以客戶為中心的工程圖學(xué)多維度教學(xué)模式研究

張 鑫 ，涂德華 ，張晨東

(1. 廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航海學(xué)院，福建 廈門 361012；2.廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院 機電工程學(xué)院，福建 漳州 363105)

工程圖學(xué)是工科學(xué)生的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，是機械、建筑、水利、道橋、交通類學(xué)生的關(guān)鍵課程，也是工科教育的基石。該課程教導(dǎo)學(xué)生如何用“工程語言”來描述其設(shè)計思想和具體方案、產(chǎn)品[1,2]。近年來，教育部為了支持“中國制造2025”、“智能制造”、“智能創(chuàng)造”等國家戰(zhàn)略，迎接工業(yè)4.0(第四次工業(yè)革命)的挑戰(zhàn)，先后提出了“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，形成了新工科建設(shè)、改革的浪潮[3]。李曉方等推出并實踐了“機械制圖”與“AutoCAD”融合的項目教學(xué)法[4]；丁喬等借鑒國外“以學(xué)生為中心”的教育改革經(jīng)驗，結(jié)合布魯姆“掌握學(xué)習(xí)”理論，在實踐教學(xué)中展開了線上與線下、課內(nèi)與課外、理論與實際結(jié)合的混合式教學(xué),取得了一些成績[5-8]。陳亮等基于系統(tǒng)工程視角，將霍爾三維理論與工程制圖課程融合，實踐了移動學(xué)習(xí)、討論課教學(xué)、創(chuàng)新案例教學(xué)、沉浸式學(xué)習(xí)方法，取得了較好效果[9]。近年來，隨著“數(shù)字土著”以及“00”后大學(xué)生進入大學(xué)，特別在高職擴招的背景下，大量的高中畢業(yè)生、中職畢業(yè)生、社會考生進入學(xué)校，如何讓新時代的學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握工程圖學(xué)依然是教育界研究的課題。

1 工程圖學(xué)教、學(xué)、用現(xiàn)狀

1.1 教師傳授工程圖學(xué)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的工程圖學(xué)教學(xué)是教師講，學(xué)生聽，教師現(xiàn)場示范，學(xué)生觀摩、課下作業(yè)、教師評講等方式為主。隨著數(shù)字時代和網(wǎng)絡(luò)時代的發(fā)展，教師的授課增加了PPT教案、電子動畫、虛擬現(xiàn)實(VR)等方式。為了提高學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的效果，在紙質(zhì)課本的基礎(chǔ)上，增加了慕課、微課、云課堂等學(xué)習(xí)渠道。隨著知識更新的速度越來越快，越來越多的新知識、新技術(shù)應(yīng)用到實際生產(chǎn)、生活、教育中，一些新的課程加入到了大學(xué)教育中，現(xiàn)有課程(包括工程圖學(xué))的課時受到了壓縮。為了能保證、提高教學(xué)效果，如其他學(xué)科一樣，增加學(xué)生預(yù)習(xí)、自主學(xué)習(xí)時間的“翻轉(zhuǎn)課堂”進入了工程圖學(xué)教學(xué)。該教學(xué)方法取得了一些成效, 但該方法對概念、原理章節(jié)的教學(xué)效果不佳，對自主學(xué)習(xí)能力差和自律性不強的高職學(xué)生不太適用[10-11]。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)工程圖學(xué)的現(xiàn)狀

根據(jù)眾多學(xué)者的研究[5，12-13〗]和親身與學(xué)生溝通、體會，學(xué)生學(xué)習(xí)工程圖學(xué)困難或?qū)W習(xí)成績不佳的主要原因如下：

a.部分學(xué)生由于專業(yè)調(diào)劑等原因，對工科專業(yè)興趣不足，應(yīng)付學(xué)習(xí)心態(tài)嚴(yán)重；

b.多數(shù)學(xué)生空間想象力弱或還沒有形成;

c.課業(yè)重或課外活動多，可分配到工程圖學(xué)學(xué)習(xí)的時間有限;

d.剛剛從高中或中職走進高職，脫離老師和家長的密切監(jiān)督，大部分學(xué)生的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣還沒有養(yǎng)成；

e.對工程圖學(xué)重要性、應(yīng)用性理解不足；

f.在使用電子設(shè)備通過慕課、微課、云課堂等電子渠道學(xué)習(xí)時，常常受到其他電子信息的誘惑、干擾，如電子游戲。

另外，電子屏幕閱讀可導(dǎo)致大學(xué)生近視的發(fā)生和度數(shù)加深，隨著電子閱讀的小時數(shù)增加，近視趨勢更顯著[14-15]。

1.3 企業(yè)使用工程圖學(xué)的現(xiàn)狀

通過上世紀(jì)九十年代的“甩圖板”工程，如今絕大多數(shù)企業(yè)已使用二維或三維軟件繪制圖紙或圖樣，描圖員崗位也退出了歷史舞臺。只有在手工測繪、維修等特殊情況下，工程人員才使用手工繪圖。同時擁有二維和三維軟件工程人員，多先使用三維軟件建模、設(shè)計產(chǎn)品，包括并行設(shè)計、交叉設(shè)計、模擬仿真等分析，再產(chǎn)生二維圖紙或圖樣，添加公差、材料、表面粗糙度等技術(shù)要求。相對單純的二維設(shè)計方法，特別是與過去的圖板畫圖比較，現(xiàn)在的三維軟件建模設(shè)計極大提高了設(shè)計者的設(shè)計效率。

在企業(yè)中使用工程圖學(xué)的現(xiàn)狀如表1所示。企業(yè)要求第一層次人員，能結(jié)合設(shè)計原理、工藝學(xué)等其他課程，快速、準(zhǔn)確地表達(dá)設(shè)計意圖；第二層次人員，能通過圖紙或圖樣識別零件和產(chǎn)品，高效率、最優(yōu)成本制造零件及產(chǎn)品。在并行設(shè)計的產(chǎn)品過程，各個部門的人員通過圖紙或圖樣快速溝通，提高效率，縮短項目時間，節(jié)約成本。

表1 工程圖學(xué)在企業(yè)應(yīng)用一覽表

2 “客戶為中心”工程圖學(xué)教學(xué)理念

從宏觀和微觀的角度出發(fā)，大學(xué)的客戶是國家、企事業(yè)單位、學(xué)生家庭、學(xué)生本人組成的多面體。學(xué)生具有家國情懷，立德樹人、追求真理是中國特色的大學(xué)教育目的。對于大學(xué)人才培養(yǎng)體系基本理念，學(xué)術(shù)界也提出了“教學(xué)為中心”、“科技為中心”、“教師為中心”、“學(xué)生為中心”、“大學(xué)以教學(xué)為中心和教學(xué)以學(xué)生為中心”的“雙中心”等不同觀點[16]。

如前所述，工程圖學(xué)是一門工程實踐中產(chǎn)生的“語言”，它會隨著實際的生產(chǎn)和技術(shù)水平而變化。隨著電子技術(shù)和軟件業(yè)的發(fā)展，如今，企事業(yè)單位對工程圖學(xué)只有兩個層次要求：一，學(xué)生熟練掌握工程圖學(xué)這門“語言”，即識圖；二，學(xué)生能熟練使用二維和三維軟件繪制圖紙或圖樣，不再要求手工繪圖質(zhì)量。對于學(xué)生包括其家庭而言，高效率(低時間成本)、高質(zhì)量、無害(不近視)掌握工程圖學(xué)是他們的述求。對于單一課程而言，滿足這兩大客戶的需求是工程圖學(xué)教學(xué)立足點，即“以客戶為中心”的教學(xué)理念。

3 工程圖學(xué)多維度教學(xué)模式研究

3.1 教學(xué)主體維度

學(xué)生做為工程圖學(xué)教學(xué)的學(xué)習(xí)主體，隨著“精英化”教學(xué)向“大眾化”教學(xué)的發(fā)展，大學(xué)生人數(shù)越來越多，學(xué)生層次越來越多樣化，特別是貧困學(xué)生的隱私、自尊、自卑等因素也影響到了教學(xué)質(zhì)量[17-19]。針對這種新變化，多數(shù)教師提出了分層次教學(xué)思想。而教師只有一個人，存在不能兼顧每一個學(xué)生、每一個層次的現(xiàn)象。特別是在師生比遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到1∶18的學(xué)校，該現(xiàn)象更為普遍。

傳統(tǒng)的工程圖學(xué)教學(xué)，多是教師和學(xué)生的組合；在以客戶為中心的工程圖學(xué)教學(xué)模式中，增加了企業(yè)導(dǎo)師與學(xué)生的組合和學(xué)長導(dǎo)師與學(xué)生的組合。工程圖學(xué)的企業(yè)導(dǎo)師，需要熟練掌握二維和三維圖紙的繪制，具有工程師職稱。工程圖學(xué)學(xué)長導(dǎo)師，需要在工程制圖比賽中或大學(xué)生創(chuàng)新大賽上取得好成績的高年級學(xué)生。

工程圖學(xué)企業(yè)導(dǎo)師和學(xué)長導(dǎo)師可以與教師形成互補關(guān)系，多層次地介入工程圖學(xué)的教學(xué)、多角度地深入解決學(xué)生在學(xué)習(xí)工程圖學(xué)的難點。具體工作如下：在工程圖學(xué)前期，企業(yè)導(dǎo)師或?qū)W長導(dǎo)師現(xiàn)場演示三維和二維圖紙或圖樣的繪制；如企業(yè)導(dǎo)師時間限制，也可錄制視頻資料；工程圖學(xué)教學(xué)期間，建立QQ或微信等工程圖學(xué)學(xué)習(xí)討論群，分享工程圖學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗并回答學(xué)生問題；工程圖學(xué)教學(xué)后期，提供實際產(chǎn)品的工程圖學(xué)試題參考。

3.2 教學(xué)順序維度

傳統(tǒng)的工程圖學(xué)，從點、線、面等開始教學(xué)，并逐步通過二維平面圖、投影原理和一些實物建立學(xué)生的空間想象力。由于人類認(rèn)知是從三維向二維轉(zhuǎn)變，而且現(xiàn)多數(shù)企業(yè)設(shè)計產(chǎn)品，也是先三維圖紙、再進行結(jié)構(gòu)分析、運動仿真等優(yōu)化，最后轉(zhuǎn)變?yōu)槎S圖紙，工程圖學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)順序不符合人類認(rèn)真規(guī)律，也不符合客戶的使用順序[11]。傳統(tǒng)的教學(xué)方法使一些空間想象力不好的學(xué)生無法理解授課內(nèi)容，逐漸失去工程圖學(xué)學(xué)習(xí)興趣，從而失去整個專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣?；蛘撸趥鹘y(tǒng)的工程圖學(xué)教學(xué)順序下，空間想象力不好的學(xué)生需要大量的實踐才能建立初步的空間想象力，常常使這些學(xué)生產(chǎn)生事倍功半的印象。

以客戶為中心的工程圖學(xué)教學(xué)模式中，三維實體建模優(yōu)先教學(xué)，通過三維向二維轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)主視圖、俯視圖和左視圖等二維工程圖。將三維虛擬實體與二維工程圖有機的結(jié)合，高效率培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，快速增加學(xué)生的工程圖學(xué)興趣。對于空間想象力不好的學(xué)生，可以起到事半功倍的效果。國內(nèi)外多所大學(xué)工程圖學(xué)教學(xué)已經(jīng)試點三維實體建模優(yōu)先的方法，同時解決了工程圖學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)中缺乏與二維圖樣一一對應(yīng)的三維實物問題，教師和學(xué)生反饋積極、正面[11，20]。

3.3 教學(xué)投入維度

國內(nèi)外學(xué)者的研究都證明大學(xué)生教學(xué)的投入與學(xué)生的學(xué)習(xí)收獲成正相關(guān)關(guān)系[21-22]。教學(xué)投入是指老師和大學(xué)生在教學(xué)活動中投入的時間和精力，以及學(xué)校在促進教和學(xué)而提供的支持和條件。教學(xué)投入維度關(guān)系見圖1所示。

圖1 教學(xué)投入維度關(guān)系圖

在教的維度，針對學(xué)生數(shù)量和不同層次，除了增加單個老師的時間和精力，也可以通過企業(yè)導(dǎo)師、學(xué)長導(dǎo)師、助教等方式增加老師數(shù)量，達(dá)到教在工程圖學(xué)的投入增加。在學(xué)校的維度，可以通過教學(xué)實物、公共電腦、機房、二維軟件、三維軟件、公共移動學(xué)習(xí)終端、圖學(xué)競賽等方式，增加學(xué)校在工程圖學(xué)的投入。在學(xué)的維度，對于單個大學(xué)生來言，不可能在個體數(shù)量增加投入，只能在單個學(xué)生的有限時間和精力合理分配給工程圖學(xué)。單個生在保證預(yù)習(xí)時間、課堂時間、復(fù)習(xí)時間、作業(yè)時間、上機實踐時間外，還可以利用碎片時間、社會交往時間、其他相關(guān)課程時間學(xué)習(xí)工程圖學(xué)。微課和工程圖學(xué)題庫等書籍是學(xué)生利用碎片時間的工具。而加入工程圖學(xué)項目小組和學(xué)生創(chuàng)新大賽等活動，即鍛煉了大學(xué)生的社會交往能力，也提升了其工程圖學(xué)的能力和熟練度。工程圖學(xué)是工科大一學(xué)生的基礎(chǔ)專業(yè)課，在其他專業(yè)課程中，學(xué)生還會持續(xù)練習(xí)或使用工程圖學(xué)。

因此，在工程圖學(xué)教學(xué)投入維度，單個學(xué)生學(xué)的投入是至關(guān)重要的一維。保證每個學(xué)生的工程圖學(xué)的學(xué)習(xí)時間，是學(xué)好工程圖學(xué)的必要條件之一。

3.4 教學(xué)考核維度

以客戶為中心的工程圖學(xué)教學(xué)考核，在原有工程圖學(xué)課程考核的基礎(chǔ)上，增加企業(yè)實戰(zhàn)考核。即將原學(xué)期或?qū)W年的工程圖學(xué)考核設(shè)為預(yù)考核，在完成其他專業(yè)課程學(xué)習(xí)并在畢業(yè)設(shè)計前，增加企業(yè)實戰(zhàn)考核階段。在企業(yè)實戰(zhàn)考核階段，主要考核學(xué)生的識圖和繪圖兩種實戰(zhàn)能力。如機械專業(yè)的學(xué)生考核題目主要有兩點：一，根據(jù)實際零件的二維圖紙或圖樣，繪制實際零件的三維圖；二，根據(jù)零部件的三維圖紙或圖樣和技術(shù)要求，按照標(biāo)準(zhǔn)繪制零部件的二維圖紙。

在預(yù)考核階段成績不理想的學(xué)生，通過后期的專業(yè)課程學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)，提升自己的識圖和繪圖能力，如學(xué)生通過企業(yè)實戰(zhàn)考核，即通過工程圖學(xué)的考核，獲得學(xué)分。特殊情況下，如學(xué)生在工程圖學(xué)正相關(guān)的競賽獲得獎項，也可以獲得工程圖學(xué)的學(xué)分。而對于在職學(xué)生或有工程圖學(xué)經(jīng)歷的學(xué)生而言，是否能通過企業(yè)實戰(zhàn)考核階段，可以驗證其是否可以免修工程圖學(xué)課程。

3.5 教學(xué)其他維度

如前所述，經(jīng)過工程圖學(xué)大量學(xué)者、教師努力和實踐，許多新方法和新設(shè)備應(yīng)用到工程圖學(xué)教學(xué)中。由于每種方法和設(shè)備都有其優(yōu)、缺點，教師需要針對班級每個學(xué)生特點和實際情況，因才施教，即混合式教學(xué)方法。在教學(xué)過程中盡量使用學(xué)校公共設(shè)備和資源，避免要求學(xué)生在課外使用昂貴設(shè)備或稀缺設(shè)備，造成貧困學(xué)生心理負(fù)擔(dān)和學(xué)習(xí)困難。特別對于手機成癮或依賴強的學(xué)生，盡量減少其使用手機等終端產(chǎn)品預(yù)習(xí)和自學(xué)行為[13-25]。

4 結(jié)束語

工程圖學(xué)是工科大學(xué)生最早接觸的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程還肩負(fù)著培養(yǎng)大學(xué)生建立工程概念和工程興趣的啟蒙。弱化工程圖學(xué)手工繪圖的要求，提高計算機三維、二維繪圖比例和要求，即滿足了社會對人才的新要求，也減少了大學(xué)生對工科學(xué)科“臟、累、苦”的印象。以客戶為中心的工程圖學(xué)多維度教學(xué)模式，可以滿足大學(xué)生大眾化、多元化的發(fā)展趨勢及現(xiàn)代企業(yè)的社會需求，也可以提升大學(xué)生學(xué)習(xí)工程圖學(xué)的效率和對工程專業(yè)的興趣，并兼顧了教育公平性。