基于反饋的工程制圖課程教學改革

王曉菲 穆浩志 牛興華 薛立軍

（1.天津市先進機電系統設計與智能控制重點實驗室，天津 300384；2.機電工程國家級實驗教學示范中心（天津理工大學），天津 300384）

基于反饋的工程制圖課程教學改革

王曉菲1，2穆浩志1，2牛興華1，2薛立軍1，2

（1.天津市先進機電系統設計與智能控制重點實驗室，天津 300384；2.機電工程國家級實驗教學示范中心（天津理工大學），天津 300384）

工程制圖課程是許多工科專業(yè)的基礎課，對于奠定學生的專業(yè)基礎和培養(yǎng)學生工程素質起著非常重要的作用。以機械類工程教育認證為背景，在學生為中心，成果為導向的教育理念引導下，對基于課程達成度分析、網上反饋及其它反饋的工程制圖課程教學改革進行了思考與探索。論述了反饋建立的意義、內涵及有效運用，討論了工程制圖的課程組織、教學方式、現代教學手段、教師能力提升等方面的改革設想與實踐。在教學過程中，應樹立以學生為本的教學理念，重視反饋，時刻傾聽學生的呼聲，適時進行教學改革，不斷提高教學質量，為培養(yǎng)具有工程能力和工程素養(yǎng)的人才做出貢獻。

工程教育；成果導向；反饋；工程制圖；課程達成度

一、引言

自2016年我國成為《華盛頓協議》正式成員以來，通過工程教育認證，先進的教育理念推動著我國工程教學的改革[1-2]，成果導向教育（Outcome-Based Education簡稱OBE）的教育理念正在深入人心。成果導向即考量學生畢業(yè)時是否能夠滿足畢業(yè)要求，畢業(yè)一段時間后，是否滿足培養(yǎng)目標要求。簽訂《華盛頓協議》的各個成員間所承認的就是畢業(yè)生具備的職業(yè)能力和素養(yǎng)。

工程教育認證標準有學生、培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、課程體系、師資隊伍、支持條件及持續(xù)改進等七個要素，其中，畢業(yè)要求是本科生畢業(yè)時需達到的標準。結合社會發(fā)展、區(qū)域發(fā)展以及本校本專業(yè)的特點等方面，將專業(yè)認證提出的十多條畢業(yè)要求，根據專業(yè)的特點，細分為若干指標點，并進一步構建能覆蓋所有指標點的課程體系，課程體系中的重要環(huán)節(jié)則是良好的課程教學。只有學生達到了課程教學的目標，課程體系才能有效支撐畢業(yè)要求指標點。而課程目標則體現在教學大綱中[3]。教師根據課程特點，按照教學大綱對課程進行設計，最終完成課程教學。

工程制圖是許多工科專業(yè)的基礎課，它的教學質量優(yōu)劣不僅影響到學生的識圖繪圖能力，對后續(xù)課程的學習影響較大，而且影響到學生的創(chuàng)新能力和工程素質的培養(yǎng)。學生通過工程制圖課程的學習，將掌握工程領域的基本技能，具備較好的識圖繪圖能力和空間思維能力。要保證課程教學對工程教育專業(yè)認證指標的有效支撐，有必要建立有效的教學保障，了解課程目標是否實現，獲得這些信息就需要來自學生的反饋。通過反饋，教師可以很好地了解學生“學”得如何、是否達成課程目標，從而充分發(fā)揮教師的主導作用，對課程進行持續(xù)改進。

二、教學過程中反饋機制的內涵和意義

教學過程實際上是一個有明確目的的知識傳遞過程。可抽象為一個信息傳輸系統，知識輸出和接收的主體分別是具有思維的教師和學生。教學反饋過程則是學生對接收的知識進行加工處理后（包括知識的接收、消化和吸收等），以一定方式反應給教師的過程。教學反饋過程的示意圖如圖1所示。

圖1 教學過程中反饋機制示意圖

教師與學生的位置在教學活動中分別是主導地位和主體地位。圖1中的實線空心箭頭表示教師的有關課程信息來源，它來源于教師自身的受教育過程、閱讀參考書等知識積累與更新的渠道；教師經過備課對自己掌握的知識進行系統地加工，形成內容豐富、邏輯性強、有條理的思路，通過各種教學環(huán)節(jié)，將知識傳輸給學生，如圖1中的粗黑實箭頭所示；學校的教學活動是學生接受知識的主渠道，同時學生也可通過參閱參考書、網絡查詢等獲取一定的課程信息 （圖1中的虛線空心箭頭）。圖1中的細實線箭頭則表示學生對于獲取的課程信息進行消化吸收后，通過各種形式將自己對課程理解的信息反饋給教師的過程。反饋的信息中有正面信息（用“＋”號表示）和負面信息（用“－”號表示），分別稱為正反饋和負反饋。正反饋包括對教師教學內容的講解、教學方式的運用的肯定，也包含學生對知識點深化后的有益想法。教師應把它作為對自己進一步搞好教學的鞭策，鼓勵學生大膽設想。負面反饋則是對教師教學過程中提出意見或建議，或者是學生在自修后仍感覺困惑的內容。對于負反饋和提出有益想法的正反饋，教師應予以高度重視，充分利用這一寶貴資源不斷地適應教學主體，改進教學，啟發(fā)學生的思維，提高教學質量。

反饋實質上是教師、學生間的教學交流和互動，是教學活動中教師為主導、學生為主體的過程保證，是保證教學質量、有利于學生主動思維和創(chuàng)新意識培養(yǎng)的必不可少的環(huán)節(jié)。含反饋過程的整個教學過程，就構成了一個教學閉環(huán)系統，有利于教學成果的優(yōu)化，反之，則是開環(huán)系統，對教學成果的提升不利。

教學過程中建立良好的反饋有利于教師自我完善。教師只有結合學生的反饋信息，從諸多方面知曉教師自身有待改進的地方，及時調整和優(yōu)化，才能實現教師授課水平的自我提升。對于學生在具體知識點反饋信息中的非共性問題，教師可采用啟發(fā)的方式和討論引導方式，深化學生的思維，解答學生所提問題，對于共性問題，在分析其產生原因的基礎上，針對性地改進自身教學或與學生進一步討論。

教學過程中建立良好的反饋有利于激發(fā)學生的學習興趣。學生在學習過程中有好的想法和思路，通過反饋可以與教師進行溝通討論，及時得到教師的評價與指導，這對學生來講，可以很大程度地建立課程學習方面的自信心。學生在學習過程中碰到問題，通過反饋得以及時解決，可使學生避免問題的累積，從而輕松學習，增強學習興趣，提高學習效果。

教學過程中建立良好的反饋，為教師和學生提供了師生互動的渠道，教師能根據學生對課程內容掌握的整體情況實施有的放矢地教學。不斷地更新知識、反思自身的教學、有效運用現代教學手段，增加教學活動的感染力和吸引力。反饋使得學生的主動思維活動及時受到激勵，對學生創(chuàng)新意識循序漸進地形成起到了非常重要的作用。

三、基于反饋的教學改革

OBE教育理念中，以成果為導向，對課程進行反向設計，設計的出發(fā)點是學生。根據工程教育認證的標準，學生是否能滿足畢業(yè)要求，取決于專業(yè)的課程體系是否能支撐指標點，這一環(huán)節(jié)實現與否是由課程教學效果來評價的，即學生是否實現了課程目標，這就需要從學生的“評學”等反饋的渠道而獲得。

1.教學過程中主要的反饋方式

在工程制圖教學中，我們充分運用了平時作業(yè)反饋、課程達成度分析、課堂實時反饋、口頭和書面反饋以及網上瀏覽反饋等諸多反饋方式。而平時作業(yè)反饋和課程達成度分析是通過對學生掌握知識等方面的評價而獲得反饋信息的，所以可將二者稱為“評學”反饋方式。從教學成果導向角度進行分類，“評學”反饋方式屬于可量化反饋方式，而課堂實時反饋、口頭和書面反饋以及網上瀏覽反饋等則屬于非量化反饋方式。

在工程制圖課程教學中，學生識圖繪圖能力的訓練包括課內練習與課外作業(yè)練習等環(huán)節(jié)，作業(yè)與課堂教學內容適時相關聯。學生通過作業(yè)的練習鞏固所學內容，了解自己對知識點的掌握情況。教師根據課程內容，制定相應的詳細評分標準，以便更準確地獲取學生對知識點的掌握情況，更準確地了解學生對知識消化和吸收的效果。

課堂教學是有溫度的教學，教師可以通過學生的眼神、表情等了解學生對當時所講內容的理解情況，這種反饋方式，可稱為課堂實時反饋。學生也可根據自己的學習情況、教師的授課情況直接向教師進行口頭反饋或書面反饋，也可通過對教師的教學等環(huán)節(jié)進行量化“評分”。

除了以上兩種常見的反饋外，還有課程達成度分析和網上反饋的方式。

（1）課程達成度分析

課程達成度評價是衡量課程教學質量的重要手段，對教學活動的持續(xù)改進和專業(yè)教學改革有著指導作用。其具體方法是：將工程認證標準中的12條畢業(yè)要求細化為若干可衡量、可操作、可評價、有邏輯性的指標點，再列出指標點分解及達成矩陣并賦予權重值，根據課程的試卷、作業(yè)、實驗等考核材料進行量化分析。

以天津理工大學機械類工程制圖為例，該課程與畢業(yè)要求的支撐關系如表1所示，表中H表示支撐度高。以支撐的畢業(yè)要求6為例，畢業(yè)要求6分解為3個指標點，對應同一指標點的所有課程的權重值之和為1，如表2所示。工程制圖課程對畢業(yè)要求6的指標點6.1有支撐作用，權重值為0.4，其中考試對應的權重值為0.3，作業(yè)對應的權重值為0.1。

依照課程對畢業(yè)要求指標點的支撐關系，完成對課程的達成度分析。根據學生人數，隨機抽取具有統計意義的1個教學班的試卷和作業(yè)作為樣本，再按照公式1[4]完成達成度評價值的計算，從而了解學生完成課程的目標情況。

表1 工程制圖課程對畢業(yè)要求的支撐關系矩陣

表2 畢業(yè)要求6對應的課程及其權重值

其中，指標點和權重值是由學院相關人員依據本專業(yè)的培養(yǎng)目標而確定；評價值的標準是根據本專業(yè)人才培養(yǎng)體系而設置[5]。這種判斷指標點是否達成的可量化評價方式為課程考核達成度分析。

以2016級一個機械類教學班考試試卷和作業(yè)為例，說明達成度的計算方法，如表3所示。

表3 支撐畢業(yè)要求指標點6.1的作業(yè)及考試成績數據采集表

作業(yè)（剖視圖）和作業(yè)（尺寸標注）對應滿分為100分，樣本平均分為88.43，則該課程中對應指標點6.1的達成度評價值為：作業(yè)評價值＝0.1×88.43/100＝0.084。考試試卷中剖視圖和尺寸標注對應的滿分為37分，樣本平均分為24.31，則該課程中對應指標點6.1的達成度評價值為：考試試卷評價值＝0.3×24.31/37＝0.19。 則工程制圖課程對畢業(yè)要求指標點6.1的達成度評價值為：評價值＝0.084+0.19＝0.27。

根據畢業(yè)要求評價為“達成”與“未達成”兩種情況，學生獲得60分（即折算為0.6）即為“通過”。設定0.65作為“達成”的評價標準，評價值≥0.65即“達成”，說明達到了要求；評價值＜0.65，則為“未達成”。則2016級樣本的評價值為：0.27/0.4＝0.67＞0.65，即課程達到預期，但還需要改進。

通過樣本的分析，獲得該課程對相應指標點的支撐度，從而判定確定課程目標是否實現。通過達成度評價值不僅有利于整體了解所有學習該課程學生的學習情況，從宏觀上對課程大綱等的改革，更有利于教師了學生的掌握知識點的薄弱環(huán)節(jié)，從而在下次授課時針對性地進行改進。

（2）網上課程反饋

建立線上教學平臺，教師可從平臺中了解學生自主學習的情況，如表4所示。通過網上學生瀏覽情況可以了解學生對知識點地關注程度、學生是否進行自主學習等方面的情況。并結合學生上課的課堂、作業(yè)情況，更加全面的了解學生的學習情況。

表4 學生網上學習情況

學生可以通過網絡，隨時提出問題，教師就學生的提問進行及時解答，如圖2所示。同時，教師也可以通過網絡提出問題、引申，以便給課堂的講解設置一定的懸念，引導學生自主思考。

圖2 師生網上交流

在上述反饋中，平時作業(yè)反饋、課堂實時反饋、口頭和書面反饋以及網上課程反饋等方式是具有較好的實時效果，教師可借助于這些方式的反饋信息對教學進行實時調整改革。課程達成度分析則是基于作業(yè)和考試的評價結果，只能在下學期授課時改進。

2.基于反饋的教學改革

在工程制圖教學中，我們充分運用了反饋，反向設計教學。結合學生的反饋意見對課程從內容的講解到現代教學手段的應用等多方面進行了及時的調整改革和針對性的設計，在教學活動中，更好地引導了學生，保證了課程的教學質量，實現了課程教學成果的提升。

基于課程的反饋信息，針對許多學生對截切知識點感覺很枯燥、難以掌握的情況，我們一方面在櫥窗、模型教室展示三維實體模型，增加電子三維模型；另一方面，在課堂上，結合實際生活中所用到的實例進行講解。針對學生感覺課堂內容無法隨時隨地再現、遇到問題往往得不到及時解決的情況，我們順應時代的發(fā)展，開發(fā)了基于MOOC理念的工程制圖在線課程，將現代教學手段應用到課程中[6]，學生可隨時隨地學習課程內容，拓展了學生自主學習的空間和時間。針對有些學生感覺工程制圖內容“陳舊”、“學無用武之地”的情況，我們增加了具有綜合性、設計型特點的“項目”實踐教學環(huán)節(jié)，如“鼠標設計”、“扳手設計”等，該教學環(huán)節(jié)的增設，有利于提升學生利用所學知識解決復雜工程問題的能力和創(chuàng)新能力。

基于在校生、畢業(yè)生的反饋，結合工程教育認證標準中的達成度分析，我們認真思考了目前的工程制圖教學。通過工程制圖課程的學習，學生普遍具有較好的識圖繪圖基礎，然而，在工程素質和創(chuàng)新能力方面還有較大的提升空間。誠然，工程素質和創(chuàng)新能力取決于多方面因素，但作為銜接基礎課和專業(yè)課之間的重要專業(yè)基礎課，工程制圖理應承擔起奠定學生識圖繪圖基礎、培養(yǎng)學生空間思維和創(chuàng)新思維能力的任務。結合天津理工大學機械類工程制圖的達成度分析等諸多反饋信息，就工程制圖課程教學的深層次改革進行了以下思考。

（1）課程組織的調整

傳統工程制圖教學有其優(yōu)勢，以識圖和繪圖為主線，教學活動側重于學生對知識點的掌握。但目前人工智能的迅猛發(fā)展以及社會對具有較強創(chuàng)新能力人才的需求，對工程制圖的教學改革提出了更高的要求。工程制圖課程應從以知識傳授為主的培養(yǎng)模式轉變?yōu)橹R、能力、素質的綜合培養(yǎng)，因此，有必要對傳統的教學內容組織模式進行調整改革。鑒于工程制圖課程的特點，在教學活動中，應注重削枝強干，在強調基本知識點的基礎上，加強“形體分析”，突出工程應用，使學生很好把握事物之間的聯系。工程制圖課程應加強對一些結構的“整體-局部-整體”的剖析思路，即從一些特定的 “復雜幾何體”研究對象入手，對這些“體”結構進行分解，將其分解為一些簡單幾何體的組合，再對這些簡單幾何體，引入投影、畫法幾何、三視圖、剖視圖等概念，與學生研討它們的表達方法，然后，再將已表述的這些簡單幾何體“合成”為原來的“復雜幾何體”實體，如圖3所示。

圖3 工程制圖課程“整體-局部-整體”示意圖

這樣，不僅有利于學生對知識點的掌握，更有利于學生建立事物之間的聯系，增強了學生 “宏觀”意識和把握結構“全局”的能力。

（2）改革教學方式

根據課程特點，在基于教材的課堂教學之外，采取“走出去、請進來”的教學方式，努力營造能有效激發(fā)學生的興趣和學習熱情的學習氛圍。“走出去”就是到生產第一線，讓學生親身感受所學知識的“用武之地”，讓學生親眼看到實實在在的工程機械構造，增強學生的創(chuàng)新意識。目前，隨著科技的發(fā)展，各種新型結構層出不窮，如醫(yī)療機器人、太空機器人及各種大型設備等，都給工程制圖課程的教學提供了良好的素材。“請進來”就是請有經驗的工程師或學校里學科帶頭人給學生介紹有關領域的發(fā)展，結合實際工程應用，與學生互動討論知識的重要性、創(chuàng)新的必要性和可能性，較授課教師一家之言，借“他人”之口，講解結構的多樣性和巧妙性，拓展學生的知識視野，使學生感受到所學知識的廣闊應用領域和科技發(fā)展的挑戰(zhàn)性。同時，積極組織學生參與教師的科研項目，通過科研，“啟迪”學生的創(chuàng)新意識和思維。

在線課程應結合學生反饋意見，不斷完善、擴充。在線課程設計過程，應力求做到變枯燥為有趣，增強互動性。目前，正在嘗試在已有的在線課程中再增加一些更具趣味性的內容、增設更多的交互窗口等，力求最大限度減小課程的枯燥乏味性，實現寓教于樂。圖4給出了具有互動環(huán)節(jié)的繪制第三視圖的流程。同時，為滿足學生碎片化時間的應用，以在線課程平臺為依托，編寫基于二維碼技術的實驗指導教材。學生可通過掃描二維碼，來獲取相應的教學視頻，實現實時在線幫助，彌補課堂上學習的不足。

（3）進一步提升教師素質

圖4 根據已知的兩個視圖繪制第三個視圖流程圖

教師處于教學的主導地位，要培養(yǎng)出高質量的學生，教師的作用毋庸置疑，正所謂強將手下無弱兵。要不斷強化教師的工程意識和創(chuàng)新能力。在高等院校，應鼓勵授課教師積極參與科研項目，使教師站在科技發(fā)展前沿。同時，還應積極創(chuàng)造條件，鼓勵授課教師走進企業(yè)，實現理論與生產實際相結合。一方面，教師能不斷地掌握實實在在的實踐知識，始終保持充分的、最新的知識儲備，從而在授課過程中，能與時俱進地培養(yǎng)學生的科學思維和工程素養(yǎng)；另一方面，教師這種不斷汲取人類科技進步的成果、不斷探索的精神，在教學活動中，會感染學生，能有效激發(fā)學生探索未知的欲望。

四、結束語

工程教育認證對工程制圖課程提出了新的要求，教學活動中應以教學成果為導向，以培養(yǎng)合格的、具有較好工程素質的人才為出發(fā)點。工程制圖課程作為工科類專業(yè)的基礎課，不僅在人才培養(yǎng)方面具有重要作用，同時該課程支撐工程教育認證的指標點，這就意味教學過程必須是具有反饋的閉環(huán)教學系統。根據工程制圖教學的發(fā)展趨勢，結合課程教學的實踐經驗，在基于反饋的工程制圖教學改革方面（包括課程組織、教學方式、現代教學手段、教師素質等方面）進行了一些思考與探索。在成果導向的教育理念的指導下，充分運用多種反饋方式，使教師真正了解學生的學習情況，從而對課堂教學進行針對性地改革，實現課程目標，提高教學質量，使學生滿足畢業(yè)要求，實現了教學成果最大化。

隨著時代的發(fā)展，科技進步，教學改革永遠在路上。教師應時刻注意接收學生的反饋信息，適應教學主體和時代發(fā)展，不斷地進行教學改革，有效培養(yǎng)學生的工程素質和創(chuàng)新能力。

[1]李志義.對我國工程教育專業(yè)認證十年的回顧與反思之一：我們應該堅持和強化什么[J].中國大學教學，2016（10）：10-16.

[2]林健.工程教育認證與工程教育改革和發(fā)展[J].高等工程教育研究，2015（2）:10-19.

[3]穆浩志，薛立軍，牛興華.工程教育專業(yè)認證背景下工程制圖課程大綱的改革與實踐[J].圖學學報，2016，37（5）：711-717.

[4]歐紅香，葛秀坤，邢志祥.畢業(yè)要求達成度評價體系探究[J].黑龍江教育，2015（5）:4-5..

[5]高相勝，昝濤，王民.工程教育認證畢業(yè)要求達成度評價方法和步驟[J].教育教學論壇，2016（51）:206-208.

[6]張宗波，王珉，吳寶貴，等.“線上+線下融合式”工程圖學課程建設與教學實踐[J].圖學學報，2016，37（5）:718-725.

Engineering Drawing Course Reform Based on Feedback

WANG Xiaofei1，2,MU Haozhi1，2,NIU Xinghua1，2,XUE Lijun1，2
（1.Tianjin Key Laboratory of the Design and Intelligent Control of the Advanced Mechatronical System,Tianjin 300384,China;2.National Demonstration Center for Experimental Mechanical and Electrical Engineering Education （Tianjin University of Technology）,Tianjin 300384,China）

Engineering drawing,as a basic course of many engineering specialties,is very important for students in laying a solid foundation for their study and work and improving their engineering quality.Taking the engineering education accreditation,the concept of student-centered and outcome-based education into consideration,this paper presents some thinking for reforming the course,based on the discussion of course achievementevaluation and network feedback,etc.The reform should include changing the course contents and teaching methods,using modern teaching means,and improving teachers’abilities.Meanwhile,the teachers should firmly follow the student-oriented concept and listen to the voice of the students by means of feedback at any time.Thus,the teaching can be reformed,quality can be improved and the engineering ability and quality of the students can be cultivated.

engineering education;outcome-based education;feedback;engineering drawing;course achievement evaluation

G642.0

王曉菲（1984—），女，講師，研究方向：工程圖形、機器人學。

天津市普通高等學校本科教學質量與教學改革研究計劃（171006004F）；天津理工大學教學基金項目（ZD17-03、YB17-02）。

張華凡）