趙德勝 屈軍鎖
(西安郵電大學(xué)自動化學(xué)院,陜西 西安 710121)
以大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)為代表的新一輪技術(shù)革命正在推動產(chǎn)業(yè)變革,各領(lǐng)域技術(shù)交叉疊加,為教育事業(yè)發(fā)展帶來了更多可能和創(chuàng)新發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)前教育改革面臨著技術(shù)疊加、產(chǎn)業(yè)革命和中華民族偉大復(fù)興的多重背景,要求新工科教育要面向未來、主動作為、積極謀劃。非機(jī)械專業(yè)工程制圖教學(xué)也應(yīng)該順勢而動,了解新工科最前沿知識和最新發(fā)展方向,豐富非機(jī)械專業(yè)工程制圖教學(xué)實踐,實現(xiàn)教學(xué)手段和方式再深化、再拓展、再突破,在提升教學(xué)質(zhì)量的同時,適應(yīng)時代奔騰發(fā)展的浪潮,為產(chǎn)業(yè)變革和技術(shù)發(fā)展輸送優(yōu)質(zhì)人才。
新工科背景下,非機(jī)械專業(yè)教學(xué)要兼顧四方面內(nèi)容:充分考慮新工科背景下非機(jī)械專業(yè)教學(xué)鮮明的工科教育屬性和高等教育屬性;非機(jī)械專業(yè)教學(xué)要滿足新工科課程體系改革的總體要求,充分發(fā)揮非機(jī)械專業(yè)的教學(xué)特點;非機(jī)械專業(yè)教學(xué)要適應(yīng)當(dāng)前新工科課程改革的現(xiàn)實變化,滿足未來行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時代要求;機(jī)械專業(yè)教學(xué)既要借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗,也要結(jié)合我國非機(jī)械專業(yè)學(xué)生的實際情況。在明確上述四點要求基礎(chǔ)上,能夠進(jìn)一步厘清新工科背景下非機(jī)械專業(yè)教學(xué)的基本邏輯。
新工科主要包含以互聯(lián)網(wǎng)和人工智能為核心的智能科學(xué)與技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊等相關(guān)工科專業(yè)。與傳統(tǒng)工科專業(yè)相比,智能科學(xué)與技術(shù)、智能制造、人工智能、機(jī)器人更具有鮮明的時代屬性,屬于對傳統(tǒng)工科專業(yè)的改造升級。未來隨著產(chǎn)業(yè)融合推進(jìn),必然會出現(xiàn)新產(chǎn)業(yè)、新模式和新業(yè)態(tài)[1]。這一背景下,就需要創(chuàng)造能力更強(qiáng),實踐能力更強(qiáng),兼具國際視野的復(fù)合型新工科人才。同時,非機(jī)械專業(yè)教學(xué)也要充分考慮到新工科所帶來的深刻影響。新工科自出現(xiàn)以來,就帶有鮮明的跨界融合和學(xué)科交叉特點,非機(jī)械專業(yè)教學(xué)改革也會受到新工科潛移默化的影響。因此,在非機(jī)械專業(yè)教學(xué)體系建設(shè)過程中,應(yīng)將通識教育與專業(yè)教育有機(jī)結(jié)合,提升學(xué)生培養(yǎng)的系統(tǒng)性和全面性。通識教育主要包含學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程和通識基礎(chǔ)課程;專業(yè)教育則包含本專業(yè)的核心課程和專業(yè)拓展課程[2]。根據(jù)非機(jī)械專業(yè)工程制圖教學(xué)的目的和要求,工程制圖屬于必修專業(yè)基礎(chǔ)課程。從范圍上看,應(yīng)屬于通識教育領(lǐng)域。但從專業(yè)背景考慮,需要學(xué)生掌握基本工程制圖技巧,具備繪圖和看圖能力。工程制圖作為通識教育與專業(yè)教育相結(jié)合的跨學(xué)科課程。在教學(xué)過程中,一方面,強(qiáng)調(diào)工程制圖教學(xué)的交叉性,作為通識教育與專業(yè)教育有機(jī)融合的結(jié)果,通過課程教學(xué)能夠促進(jìn)相關(guān)知識一體化,有助于提升學(xué)生知識融合能力,有助于提高人才培養(yǎng)效果。另一方面,有利于通識教育課程與專業(yè)教育課程建設(shè),在教學(xué)過程中實現(xiàn)二者優(yōu)勢互補(bǔ),讓學(xué)生在掌握知識過程中加深對國家制圖標(biāo)準(zhǔn)的理解,提升學(xué)生對現(xiàn)代信息技術(shù)背景下繪圖技術(shù)的交叉融匯能力。
新工科背景下,非機(jī)械專業(yè)教學(xué)本身就具有非常強(qiáng)的跨界和跨學(xué)科屬性。因此,在教學(xué)過程中不僅會涉及理工、工程等自然學(xué)科知識,還會涉及藝術(shù)、思維等人文社會科學(xué)知識。工程制圖是新工科建設(shè)背景下非機(jī)械專業(yè)學(xué)生必須掌握的重要課程之一,這一課程教學(xué)充分體現(xiàn)以新工科為代表課程教學(xué)的跨學(xué)科思維和屬性。要求教師在工程制圖相關(guān)課程教學(xué)過程中既要培養(yǎng)學(xué)生的問題發(fā)現(xiàn)能力、分析能力和解決能力,也要培養(yǎng)學(xué)生的價值觀感知、觀察、分析、判斷能力,實現(xiàn)學(xué)生工程思維和工程知識的有機(jī)融合,讓學(xué)生更好掌握工程制圖的核心要領(lǐng),敢于打破傳統(tǒng)邊界限制,有能力、有勇氣應(yīng)對復(fù)雜工程制圖問題。新工科背景下,非機(jī)械專業(yè)工程制圖教學(xué)應(yīng)以新工科為底色,對課程建設(shè)和教學(xué)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化和完善,不脫離工程制圖實際,也不進(jìn)行空洞的理論講解。通過工程制圖教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計思維,并以工程設(shè)計為作為核心培養(yǎng)學(xué)生的想象力、鑒別力、創(chuàng)造力、設(shè)計能力和思維能力,引導(dǎo)學(xué)生對工程制圖有更為深刻的思考,形成工程設(shè)計思維。
當(dāng)前部分非機(jī)械專業(yè)教學(xué)對于專業(yè)基礎(chǔ)課程還存在“重理論、輕實踐”的共性問題,由于理論學(xué)習(xí)和實踐環(huán)節(jié)缺少有效銜接,造成了部分學(xué)生理論學(xué)習(xí)不扎實,實踐能力不達(dá)標(biāo)的困境。新工科背景下,有必要通過理論課程與實踐課程相結(jié)合方式,構(gòu)建多面向教學(xué)體系,提升學(xué)生的理論學(xué)習(xí)效果和實踐創(chuàng)新能力。工程制圖具有鮮明的操作性和實踐性特征,這就要求教師在教學(xué)過程中突出教學(xué)內(nèi)容的實踐屬性[3]。具體遵循的實踐邏輯有:第一,善于借助現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)的教學(xué)方式,對教育資源進(jìn)行有效整合,實現(xiàn)理論課程和實踐課程的有機(jī)匹配,制定科學(xué)合理的工程制圖實踐課程比例。第二,明確提出工程制圖課程實踐要求,包含與工程制圖相關(guān)聯(lián)的實踐課程實施方式和所需要的課時數(shù),保障工程制圖實踐課程在總學(xué)分中的占比。第三,在工程制圖課程模塊教學(xué)任務(wù)完成之后,應(yīng)有相對應(yīng)的實踐操作環(huán)節(jié),要求學(xué)生在掌握工程制圖理論基礎(chǔ)知識之上,通過對相關(guān)知識的交叉復(fù)合應(yīng)用,增強(qiáng)學(xué)生理論與實踐的融會貫通能力。第四,除了必要的驗證性實驗之外,還應(yīng)該增設(shè)研究性實驗和設(shè)計性實驗以及綜合性實驗,使學(xué)生能夠?qū)こ讨茍D學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)造性應(yīng)用,加深學(xué)生對工程制圖相關(guān)理論和實踐操作的系統(tǒng)性和整體性把握。第五,加大對工程制圖教學(xué)資源投入,滿足學(xué)生對工程制圖課程實踐教學(xué)的現(xiàn)實訴求。新工科教育是面向未來的工程教育,是對傳統(tǒng)工程教育范式的創(chuàng)新升級,這也對非機(jī)械專業(yè)學(xué)生的課程建設(shè)和人才培養(yǎng)方案、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)提出了新的要求。通過工程制圖課程讓學(xué)生加深對新工科的理解,將品德培養(yǎng)、知識培養(yǎng)、能力培養(yǎng)、技能培養(yǎng)融入到課程體系建設(shè)之中,通過理論與實踐相結(jié)合的方式,讓學(xué)生加深對看圖和繪圖基本知識的理解,同時善于挖掘課程內(nèi)容的素質(zhì)教育內(nèi)涵和外延,提升學(xué)生的空間想象能力和抽象思維能力。
第一,理論課程內(nèi)容與實踐聯(lián)系不緊密或缺乏及時、有效銜接。盡管有一些學(xué)生在工程制圖學(xué)習(xí)中,掌握了牢固的理論知識,但一到實際應(yīng)用,便不知如何下手,存在看不懂圖、畫不出圖、畫不對圖的困境。存在這一問題的原因中,一方面是由于教師沒有給學(xué)生提供足夠的實踐機(jī)會,學(xué)生較少接觸實際生產(chǎn)中的圖紙,也沒有為實際生產(chǎn)繪制過零件圖。并且由于學(xué)生對課程缺乏了解不知道如何學(xué)習(xí)該課程,只是套用其他理論課程的學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)工程制圖。這使得在工程制圖的教學(xué)中,理論和實踐嚴(yán)重脫節(jié)。另一方面是由于各種原因?qū)е抡n時太少,并且理論教學(xué)部分占據(jù)了絕大部分教學(xué)課時,導(dǎo)致講解零件圖等面向應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容時課時更少,使學(xué)生對這一部分內(nèi)容學(xué)習(xí)得不深入,甚至沒學(xué)懂,成為走馬觀花式教學(xué)。導(dǎo)致學(xué)生看圖、繪圖時看不懂、畫不出、畫不對。因此造成學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容一知半解,無法學(xué)以致用。
第二,實驗課沒有真正發(fā)揮理論和實踐的橋梁作用。造成這種現(xiàn)象的原因是實驗課和理論教學(xué)脫節(jié),二者沒有很好的相互融合。在一些沒有機(jī)械專業(yè)的高校中,這一現(xiàn)象尤為突出。因為各種原因此類院校的工程制圖課發(fā)展慢,落后社會需求,對實驗課重視程度不足,所用繪圖軟件長期使用二維繪圖功能。工程制圖是一門內(nèi)容比較抽象的課程,需要學(xué)生具備較強(qiáng)的空間思維能力,但是空間思維能力短期內(nèi)難以培養(yǎng)起來,因此,在講課時,經(jīng)常出現(xiàn)教師聲嘶力竭、理屈詞窮。當(dāng)前社會中,三維繪圖已經(jīng)非常普遍。三維繪圖功能以其強(qiáng)大的視覺沖擊,憑借直觀、方便的優(yōu)勢特征深受繪圖者喜愛。隨著計算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展,一些三維建模軟件如UG、SolidWorks、CATIA等逐漸成為繪圖行業(yè)的主流,現(xiàn)代設(shè)計的基本過程就是首先運(yùn)用CAD軟件進(jìn)行產(chǎn)品的三維實體造型,并進(jìn)行裝配以及運(yùn)動仿真,最后直接把三維模型轉(zhuǎn)換并繪制成符合要求的二維工程圖,極大地提高了作圖效率[4]。這是現(xiàn)代圖學(xué)發(fā)展的必然趨勢,也是數(shù)字化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計和制造對工程制圖教學(xué)提出的要求。而如果只是講解空洞的理論,勢必會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
工程制圖課時有限,并且?guī)缀趺總€學(xué)期因為假期原因至少放棄一次教學(xué)安排。如何科學(xué)安排課堂教學(xué)內(nèi)容成為教師的必選項。往年,有的教師把CAD教學(xué)內(nèi)容壓縮或者把教材中后面的教學(xué)內(nèi)容壓縮。以上壓縮的內(nèi)容全部是實踐性很強(qiáng)的課程內(nèi)容,這樣會影響課程實用性教學(xué)效果。如果壓縮前面的理論教學(xué)部分,理論學(xué)習(xí)是課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),如果學(xué)生對理論沒學(xué)懂,對后面的學(xué)習(xí)效果影響很大。 在實際教學(xué)工作中,有的教師把實驗課放在課程最后,這樣實際不能很好地發(fā)揮實驗課的作用。如果把實驗課程和理論教學(xué)穿插在一起,有可能使理論教學(xué)不系統(tǒng)不連貫。并且,理論教學(xué)中,剖視圖和零件圖部分需要在最后才講解,如果過早融入CAD軟件,學(xué)生可能看不懂零件圖,導(dǎo)致三維建模失敗。因此,CAD如何與理論教學(xué)相結(jié)合成為一個問題。此外,現(xiàn)行的工程制圖考試方式還是沿用過去的筆試考核形式。通常,一些高校對非機(jī)械專業(yè)學(xué)生的工程制圖的教學(xué)要求稍有放松,其課程考核大部分采用筆試的方式。對于軟件操作部分,筆試考試不能準(zhǔn)確反映學(xué)生的操作水平。由此也造成學(xué)生對軟件學(xué)習(xí)積極性不高,實驗課不認(rèn)真操作軟件。因為這部分內(nèi)容不考試。因此,非機(jī)械專業(yè)的學(xué)生也需要上機(jī)操作以考核其軟件操作水平。學(xué)以致用是教學(xué)的核心問題,這一核心思想也應(yīng)貫徹到教學(xué)的各個環(huán)節(jié),觀照現(xiàn)實,目前在工程制圖教學(xué)中,在內(nèi)容選擇、課時安排、考核評價等環(huán)節(jié)均存在不同程度的問題。
首先,重新編排教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)教師的教學(xué)經(jīng)驗嘗試把學(xué)生容易理解的內(nèi)容和非教學(xué)重點進(jìn)行壓縮或合并講解。教師在講課時根據(jù)自身具體情況,可嘗試多種方式將CAD融入工程制圖課堂教學(xué)。本文作者在講完繪制立體三視圖后,隨后安排講解CAD繪圖[5]。在理論教學(xué)過程中,對于復(fù)雜零部件在課堂上用軟件演示,并要求學(xué)生自己動手操作。實踐證明,學(xué)習(xí)效果很好,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高,期末考試成績不及格率下降,比賽成績有所提高。把比賽或教師課題中典型案例融入課堂,從而提高教師講課水平,豐富課堂知識。工程制圖教學(xué)大部分學(xué)校教師都是沿用前人的教學(xué)案例,由于內(nèi)容更新不及時,逐漸影響了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高。因此,教師需要把一些自己的課題中的經(jīng)典案例帶入課堂進(jìn)行嘗試。把以往教師做過的課題,可以作為課堂例題進(jìn)行講解,也可以通過作業(yè)的形式布置給學(xué)生。
其次,利用三維繪圖功能可以幫助學(xué)生理解抽象的繪圖理論,使空洞的理論形象化、真實感化[6]。如果將CAD軟件的講解和應(yīng)用融合在制圖理論講解中,就會使抽象的概念變得具體化、可視化。工程制圖課程中出現(xiàn)的所有零部件或相貫線習(xí)題實例都可以由學(xué)生自己構(gòu)建模型,將零部件各個細(xì)節(jié)用三維建模軟件直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前,使用圖物對照,做到以物代言,不僅極大地簡化了教師對抽象理論的講解,而且使學(xué)生很方便地通過三維實體學(xué)習(xí)復(fù)雜組合體各基本體之間的組合關(guān)系,加速了學(xué)生空間概念的形成,能夠極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高課堂教學(xué)效率。因此,培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識和使用三維建模軟件既是一種時代發(fā)展需要也是教學(xué)改革的需要。只有提高學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性,才能從根本上改變學(xué)生由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”的學(xué)習(xí)狀態(tài)。只有糾正學(xué)生在工程制圖課程學(xué)習(xí)中錯誤觀念,增強(qiáng)對本課程的學(xué)習(xí)興趣,從思想上解除學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙,才能為以后的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。
再次,組織學(xué)生參與工程制圖相關(guān)比賽。學(xué)科競賽緊跟社會需求,準(zhǔn)確把握學(xué)科發(fā)展方向,通過學(xué)科競賽可以彌補(bǔ)教學(xué)與社會需求的差距。組織學(xué)生參加各級競賽,不僅可以為學(xué)生搭建一個展示個人才能的平臺,而且還可以提升學(xué)生技能創(chuàng)新水平,擴(kuò)大學(xué)生知識面。參加制圖競賽是一次工程實踐直接檢驗工程制圖課堂學(xué)習(xí)水平的考試,它將檢驗課堂學(xué)習(xí)水平和教師講課水平[7];提升學(xué)生分析問題和解決工程問題的思考能力及技能,可以提高學(xué)生的空間想象力和繪圖、讀圖的實踐能力,促進(jìn)學(xué)生更積極的學(xué)習(xí)工程制圖,激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)和師生互動的熱情及求知欲,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力。在教學(xué)改革與實踐過程中,將工程制圖教學(xué)與競賽緊密結(jié)合,以賽促學(xué),以賽促教,效果突出。比賽結(jié)束后,帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)真總結(jié),主要是總結(jié)比賽對學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用,總結(jié)如何學(xué)賽結(jié)合、學(xué)用賽結(jié)合??偨Y(jié)學(xué)生在比賽中的失誤,讓學(xué)生養(yǎng)成工作認(rèn)真、重視細(xì)節(jié)的好習(xí)慣。在平時對參賽學(xué)生培訓(xùn)時,注意對于制圖相關(guān)知識的講解,盡量講解機(jī)電結(jié)合的知識,以擴(kuò)大學(xué)生知識面,這一點從已畢業(yè)學(xué)生的反饋情況來看,效果比較好。在組織校賽過程中,盡可能多的組織較多學(xué)生參加比賽,讓更多學(xué)生了解比賽,學(xué)習(xí)一些在課堂上沒有講到的與實踐緊密相關(guān)的知識,以便增強(qiáng)其實踐能力。
最后,選擇部分學(xué)生參與教師的橫向課題或指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。通過讓學(xué)生參與一些與繪圖相關(guān)的課題,使學(xué)生認(rèn)識和了解到制圖在解決工程問題中的作用。使學(xué)生認(rèn)識到機(jī)電結(jié)合、機(jī)電耦合等并行設(shè)計和綜合設(shè)計的重要性,有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程能力[8]。為了解決教師課題不足的問題,一是采用簡單的活復(fù)雜著干,一人的活多人干、重復(fù)干的模式,以便讓更多學(xué)生參與到課題中來。并且讓學(xué)生相互討論,尤其是要和沒有參與課題的學(xué)生一起討論。以上對學(xué)生參與課題的方式盡管增大了人力成本,但對學(xué)生的促進(jìn)作用是明顯的,并且也擴(kuò)大了課題的影響范圍。二是在沒有課題時,把往年課題拿出來讓新學(xué)生重新做一遍,但是需要用不同的方法來完成。這種方法也有一定的作用。另外,邀請已經(jīng)畢業(yè)的學(xué)生通過微信群等方式,讓他們現(xiàn)身說法,現(xiàn)場回答學(xué)生問題。也能在一定程度上幫助學(xué)生解決工程制圖在以后工作中的作用問題。
最后,改革或調(diào)整課程考核方式。首先,在筆試部分,可以把教師課題或比賽題目作為考試內(nèi)容。這樣可以使試題具有新穎性,擴(kuò)大了考試題庫。其次,增加軟件操作水平考試。以往的課程考試全部采用筆試的形式,這對繪圖軟件來說不太合適,不能反映學(xué)生的軟件操作水平,也就是不能反映學(xué)生學(xué)以致用的能力。通過增加上機(jī)考試,避免了學(xué)生因為不考試而帶來的消極上實驗課的問題。而且使學(xué)生軟件操作熟練度增加,可以繪制復(fù)雜的三維圖形,有利于課堂上復(fù)雜零件的講解。
通過以上教學(xué)方法的改進(jìn)和實施,從思想上解決了學(xué)生“為什么學(xué)習(xí)”工程制圖的問題,使學(xué)生重視學(xué)習(xí)并認(rèn)真掌握制圖基礎(chǔ)知識和技能,提高工程意識和創(chuàng)新意識。針對學(xué)生工程制圖學(xué)習(xí)缺乏主動性積極性為研究對象,通過提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動性和積極性,從而實現(xiàn)了變被動為主動,使學(xué)生由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,還有助于減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān),提高教師教學(xué)積極性。較好地實現(xiàn)了把學(xué)生對工程制圖的學(xué)習(xí)由“教師驅(qū)趕型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤芭d趣吸引型”。通過上述具體做法的落實,教師的講課水平得以提高,其直接表現(xiàn)是學(xué)生對教師講課的受歡迎程度得以提升。
綜上,新工科背景下,迫切要求創(chuàng)新非機(jī)械類專業(yè)教學(xué),針對當(dāng)前在工程制圖教學(xué)中的理論與實踐聯(lián)系不緊密導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)困境和效果不佳的實際問題,一方面,需要重點解決“學(xué)什么”的問題,即圍繞新工科發(fā)展理念和具體思路更新課程內(nèi)容,增加與時代發(fā)展和社會實踐緊密相連的教學(xué)案例。另一方面,教師首先要明確“怎樣教”的問題,增強(qiáng)問題意識,結(jié)合新工科背景下對于工程制圖的影響,提高課程本身的適應(yīng)性,探索學(xué)以致用的教學(xué)方法和策略,如模型構(gòu)建、學(xué)科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目開發(fā)等,通過不斷豐富教學(xué)內(nèi)容、方法、形式、手段以及評價機(jī)制,為工程制圖教學(xué)創(chuàng)新的落地提供建設(shè)性方案。