學(xué)，打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端和制約，有效拓展師生的時(shí)間和空間，保障了教學(xué)質(zhì)量和效果.疫情得到控制大部分學(xué)生返校后，我校所有的多媒體教室安裝上了雨課堂、騰訊課堂、學(xué)習(xí)通等智慧教學(xué)軟件.“畫法幾何及工程制圖”課程積極吸取線上優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，同時(shí)，將其與線下課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，采用“線上+線下”混合式教學(xué)新模式，讓其成為課堂教學(xué)的新常態(tài).以應(yīng)用“雨課堂”教學(xué)為例，“雨課堂”是2016年由清華大學(xué)與“學(xué)堂在線”推出的一款新型智慧教學(xué)工具，以微信和Power point為載體，可謂是輕量級(jí)的翻轉(zhuǎn)課堂.作為一種新型的混合式學(xué)習(xí)方式，它巧妙地將線上的共享資源和線下的傳統(tǒng)課堂相結(jié)合[3].教師通過“雨課堂”將篩選的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源推送給學(xué)生，讓學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)，師生即時(shí)互動(dòng)，教學(xué)效果得到了明顯的提升.

1)課前預(yù)習(xí)階段 通過自制的手機(jī)預(yù)習(xí)課件，插入對(duì)應(yīng)章節(jié)相關(guān)的微課、MOOC等小視頻激發(fā)學(xué)生的興趣和探索欲，再提出1～2個(gè)問題讓學(xué)生進(jìn)行發(fā)散性思考.例如緒論部分，對(duì)于本課程的研究對(duì)象和重要性，引入“西安交通大學(xué)”機(jī)械工程專業(yè)的慕課視頻，讓學(xué)生了解“減材制造(傳統(tǒng)的切割法)”、“增材制造(3D打印)”、“中國制造2025”等內(nèi)容，拓寬學(xué)生的視野.再比如，畫法幾何教學(xué)部分，為了便于學(xué)生接受，引入和我校教學(xué)大綱相一致、教學(xué)水平相吻合的一般本科院校的慕課視頻，為學(xué)生進(jìn)行投影原理部分的預(yù)習(xí).

2)課堂教學(xué)階段 通過課內(nèi)限時(shí)習(xí)題、“不懂”按鍵、隨機(jī)點(diǎn)名、彈幕、主觀題測(cè)試等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài).例如，在“組合體的投影”教學(xué)部分，學(xué)生對(duì)相貫線的投影“不懂”按鍵應(yīng)用較多，此時(shí)放慢教學(xué)進(jìn)度，在該部分進(jìn)行重點(diǎn)講解.再比如，“尺寸標(biāo)注”部分較為枯燥，教師通過平臺(tái)給答題又快又準(zhǔn)的學(xué)生推送小額紅包，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍了課堂氣氛，使師生交流互動(dòng)更加愉悅.另外，課堂教學(xué)過程可以實(shí)時(shí)錄制，學(xué)生課后可以反復(fù)觀看復(fù)習(xí).

3)課后環(huán)節(jié) 通過發(fā)布課后習(xí)題、手機(jī)試卷并收集批閱等形式來強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)的鞏固和督促學(xué)生復(fù)習(xí)，即時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況并總結(jié)反饋.如畫法幾何中“點(diǎn)—線—面”投影部分，原理易懂，做題不易，通過線上發(fā)布“選擇填空題”高效快速了解學(xué)生對(duì)原理的掌握情況，再加上線下“投影繪圖題”實(shí)際繪制，鞏固加深學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.

4)在“雨課堂”中，學(xué)生所有的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)均可被自動(dòng)采集，通過“雨課堂”對(duì)線上教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析、反饋.教師通過收集的教學(xué)數(shù)據(jù)了解哪些學(xué)生是學(xué)習(xí)態(tài)度問題、哪些學(xué)生是學(xué)習(xí)能力問題，對(duì)癥下藥，督促學(xué)生學(xué)習(xí)，同時(shí)也對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行量化考察，使線上線下教學(xué)相互融合促進(jìn)，提高課堂教學(xué)效果.

2.4 結(jié)合工業(yè)實(shí)際，注重工程觀念的培養(yǎng)

在日常教育教學(xué)工作中注重結(jié)合工業(yè)實(shí)際，注重對(duì)學(xué)生工程觀念的培養(yǎng)，在授課過程中逐步融入新工科理念，讓學(xué)生在學(xué)中做，做中學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力.例如，講到“國家標(biāo)準(zhǔn)”的時(shí)候，給學(xué)生植入嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的科學(xué)觀，結(jié)合實(shí)例談“失之毫厘謬以千里”的危害；講解繪圖比例時(shí)，結(jié)合實(shí)際生活中的物體，談放大比例和縮小比例的應(yīng)用；講解組合體的構(gòu)成方式時(shí)，給學(xué)生展示實(shí)際工業(yè)設(shè)備(如精餾塔、反應(yīng)器)的圖片，大部分化工設(shè)備都是由回轉(zhuǎn)體構(gòu)成，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行切割或相貫；講解視圖表達(dá)方法時(shí)，結(jié)合大型設(shè)備的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)來談為什么要采用局部視圖或旋轉(zhuǎn)視圖等等.諸如此類，點(diǎn)滴之間給學(xué)生滲透工程觀念和意識(shí)，這與“畫法幾何與工程制圖”課程要求學(xué)生在畫圖時(shí)認(rèn)真細(xì)致，查圖時(shí)仔細(xì)比對(duì)，讀圖時(shí)上下聯(lián)系的要求相互輝映.

3 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

“畫法幾何及工程制圖”另設(shè)課程“AutoCAD制圖實(shí)訓(xùn)”共18學(xué)時(shí)，緊跟在“畫法幾何及工程制圖”課程之后開設(shè).為了保障“AutoCAD制圖實(shí)訓(xùn)”課程的順利開展，專門建立了3個(gè)機(jī)房近100余臺(tái)計(jì)算機(jī)，2個(gè)專業(yè)制圖教室提供硬件保障，購買了正版浩辰AutoCAD繪圖軟件并每年更新以提供軟件保障.為了保障實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，我校嚴(yán)格控制實(shí)踐教學(xué)班級(jí)人數(shù)，每個(gè)班級(jí)不超過25人，并保證單人單機(jī)操作學(xué)習(xí).通過AutoCAD繪圖實(shí)踐練習(xí)，要求學(xué)生能夠熟練繪制符合國家標(biāo)準(zhǔn)、投影關(guān)系正確、表達(dá)清楚的工程圖樣，學(xué)生的動(dòng)手能力和理論聯(lián)系工程實(shí)際的能力明顯得到提升，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)的目的.

4 存在的不足

“畫法幾何及工程制圖”教學(xué)改革雖然取得了一定的成效，但也存在不少問題.如，教師應(yīng)用智慧教學(xué)軟件教學(xué)時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)上篩選優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源具有一定的隨機(jī)性，需要加強(qiáng)協(xié)同合作，共享資源并擇優(yōu)；部分教師不太適應(yīng)“線上+線下”混合式教學(xué)新模式，習(xí)慣于傳統(tǒng)教學(xué)模式，需要我們克服困難，讓這種混合式教學(xué)新模式能夠常態(tài)化.

5 小結(jié)

我校對(duì)“畫法幾何及工程制圖”課程進(jìn)行了一系列教學(xué)改革與實(shí)踐探索，取得了一定的成效，學(xué)生的工程實(shí)踐能力有了明顯提高.“線上+線下”混合式教學(xué)新模式的實(shí)踐還處于探索起步階段，需要在實(shí)踐過程中進(jìn)一步完善.教學(xué)改革是一個(gè)長(zhǎng)期探索、不斷完善的過程，我們將會(huì)在教學(xué)實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)對(duì)本課程的教學(xué)體系進(jìn)一步的深化改革，為新工科建設(shè)及工程教育專業(yè)認(rèn)證工作添磚加瓦.