新工科背景下工程圖學(xué)混合式教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐

談莉斌， 汪永明， 張海娟

(安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 安徽 馬鞍山 243002)

“智能制造”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新發(fā)展戰(zhàn)略，正推動(dòng)著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)[1]，給制造行業(yè)帶來了翻天覆地的變化，也對(duì)從業(yè)人才的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力提出了新的要求。作為人才培育的基地，高等學(xué)校必須持續(xù)進(jìn)行課程的綜合改革，以適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，培養(yǎng)所需的高素質(zhì)人才。

工程圖學(xué)課程作為機(jī)械類工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,以機(jī)械圖樣的繪制、讀取為主要教學(xué)內(nèi)容，是近機(jī)械類行業(yè)技術(shù)人員必須掌握的基本技能[2]。隨著裝備制造行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，如三維軟件應(yīng)用的普及、MBD(Model Based Definition)等技術(shù)在高端制造業(yè)的示范性應(yīng)用[3]，企業(yè)對(duì)工程圖學(xué)相關(guān)知識(shí)的需求已發(fā)生較大變化。然而，目前國內(nèi)大部分學(xué)校的工程圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容多年未變，仍以原有的二維表達(dá)為主，與企業(yè)需求的應(yīng)用技術(shù)存在偏差[4]。同時(shí)，面對(duì)信息化時(shí)代的00后大學(xué)生，教學(xué)方式、考核方式單一，以教為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法無法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

針對(duì)以上問題，本文基于新工科建設(shè)要求和企業(yè)實(shí)際用人需求，探討目前工程圖學(xué)課程教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的合理優(yōu)化，尋求創(chuàng)新的教學(xué)模式以提高學(xué)習(xí)效率。針對(duì)課程的內(nèi)容、授課方式、考核方式進(jìn)行了探討與實(shí)踐。

1 工程圖學(xué)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)優(yōu)化

工程圖學(xué)課程體系主要包含投影理論、繪圖基礎(chǔ)、機(jī)件表達(dá)方式、制圖標(biāo)準(zhǔn)、零件圖與裝配圖、CAD繪圖等主要知識(shí)點(diǎn)。目前，教學(xué)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，繪圖基礎(chǔ)與機(jī)件表達(dá)方式是教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)與難點(diǎn)，要求較高的空間構(gòu)型能力。然而，近機(jī)械類專業(yè)不同于機(jī)械工程類專業(yè)，不需要具備較強(qiáng)的獨(dú)立繪制復(fù)雜圖紙能力。又由于三維繪圖軟件的日益普及，三維構(gòu)型設(shè)計(jì)模式逐漸取代二維平面圖紙構(gòu)型設(shè)計(jì)。鑒于以上情況，工程圖學(xué)教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)由繪圖優(yōu)化為讀圖能力的培養(yǎng)，以適應(yīng)新工科發(fā)展要求及企業(yè)實(shí)際需求。此外，在繪圖及讀圖時(shí)，軸測(cè)草圖可以幫助學(xué)生更直觀地對(duì)零件構(gòu)型，適當(dāng)增加軸測(cè)圖知識(shí)點(diǎn)的課時(shí)。

在CAD相關(guān)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)時(shí)，目前的重點(diǎn)是平面圖的繪制與相應(yīng)功能，三維模型的構(gòu)建只占用很少的課時(shí)。然而，目前大多數(shù)企業(yè)的典型機(jī)械圖紙制作流程是，先構(gòu)建零件與裝配體的三維模型；再用三維模型生成二維工程圖，當(dāng)三維模型工程變更后，二維工程圖自動(dòng)隨之更改，二維工程圖與三維模一直保持同步。因此，從當(dāng)前工程實(shí)際出發(fā)，應(yīng)增加三維模型構(gòu)建與二維工程圖映射生成知識(shí)點(diǎn)的課時(shí)。

工程圖學(xué)原教學(xué)流程如圖1所示，按照教學(xué)大綱內(nèi)容，依次講授投影理論、繪圖基礎(chǔ)、表達(dá)方式、制圖標(biāo)準(zhǔn)、零件圖與裝配圖、CAD平面圖、三維構(gòu)型等知識(shí)點(diǎn)。順序式教學(xué)流程導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)繪圖基礎(chǔ)、表達(dá)方式時(shí)，根據(jù)平面圖形構(gòu)型空間結(jié)構(gòu)難度較大，不能很好地掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。此外，在零件圖與裝配圖知識(shí)點(diǎn)中，零件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及裝配圖中各零件的復(fù)雜裝配關(guān)系導(dǎo)致學(xué)生很難直接繪制出符合要求的工程圖紙。從歷年期末考試結(jié)果統(tǒng)計(jì)來看，上述難點(diǎn)的學(xué)生得分率明顯低于其他知識(shí)點(diǎn)。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了課程教學(xué)流程，工程圖學(xué)優(yōu)化教學(xué)流程如圖2所示，從繪圖基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容開始就引入三維造型的理念，并講授相關(guān)三維軟件操作知識(shí)。學(xué)生在三維構(gòu)型的過程中，提高了空間構(gòu)型能力，更易于理解平面圖紙繪制的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。在圖紙繪制與CAD平面圖知識(shí)點(diǎn)講授時(shí)，將原來的直接繪制工程圖紙方法，改為更符合企業(yè)工程實(shí)際的三維構(gòu)型映射生成平面圖紙。通過上述課程優(yōu)化，降低了學(xué)習(xí)難度，提高了知識(shí)點(diǎn)熟練程度，適應(yīng)了企業(yè)對(duì)近機(jī)械類專業(yè)畢業(yè)生的實(shí)際需求。

圖1 工程圖學(xué)原教學(xué)流程

圖2 工程圖學(xué)優(yōu)化教學(xué)流程

2 工程圖學(xué)教學(xué)方法改革

信息化時(shí)代的00后大學(xué)生，獲取信息能力更強(qiáng)，渠道更廣，思維更活躍。工程圖學(xué)課程傳統(tǒng)的教學(xué)，受限于條件，主要以教師黑板、PPT講解，學(xué)生被動(dòng)接受為主，不能激發(fā)新時(shí)代大學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。而當(dāng)前的信息時(shí)代，線上資源極大豐富，信息手段飛速發(fā)展，為有效、有趣的課堂教學(xué)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。

2.1 采用線上線下混合式教學(xué)方式

在中國大學(xué)MOOC、智慧樹、超星等教學(xué)平臺(tái)建立混合式課程，線上學(xué)習(xí)+線下討論，把課堂的時(shí)間還給學(xué)生，以學(xué)為主。具體教學(xué)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1.1 課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)

上課之前，會(huì)提前在慕課堂上給學(xué)生推送帶有預(yù)習(xí)目的的PPT，并同時(shí)推送優(yōu)質(zhì)MOOC資源，讓學(xué)生花10 min左右的時(shí)間，大致了解將要學(xué)習(xí)內(nèi)容，掌握最基礎(chǔ)、相對(duì)簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)。不是預(yù)習(xí)下節(jié)課所有內(nèi)容，而是有目標(biāo)的預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)所有內(nèi)容會(huì)讓學(xué)生沒有預(yù)習(xí)目標(biāo)，對(duì)預(yù)習(xí)產(chǎn)生疲勞，從而導(dǎo)致預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)變成擺設(shè)。

2.1.2 課堂環(huán)節(jié)

上課時(shí)首先提出一個(gè)簡(jiǎn)單的問題，檢查學(xué)生預(yù)習(xí)的情況，然后根據(jù)預(yù)習(xí)情況講解重點(diǎn)內(nèi)容，并及時(shí)發(fā)散討論。采用翻轉(zhuǎn)課堂、課堂討論、課堂演練等方式豐富課堂內(nèi)容，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，能讓學(xué)生主動(dòng)參與思考，達(dá)到以學(xué)生為中心的目標(biāo)。

課堂上，教學(xué)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的APP如學(xué)習(xí)通、慕課堂等作為有力的工具，極大地方便了師生間的互動(dòng)。在課堂上可以開啟在線點(diǎn)名、課堂彈幕、課堂投稿、課堂討論等功能，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生參與到課堂的積極性。如圖4所示關(guān)于相貫線的形狀問題，同學(xué)們可以發(fā)彈幕發(fā)表自己的看法，課堂氣氛輕松活躍，也可以用拍照投稿的形式提交，非常直觀。同時(shí)，由于學(xué)生在課堂上就可以看到其他同學(xué)提交的答案，從而產(chǎn)生同學(xué)間比較的壓力，促進(jìn)學(xué)習(xí)。

圖4 學(xué)生課堂討論

2.1.3 課后環(huán)節(jié)

除了傳統(tǒng)的課堂提問、課堂練習(xí)，以及課后配套習(xí)題之外，教師可以利用線上平臺(tái)的APP快速便捷地進(jìn)行考勤、討論、小測(cè)驗(yàn)、視頻觀看等等功能，并且能及時(shí)、有效地記錄學(xué)生學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)。大量的數(shù)據(jù)可以幫助教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行更深入地分析，及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果并針對(duì)薄弱點(diǎn)做出相應(yīng)的教學(xué)調(diào)整，同時(shí)這些數(shù)據(jù)也是形成性評(píng)價(jià)的有效支撐。

2.2 建立以考促學(xué)的考核方式

高等教育的考核核心目標(biāo)不是為了分出學(xué)生的優(yōu)良中差，而是為了引領(lǐng)、督促學(xué)生學(xué)習(xí)必要的知識(shí)點(diǎn)，掌握必要的專業(yè)技能，提升專業(yè)能力。因此，考核應(yīng)分布在整個(gè)教學(xué)過程中，通過考核來促進(jìn)學(xué)習(xí)。本課程采用形成性評(píng)價(jià)方式進(jìn)行考核，從學(xué)習(xí)過程(平時(shí)成績(jī))與結(jié)果(期末成績(jī))2個(gè)維度上設(shè)置考核指標(biāo)。在學(xué)習(xí)過程的考核中，除了傳統(tǒng)考核標(biāo)準(zhǔn)外，還增加了問題討論、隨堂測(cè)驗(yàn)、團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等考核內(nèi)容，目的是為了從各個(gè)角度引導(dǎo)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)、優(yōu)化專業(yè)素養(yǎng)、提升個(gè)人能力。比如，在隨堂小測(cè)驗(yàn)中，考核基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，幫助教師及時(shí)根據(jù)學(xué)生完成情況，發(fā)現(xiàn)易錯(cuò)點(diǎn)，以便重點(diǎn)攻克；在A3圖大作業(yè)中，將國家先進(jìn)成圖大賽題目引入課堂，作為大作業(yè)形式完成，培養(yǎng)其畫圖能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維；在布置團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目作業(yè)中，培養(yǎng)同學(xué)的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。比如在零件圖的繪制章節(jié)，給定零件的三維模型，4～5個(gè)同學(xué)一組，從合理選擇表達(dá)方案開始，布局、繪制圖形，然后在課堂上用PPT演示講解，同學(xué)們討論，各小組互相打分，在學(xué)生討論的過程中培養(yǎng)其應(yīng)用已有知識(shí)解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)合作的能力、創(chuàng)新的能力等。未來將在以下幾個(gè)方面繼續(xù)深入完善：提高教學(xué)過程的互動(dòng)，可以增加機(jī)房講授、然后實(shí)時(shí)上機(jī)練習(xí)的方式，以學(xué)為主，提高教學(xué)效果；增加課程大作業(yè)在考核中的比重，提高學(xué)生解決問題的能力；根據(jù)教學(xué)效果，持續(xù)完善線上線下混合式教學(xué)過程。

3 結(jié) 語

通過教學(xué)知識(shí)點(diǎn)優(yōu)化、強(qiáng)化三維、軸測(cè)圖等知識(shí)點(diǎn)，弱化二維手工繪圖相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，提高了專業(yè)學(xué)生的工程能力。三維構(gòu)型知識(shí)點(diǎn)貫穿整個(gè)工程圖學(xué)教學(xué)過程，降低了學(xué)習(xí)難度，提高了學(xué)生空間構(gòu)型能力。通過線上線下課程結(jié)合，提高了教學(xué)形式的靈活性與學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，可以更好地覆蓋所有學(xué)習(xí)進(jìn)度的學(xué)生。通過綜合多因素的形成性考核模式，以考促學(xué)，避免了卷面筆試單一形式對(duì)學(xué)生工程能力檢驗(yàn)不夠全面的問題。