應用數字信息技術和雙語的工程圖學創新教育

許國玉，張 夢，吳艷紅，常艷艷，王 彪

（1.哈爾濱工程大學機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.哈爾濱工業大學能源科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001）

“卓越計劃”是對高等工程教育教學理念的變革，是工程技術人才培養模式的完善[1]。“卓越計劃”的實施主體是高等院校。作為高等院校理工類基礎課的工程圖學系列課程，其教學質量對落實“卓越計劃”起著不可或缺的作用。因此，對高等院校理工類大類培養平臺工程圖學課程體系（模塊化課程體系[2]）的工程圖學創新教育模式進行研究。

1 工程圖學創新教育的需求分析

“卓越計劃”的主要目標是面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應社會發展需要的高質量各類型工程技術人才[2]。工程圖學課程體系包括《工程圖學基礎》、《機械制圖》和《計算機繪圖》課程，其教學內容、教學手段、教學方法和實踐教學環節等方面設置關系到全校理工類各專業學生綜合素質的培養。學習環境建設和教師操縱數字化教育資源水平是優化工程圖學創新教育環境的難點，也是提高教學質量和培養研究與創新人才的關鍵。應用數字信息技術優化多媒體教學資源和網絡環境是實現工程圖學創新教育的重要條件；分級適度應用雙語的教學及助學是高等教育改革的重要組成部分，是與國際社會交流、融合與發展的需要，是教育國際化趨勢，也是推進素質教育的一個重要方面。

（1）面向工業界。隨著計算機軟件和硬件的快速發展，現代船舶、航空航天、動力能源、核能、機械和化工等數字化制造業的設計與制造模式發生巨變，各行業對高等院校培養研究與創新人才相應有了新的要求。因此，需要對工程圖學教育進行改革，以滿足工業界對人才培養的需求，解決高等工程教育存在的大學生動手能力差、專業面窄、分析問題能力弱、批判性思維較弱、欠缺解決實際問題能力及經驗等問題。

（2）面向世界。由于國際科技和教育的合作與交流不斷加強，而工程圖樣成為“國際工程界的語言”。因此，強調課程教育國際化，制定能夠與國際接軌的課程內容，改革課程教學方法，構建與國際工程教育發展趨勢相符合的課程教育，將國際先進的工程教育理念應用于工程圖學教育。

（3）面向未來。對學生教育要重視綜合素質培養，不僅要滿足當前社會發展的需求，而且要與時俱進滿足未來發展的需要。

2 應用數字信息技術和雙語更新課程內容

課程內容是課程中所包含的知識要素。面向“卓越計劃”，對工程圖學課程體系課程的教學大綱、教學進程和教材進行更新，應用數字信息技術和雙語將工程實踐知識與工程圖學教學內容有機結合，將知識、能力和素質的均衡發展體現在其課程內容中，構建學生合理的知識體系。

（1）《工程圖學基礎》課程涉及全校理工類各專業100個班學生，削減畫法幾何中復雜的綜合作圖，著重培養學生的空間形象思維能力、構形能力和形體表達能力，加強尺規繪圖、徒手繪圖、組合體構形設計、軸測圖繪制（正等測及斜二測）和機件表達諸環節基本功訓練。

（2）在《機械制圖》課程中，簡介產品開發過程，引導學生培養自身設計制圖能力而非單純制圖技能，強調表達設計過程與加工工藝相關聯的結構特征；加強零件構形設計教學環節，分析部件和零件的構形原理，結合工程實例進行簡易機械構形設計，主要進行形象思維的培養；強化應用制圖標準表達零件的訓練；加強制圖綜合測繪教學環節，講練結合、理論教學與實踐教學并重，培養學生實踐能力，以團隊自選測繪項目，鼓勵學生應用任意三維軟件與AutoCAD軟件有機結合進行建模及生成工程圖，最終完成測繪題目，并通過學生示范向全體學生演示二維繪圖、三維建模及虛擬裝配效果，使學生在其課程階段更全面綜合復習且綜合應用工程圖學系列課程的知識及技能。

（3）在《計算機繪圖》課程中，原來教學內容只有AutoCAD表達零件圖和裝配圖及三維造型，不能滿足現代制造業數字信息化對卓越人才的需求。因此，2011年從教材、教學內容及軟硬件配置方面對其課程進行改革，以分段式安排AutoCAD軟件和Pro/E軟件授課，強調軟件之間數據轉換，使《計算機繪圖》課程內容更加完整，綜合提高學生計算機繪圖能力、計算機三維建模能力、空間想象能力、創新能力和圖示圖解能力；因材施教指導學生完成自選課外題目，滲透CAD/CAM/CAE的理念，推動培養具有現代設計理念和創新思維能力的新型人才。

3 應用數字信息技術和雙語完善課程實施

課程實施是將課程計劃付諸實踐的過程。創新人才培養的本質特征是人才培養過程的創新[3]，面向“卓越計劃”，強調“以人為本”、“學生為中心，教師為主導”和“加強研究與創新”教育理念，教師應以建構主義學習理論、情境認知學習理論和人本主義教學理論等現代教育思想為指導，實現課程教育過程最優化。工程圖學創新教育環境是通過工程圖學系列課程的課堂教學和課余助學能夠激發學生學習、研究與創新的環境。應用數字信息技術和雙語構建工程圖學創新教育的數字化教育資源和學習環境，并使各種資源在教學和助學環節有機組合，產生聚集效應。

3.1 課程資源建設

面向“卓越計劃”，教師以“模塊式”和“積木式”建設并豐富表達教學思想的媒介資源，其課程資源包括網站、課件或電子教案、視頻、動畫、交互虛擬模型、文字、圖形和圖片等。全部采用最新的國家制圖標準、與新版系列教材及習題集一致，且符合學校新版人才培養方案（教學大綱和教學進程）。

（1）對《工程圖學基礎》和《機械制圖》課件，研究全新的數字化多媒體課件，其中應用虛擬技術融入三維虛擬交互模型和AutoCAD圖形，所制作《工程圖學基礎》、《機械制圖》和《計算機繪圖》課件中分級適度融入雙語元素。

（2）建立用于教學與助學的數字化資源庫，包括虛擬模型庫、動畫庫、視頻庫、習題及解答庫等。將其工程生產實踐知識與《工程圖學基礎》和《機械制圖》課程的教學內容有機結合，創建“工程教學視頻庫”和“工程實物圖片庫”等工程資源，以便將工程實踐領域與工程圖學相關的情景或案例通過視頻、動畫和圖片等數字化媒介再現于課堂。

（3）建設課程網絡平臺且將其與“CAD工程制圖網站”有機結合，建立現代數字化網絡學習環境的教育資源，為學生的自主學習與創新營造更好的環境，使之真正成為互動式精品化、雙語化課程，并使其優質教學資源達到真正意義上的共享[4]。基于校園網建設的網絡課程平臺主要包括“課程相關項目”、“課程資料”、“創新作品展示”、“全國CAD技能等級考試”、“制圖與建模創新大賽”和“CAD工程制圖網站”等模塊，其中“CAD工程制圖網站”（包括動畫庫、國家標準、示例庫和作品展示等模塊）是對網絡課程平臺的補充，兩個網絡平臺優勢互補。

3.2 應用數字信息技術和雙語的課堂教學

提高教學質量和學習效率是現代教育的基本要求，課堂是人才培養的主戰場。教師充分應用現代數字信息技術和雙語改進教師課堂教學模式，為課堂師生互動、學生互動以及學生實踐營造良好的實踐教學環境，“精講多練”激發和調動學生參與教學活動的積極性，提高教學效率和教學效果，引導學生創新思維；依據雙語教學實踐，考慮工程圖學課程體系下《工程圖學基礎》、《機械制圖》和《計算機繪圖》課程各自特點及國際所采用標準的現狀，提出分級適度應用雙語教學，構建如表1所示工程圖學課程體系下分級適度雙語教學的框架。

表1 工程圖學課程體系分級適度雙語教學的框架

3.2.1 《計算機繪圖》課堂教學

教育是面向全體學生的教育，使每個學生最大程度利用和享受教育資源；每個學生存在個體差異，教育要因材施教[5]，使個人潛能得以發展。經過3年對《計算機繪圖》課程雙語教學研究與實踐，構建如圖1所示的網絡環境下《計算機繪圖》課程雙語互動教學模式，其教學模式使學生將《計算機繪圖》課程學習與英語語言學習有機結合，兩大技能得到綜合培養，從而為培養高素質復合型人才打下良好的基礎。

《計算機繪圖》雙語互動教學模式是在網絡環境下應用雙語課件與傳統教學相結合的教學模式，其教學全程在“網絡多媒體教室”實施AutoCAD軟件和Pro/E軟件的教學，實現“屏幕廣播”、“學生示范”、“屏幕監視”和“文件提交”等功能。所謂“屏幕廣播”功能是教師將教師機屏幕多種媒體信息實時傳送給全體或部分學生，教師可以隨時鎖定學生機的鍵盤和鼠標；“學生示范”功能是某學生演示講解自己習得體會，在全體學生機的屏幕可見其學生示范演示，每講介紹新內容之前由小組學生之一用英語示范講解、演示上講學習內容；“屏幕監視”功能是教師可以在教師機上實時監視各學生機屏幕，觀察學生機操作和學習情況；“文件提交”功能是學生將其作業或考試電子答卷提交到教師機的指定目錄，教師可對其文件進行管理。

圖1 《計算機繪圖》雙語互動教學模式

3.2.2 《工程圖學基礎》和《機械制圖》課堂教學

課堂教學采用多樣化的教學手段，向學生傳授理論知識和創新知識，實現創新教育。加強教學設計和教學方法的研究，對不同知識點采用“任務驅動式”、“啟發式”、“互動研討式”、“學生示范式”、“案例式”和“激勵創新式”等教學方法，師生共同建構課堂創新學習環境。

應用自制課件授課，演示工程生產實踐的視頻或圖片，且通過課件實時直接進入交互演示三維虛擬模型和AutoCAD計算機繪圖，體現教學信息量大、直觀性強等特點。強調多媒體教學與教師板書和工程實物模型有機結合，使課程的重點、難點得以較詳細講述。針對學生的構形設計能力培養，加強組合體構形設計教學過程，教師通過補畫視圖和繪出軸測圖講解，學生按結構要求或功能要求完成課內和課外構形設計練習及思考題，最后教師課堂講評其構形設計作業。

關于《工程圖學基礎》和《機械制圖》課程的雙語教學，需要考慮以下幾方面：一是課程內容和教材，由于中國的工程圖學發展與沿承是以第一角投影畫法為主流，而決定了對中國大部分學生應“采用第一角投影畫法教學為主，以第三角投影畫法為輔”；二是《工程圖學基礎》和《機械制圖》課程比較難學、復雜多變，需要通過教師的表達能力及表現能力培養學生的空間想象力和圖示表達能力；三是學校理工類大類培養特色和授課對象學生有差異。因此，對《工程圖學基礎》和《機械制圖》課程采用適度分級雙語教學，如表1所示。

3.3 應用數字信息技術和雙語的課外助學

課外助學環境對課堂教學起著相輔相承的作用，為滿足“卓越計劃”面向工業界、面向世界、面向未來的目標，要重視開放式教育，即教育要采用多渠道和多形式的教育。因此，應用數字信息技術和雙語構建并優化《工程圖學基礎》、《機械制圖》及《計算機繪圖》課程的課外助學環境。

通過應用數字信息技術和雙語構建課程的課外助學數字信息資源和網絡環境，融入更多的設計元素、現代表達元素[6]等，并逐步雙語化。教師指導學生應用數字信息資源和網絡環境自主學習并為學生開設應用網絡課程平臺賬戶，實現主講教師與所授課班級學生之間網上通知、資料傳遞、討論、展示學生創新作品（如學生組合體構形設計、零件構形設計和三維創新作品）等課余助學互動活動，促進學生課外創新活動和創新能力培養，弘揚研究與創新精神，促進學生自主學習、研究與創新；學生可利用助學資源預習、學習和復習，且擴展其課程的知識面，達到因材施教的效果。

大力培養大學生圖學應用能力，必須重視圖學技能訓練[7]。因此，“以賽、考促學”，以全國CAD技能考試和制圖與建模創新競賽為載體，組織全校學生參加全國CAD技能等級考試和制圖與建模創新校賽，促進學生重視工程圖學課程體系課程的學習，并組織、指導學生參加課程相關的課外學習與創新活動。

4 工程圖學創新教育的實施要點

面向“卓越計劃”，需要以加強工程圖學課程的基本理論為根本，以創新教育為主線，以培養在工程設計中的實踐能力和創新能力為目標，合理應用數字信息技術和適度應用雙語改革工程圖學的課程結構、課程內容及課程實踐。

（1）重點強調創新能力和實踐能力的培養。培養創新能力的關鍵是培養學生的創新思維，教師要注重課內和課外擴大學生的知識面，將制圖知識與工程實踐知識有機結合，強調繼承與發展二者有機結合，恰當增加工程實踐元素和工程實踐環境再現，使工程圖學教學與工程實踐之間有效銜接，加強創新實踐培養環節，提升學生的實踐意識及分析問題和解決工程問題的理性思考能力，且應用數字信息技術對學生手工繪圖、計算機繪圖、計算機建模和制圖綜合測繪的指導，并保證學生有時間在課內和課外實踐練習。

（2）注意謀篇布局。教師要以教學大綱和教學進度為依據，經過科學地教學設計，在教學內容、教學方法和教學手段方面的選擇進行一環扣一環地布局。教師提前仔細閱讀教材，寫出教案，提煉出重點、難點和練習。對雙語教學內容，要確定雙語教學中英語專業詞匯的正確發音及詞義，以保證學生學好課程本身知識的前提下，提高科技英語方面的聽、說、讀、寫的應用能力。

（3）將教學手段與教學內容和教學方法有機結合。教師將應用數字信息技術和雙語所建立的教學資源元素靈活且有效地與工程圖學課程的教學內容融合，改善其教學過程,構建并優化認知其教學內容的環境，使事物、情景和過程更好呈現，充分調動學生的興趣，突出教學的重點和突破教學難點，使學生理解所學知識。應用數字信息技術和雙語將教學手段與各種教學方法有機結合，實現師生雙向互動，使教學活動豐富多彩，營造學生主動構建自身課程知識體系的學習環境。

（4）重視改進雙語教學。在課程開課之前，教師使用“學生情況調查表”摸清每個學生英語水平、對雙語教學的興趣和參與雙語教學的能力等實際情況，據此因材施教和改進教學方法；在課程結束后，學生填寫“教學效果調查表”（不必注明姓名）或與學生交談反饋學生對雙語教學的意見和建議。雙語教學的關鍵之一是對專業詞匯和術語的處理，它直接影響學生能否聽懂和理解每講所授教學內容以及對雙語教學的學習興趣。雙語授課教師要整理、歸納每章涉及的英文專業詞匯，提前將詞匯和英漢對照提供給學生。每講上課開始教師指導學生通讀本講關鍵詞，每講結束前預告下一講授課內容，以便學生預習單詞和下講學習內容[8-9]。強調學生預習，對《計算機繪圖》雙語課程的學生要因人而異進行手把手輔導，以彌補因語言障礙引起的理解問題。

（5）“以評促學”全面考核學生。注重考核學生對知識的綜合應用能力、研究能力和創新實踐能力，采用多樣化的考核方式對學生平時作業及表現成績進行綜合評定，包括平時作業（增加考核學生組合體和零件構形設計等內容）、平時課堂示范（如學生雙語示范演示）、課外創新設計及最后考試成績。每次實踐情況計入平時成績，不斷培養學生對知識的綜合應用能力、研究能力、創新實踐能力和英語應用能力，從而促進學生提高實踐效率和效果。

（6）加強工程圖學師資隊伍建設。為培養學生的創新和實踐能力，需要教師隊伍建設與課程內容、教學方法、教學評定等多方面改革形成合力[10]。教師不僅應用數字信息技術和雙語對工程圖學課程進行整合，而且要加強“雙師型”教師素質培養。

5 工程圖學創新教育模式優勢和效果

教師為學生營造面向工業界、面向世界、面向未來的學習與創新環境，有利于學生在學習工程圖學知識過程中樹立研究與創新理念，實踐并感受研究與創新的魅力。與傳統多媒體教學模式相比，面向“卓越計劃”應用數字信息技術和雙語的工程圖學創新教育模式有利于提高教學效果、拓展專業知識，學生的研究與創新意識及創新能力顯著提高。

（1）應用數字信息技術將生產環境與《工程圖學基礎》和《機械制圖》課程整個教學及助學環境有機結合，拉近學生與工程實踐的距離，促進理論學習向實踐能力的轉化，以便學生更快捷學習和理解制圖課程體系的內容，提高教學質量，進而全面提高人才培養的質量。同時，學生了解和掌握本專業生產制造工藝，提升學生分析和解決工程問題的技能，激發學生參與教學和師生互動的熱情及求知興趣，培養學生的專業興趣，強化培養學生的工程實踐能力和創新能力。

（2）在《工程圖學基礎》和《機械制圖》課程中，恰當應用三維虛擬模型交互演示和AutoCAD計算機繪圖等數字信息技術手段，師生間和學生間交流制圖問題更直觀，教學效率和教學質量都有質的飛躍。同時，有利于開闊學生學習計算機三維建模和二維繪圖的視野，促進學生課外自主學習、參加科技創新或項目的研究與創新。加強“教師精講——學生練習——學生講解——教師講評”過程，學生掌握工程圖學課程理論并及時實踐，教師及時發現學生問題并對共性問題應用數字信息技術通過大屏幕對其講解，可達到事半功倍的作用。

（3）在網絡環境下《計算機繪圖》課程互動教學，通過“屏幕廣播”和“學生示范”功能學生由學生機能清楚實時看到教師機或其他學生機的演示，使學生的“感知——理解——運用”的學習過程縮短，從而提高教學效果和教學效率。根據教學需要教師使學生機與網絡連接或斷開，以免非教學操作現象發生，即從技術手段上保證控制“網絡多媒體教室”的授課秩序。應用數字信息技術和雙語“學生示范”有利于教學相長，一方面，學習能力強的學生起到示范輻射的作用，提高全體學生學習的積極性，激發學生學習興趣，學生注意力更集中、穩定和持久，思維更為積極活躍；另一方面，教師能夠及時掌握學生學習水平而及時有針對性地對學生補充指導。

（4）在工程圖學課程體系中整合、融入雙語元素，使教學資源雙語化，工程圖樣由“工程界語言”轉為“國際工程界語言”，分級適度雙語教學有利于因材施教，逐步與國際接軌。實踐結果表明，《計算機繪圖》課程內容和課堂教學適合雙語教學[8-9]，以“學生情況調查表”和“教學效果調查表”作為教學改進的參考依據，不斷收到良好的教學效果。

（5）師生網上互動，充分體現網絡技術在教學中的作用。一方面，可以讓學生感受到時代氣息，提高學習效率；另一方面，教師能及時得到來自學生的教學反饋信息，有助于改進各教學環節。

（6）工程圖學創新教育模式對教師應用數字信息技術和雙語的表現能力及應變交互能力提出更高教學要求，有利于提高教師的素質，進而提高教學效率和教學效果，滿足培養“卓越工程師”的師資需求。

（7）通過實施工程圖學創新教育模式，工程圖學系列課程的教學質量和社會效益顯著提高。全校學生手工繪圖和計算機繪圖及建模諸技能全面提高，學生科技創新能力和科研能力提高。

6 結 論

面向“卓越計劃”，重點對理工類大類培養平臺下應用數字信息技術和雙語全面改革《工程圖學基礎》、《機械制圖》和《計算機繪圖》課程的創新教育進行研究，完善課程結構、課程內容和課程實施手段。工程圖學創新教育研究結果表明，將數字信息技術和雙語與工程圖學課程有機結合、課內與課外有機結合、制圖知識與工程實際設計與制造有機結合，符合高等教育需要和教育國際化趨勢，有利于加快培養高素質國際化創新型工程人才，最終更好地落實“卓越計劃”。

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