新工科背景下“工程制圖與CAD基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索

摘 要：在新工科背景下，“工程制圖與CAD基礎(chǔ)”課程的教學(xué)過程中，要充分考慮學(xué)生的知識范疇、思考能力和實踐能力。本文針對制圖課程教學(xué)存在的問題，以學(xué)生為中心，重新定義教學(xué)目標(biāo)，采用多學(xué)科融合，以任務(wù)為驅(qū)動，案例式教學(xué)設(shè)計，挖掘思政元素融入教學(xué)各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)考核方式的多樣化，激發(fā)學(xué)生積極學(xué)習(xí)的主動性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，助力學(xué)生的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新工科；工程制圖與CAD基礎(chǔ)；案例式教學(xué)

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷進(jìn)步，科技與產(chǎn)業(yè)革命不斷推進(jìn)新工科理念的發(fā)展。與傳統(tǒng)工科專業(yè)建設(shè)不同，新工科是指以新理念、新模式和新體系等工科新形態(tài)進(jìn)行人才培養(yǎng)，符合學(xué)科發(fā)展需求［1］。新工科教育理念的實施，是實現(xiàn)新工科建設(shè)目標(biāo)、保證新工科專業(yè)人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)工作［2］。在新工科背景下，“工程制圖與CAD基礎(chǔ)”課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式改革亟待施行，“工程制圖與CAD基礎(chǔ)”課程是學(xué)生最先學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對于學(xué)生工程意識的啟蒙尤為重要，是培養(yǎng)空間思維能力、建立工程概念的基礎(chǔ)課程。

1 現(xiàn)今工程制圖教學(xué)存在的問題

1.1 學(xué)生空間思維能力制約

作為工程制圖的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，畫法幾何能夠引起學(xué)生的興趣，是掌握工程制圖課程的基礎(chǔ)。主修課程的學(xué)生為大一新生，由于招生資源豐富，學(xué)生基礎(chǔ)掌握情況不同，差異較大的空間想象能力制約著學(xué)習(xí)效果質(zhì)量。工程課程內(nèi)容專業(yè)性強，擁有完整的知識體系，對于處于專業(yè)迷茫期的大一新生來說挑戰(zhàn)難度高。學(xué)生對于課程的認(rèn)識停留在初高中的平面幾何和立體幾何問題，而畫法幾何非?？简瀸W(xué)生的空間思維能力，學(xué)生難以理解點、線、面、體的空間位置及相互關(guān)系，對于二維平面投影與三維空間立體的轉(zhuǎn)換問題束手無策［12］。因此，應(yīng)對學(xué)生加強基礎(chǔ)的空間思維訓(xùn)練，使用現(xiàn)代技術(shù)工具，幫助學(xué)生更直觀地理解空間關(guān)系；增加實踐操作的機會，讓學(xué)生在實際操作中提升空間思維能力；分析具體的工程案例，讓學(xué)生了解工程制圖在實際工作中的應(yīng)用。

1.2 知識點和新工科深度融合不足

注重實踐教育，以實際生產(chǎn)需要為核心，培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才，使其能夠掌握相關(guān)技能并將專業(yè)知識運用于社會實踐當(dāng)中，是新工科的理念?！肮こ讨茍D與CAD基礎(chǔ)”課程分為畫法幾何、專業(yè)制圖與計算機繪圖，是一門繪制工程圖樣和解決空間問題的專業(yè)基礎(chǔ)課。制圖知識的講授與工程實際聯(lián)系不夠緊密，不注重實際問題的解決和工程實踐，很少將行業(yè)內(nèi)的實踐內(nèi)容引入教學(xué)活動中，學(xué)生無法綜合運用相關(guān)技能［34］，這與新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)不符。實踐是新工科教育的核心，可以通過項目驅(qū)動、案例教學(xué)、實驗室操作等多種方式，讓學(xué)生在實際操作中學(xué)習(xí)知識和技能，提升解決實際問題的能力，鼓勵學(xué)生參與團(tuán)隊項目，培養(yǎng)協(xié)作精神和溝通能力。

1.3 知識點與職業(yè)教育元素融合度不高

工程制圖課程與職業(yè)教育元素?zé)o法實現(xiàn)有效融合，也沒有形成完善的專業(yè)內(nèi)容與職業(yè)內(nèi)容相融合的知識點體系。大一新生還沒有完成高中—大學(xué)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)換，存在專業(yè)知識認(rèn)識不清、未來規(guī)劃目標(biāo)不明等問題。而在傳統(tǒng)專業(yè)課教學(xué)中，知識點講授更注重專業(yè)知識，卻忽視了對專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)具備的職業(yè)素養(yǎng)、工匠精神、愛國情懷等方面的教育［56］。可以將職業(yè)教育元素融入知識點講解中，在教學(xué)中強調(diào)工程制圖的嚴(yán)謹(jǐn)性和精確性，培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神和職業(yè)操守。

2 課程建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容方案

2.1 課程建設(shè)目標(biāo)

以學(xué)生為中心，采用以任務(wù)為驅(qū)動、案例式教學(xué)設(shè)計，按遞進(jìn)層次將教學(xué)內(nèi)容分為三個階段（初始階段、進(jìn)階階段與升華階段），強化學(xué)生在工程實踐中應(yīng)具備的學(xué)習(xí)能力、思考能力和實踐能力。教學(xué)團(tuán)隊根據(jù)新工科人才培養(yǎng)要求對課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，建立知識、能力與素質(zhì)有機結(jié)合的教學(xué)目標(biāo)。（1）知識目標(biāo)：加強核心知識與前沿理論學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生視野，使其具備寬廣的跨學(xué)科知識。（2）能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的基本實踐能力。（3）素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生具備敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新等“工匠”精神。

2.2 內(nèi)容方案

2.2.1 教學(xué)模式框架

以成圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽為導(dǎo)向拆分知識點，使課程知識模塊化。制圖基礎(chǔ)知識、尺規(guī)作圖與計算機建模部分，支持大賽輕量化設(shè)計并進(jìn)行模型制作；綜合案例分析與實際工程項目設(shè)計內(nèi)容也能夠指導(dǎo)大賽設(shè)計，二者相輔相成。根據(jù)課程知識點制定課程內(nèi)容典型案例，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，引入工匠精神學(xué)習(xí)，增強民族自豪感，激發(fā)科研興趣，以賽促教，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)研究與團(tuán)隊協(xié)作能力。合理教學(xué)規(guī)劃：課前，學(xué)生利用線上在線課程或網(wǎng)絡(luò)綜合平臺進(jìn)行預(yù)習(xí)；課中，學(xué)生提出問題，進(jìn)行案例分析并進(jìn)行模型制作與講解；課后，學(xué)生進(jìn)行測試練習(xí)，參加各級成圖與設(shè)計大賽。

2.2.2 教學(xué)實施過程

（1）初始階段：采用黑板手繪、實物模型制作和多媒體動畫視頻等方式，并利用三維軟件進(jìn)行建模，提高學(xué)生的實踐能力和空間思維想象能力。（2）進(jìn)階階段：專業(yè)圖紙的讀圖與繪制。整合線上線下課程資源，采用混合式教學(xué)方式，簡單的內(nèi)容與知識點上傳到線上學(xué)習(xí)資源，設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)，由學(xué)生課前完成；課上進(jìn)行知識點掌握情況測試，及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動向，以問題為導(dǎo)向，引入翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生主導(dǎo)提出問題，教師解決問題，并進(jìn)行總結(jié)歸納。網(wǎng)絡(luò)綜合平臺上配有課程團(tuán)隊整合后的線上學(xué)習(xí)資源，也有資源豐富的大學(xué)生慕課及其他資源。（3）升華階段：進(jìn)行學(xué)生分組項目設(shè)計，分配比賽項目，與團(tuán)隊同學(xué)進(jìn)行研討，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊意識，促使學(xué)生將理論知識與實踐相結(jié)合，以賽促學(xué)，提升學(xué)生比賽的興趣與積極性。

2.2.3 教學(xué)評價體系

本課程考核采用過程性評價50%和總結(jié)性評價50%結(jié)合的方式。課程注重教學(xué)過程中學(xué)生對知識點的掌握和學(xué)習(xí)態(tài)度、交流表達(dá)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和自我能力的提升等，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐步掌握各項技能，達(dá)到能力提升的效果。改變傳統(tǒng)“作業(yè)+考試”的單一考核形式，推進(jìn)線上學(xué)習(xí)、小組匯報、線上測試、質(zhì)疑辯論、生生互評、線下實踐等方式對學(xué)生進(jìn)行過程性和總結(jié)性考核評價。設(shè)計考核內(nèi)容時，要確保它們能夠全面覆蓋課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，考核內(nèi)容具有挑戰(zhàn)性，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。利用多元化考核評價方式，強化知識掌握程度、綜合分析能力和創(chuàng)新能力等多層次的學(xué)習(xí)過程考核，注重學(xué)生應(yīng)用型能力的培養(yǎng)。通過這種評價方式，可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新能力，同時也能夠更全面地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

3 改革的主要措施與成效

3.1 多種教學(xué)方法相融合的新型教學(xué)模式

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，采用多種教學(xué)方法，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，如MOOC、雨課堂、建筑云課等在線平臺，提供豐富的教學(xué)資源和互動方式。結(jié)合線上資源和線下引導(dǎo)，實現(xiàn)課前、課中、課后全過程教學(xué)，使教學(xué)活動要素之間的關(guān)系發(fā)生變化，突出教師的引領(lǐng)作用，強化學(xué)生的主體地位。結(jié)合案例式教學(xué)將工程實際引入課堂，通過引入具有代表性和時效性的思政案例，如國家重大工程、科技前沿進(jìn)展等［78］。

課程在實施教學(xué)過程中，采用多種教學(xué)方法并引入工程案例，讓學(xué)生在分析討論中深化對專業(yè)知識的理解，深入激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與主動性。案例與講授結(jié)合，課程不再枯燥，并能夠?qū)⒅R點與工程實際有效結(jié)合，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)動力的同時也能夠使學(xué)生快速掌握以往難以理解的知識點，學(xué)生成績實現(xiàn)了逐步上升，獨立設(shè)計能力與繪圖能力提高顯著，實現(xiàn)了學(xué)生知識目標(biāo)的培養(yǎng)［9］。

3.2 注重結(jié)合職業(yè)教育

在教學(xué)過程中，將職業(yè)教育元素與專業(yè)教學(xué)相結(jié)合，通過在線平臺與學(xué)生共享，實現(xiàn)課前、課中、課后的全方位育人。從工程實際中挖掘與課程知識點相符合的職業(yè)教育元素，將職業(yè)教育元素融入教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動中，讓學(xué)生認(rèn)識到人文素養(yǎng)、工程能力與工程素養(yǎng)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)矩意識和職業(yè)道德，助力學(xué)生樹立正確的價值觀。

課程教學(xué)能夠以潤物細(xì)無聲的方式將工匠精神、民族自豪感、責(zé)任感等傳遞給學(xué)生，實現(xiàn)了知識教育與職業(yè)教育的深度融合，使學(xué)生達(dá)成敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新等“工匠”精神的培養(yǎng)目標(biāo)。

3.3 多元化的考核方式

建立多元化的評價體系，將學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、團(tuán)隊合作、交流表達(dá)等方面的表現(xiàn)納入考核，強化知識掌握程度、綜合分析能力和創(chuàng)新能力等多層次的學(xué)習(xí)過程考核。利用網(wǎng)上課程資源建立課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，整合知識點內(nèi)容與各類測試題，借助建筑云課堂APP實現(xiàn)課堂管理。采用混合式教學(xué)，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，線上線下全覆蓋監(jiān)測學(xué)生進(jìn)度，通過查看學(xué)生平臺學(xué)習(xí)資源的情況，對學(xué)習(xí)進(jìn)度滯后的學(xué)生發(fā)布通知公告，督促其調(diào)整學(xué)習(xí)態(tài)度，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。統(tǒng)計線上線下綜合成績，對學(xué)生的薄弱部分加以引導(dǎo)，提供及時和具體的反饋，幫助學(xué)生了解自己的進(jìn)步和需要改進(jìn)的地方。鼓勵學(xué)生自我反思，以促進(jìn)他們的自我學(xué)習(xí)和自我提升。

不再單一的成績獲得方式，確保了考核標(biāo)準(zhǔn)對所有學(xué)生都是公平和透明的，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；多角度評價方式，更全面地評價了學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，開發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力，促進(jìn)了學(xué)生在薄弱環(huán)節(jié)上取得進(jìn)步。教師更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)策略，建立科學(xué)的評價體系。

結(jié)語

在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的背景下，工科專業(yè)人才的素質(zhì)培養(yǎng)顯得尤為重要。為了提高學(xué)生的構(gòu)型思維、創(chuàng)新能力及實踐能力，教學(xué)團(tuán)隊通過不斷的努力與探索，形成了穩(wěn)定的改革機制。通過課程改革，學(xué)生不僅能夠加深對課程內(nèi)容的理解，還能增加對課程的興趣，從而提升專業(yè)技能。課程改革是一個不斷發(fā)展的過程，需要不斷地設(shè)計與升級，以滿足不同時期、不同時代的工程技術(shù)人才培養(yǎng)需求?？偟膩碚f，通過混合式教學(xué)模式和多學(xué)科融合教學(xué)，可以有效地培養(yǎng)新時代工程技術(shù)人才，提高他們的創(chuàng)新能力和實踐能力，以適應(yīng)現(xiàn)代科技革命和工程需求。

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基金項目：內(nèi)蒙古科技大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目（JY2023081）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（2209050 19205848）；中央支持地方高校改革發(fā)展項目“土木工程提質(zhì)培育學(xué)科建設(shè)項目”

作者簡介：徐立丹（1990— ），女，漢族，黑龍江大慶人，工學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為智能混凝土結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料力學(xué)。