新工科人才培養目標下《工程制圖》開放式教學內容體系優化研究

方海燕，李明玲，李宏林，程 磊

(巢湖學院 化學與材料工程學院，安徽 合肥 238000)

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”。并頒布了“關于開展新工科研究與實踐的通知”，提出要全面探索能夠引領世界的工程教育。形成中國的經驗和中國的模式，以幫助建設一個高等教育強國[1-2]。新工科旨在培養未來多元化和創新型的工程卓越人才[3-4]?！靶鹿た啤钡奶岢雠c建設對高校工科專業教育專業的發展提出了新的方向和挑戰，推動現有工科專業的改革創新勢在必行，工科專業課程教學模式改革與創新，教學內容體系的整合與優化至關重要。

《工程制圖》課程是工科院校學生必修的一門專業技術基礎課，是工科院校實現人才培養目標的重要基礎課程之一。該課程的改革將直接影響后續課程設計等實踐實訓環節的實施與創新，關系到“新工科”應用型卓越人才培養目標的實現。但目前《工程制圖》課程多采用傳統的教學模式，內容單一，學生的工程素質培養淡化，不能夠滿足新工科人才培養目標的需要，教學改革勢在必行。開放式教學模式因教學方法多樣性、教學內容多元化等特點，已經越來越多地被用于課程教學中。開放式教學模式能充分發揮現代化教學手段的優勢，更全面培養學生的綜合繪圖設計能力和創新設計能力。目前國內外對開放式教學在《工程制圖》教學中的應用有一定研究，但多集中在教學方法和手段研究[5-8]，對開放式教學在《工程制圖》教學中教學內容整合與優化沒有系統研究。筆者以無機非金屬材料工程專業為試點，對《工程制圖》課程的教學模式、開放教學環境的設計、開放環境下的教學內容體系優化等進行研究，工程制圖開放式教學模式的實踐與探索也為類似院校的工程制圖教學提供了參考。

1 工程制圖教學模式轉變

1.1 傳統教學模式

基于《工程制圖》專業核心課程的地位，其教學質量高低直接決定了學生對后續課程的理解接受能力和工程素質的高低。因此就怎樣解決一線教學中面臨的問題、如何提高教學質量、如何適應新工科的要求是《工程制圖》課程教學研究的重要課題[7]。

目前傳統教學已不能滿足《工程制圖》課程的現代教學要求。(1)教學內容專業特色淡化，沒有針對性，與后續專業知識難以銜接。教學內容基本就是畫法幾何和機械制圖，缺少專業特色，對專業圖樣(如廠區分布圖、車間設備布置圖等圖樣)的相關畫法學習太少，導致課程知識體系欠缺契合性和系統性， 使得學生在畢業設計以及以后的工作中，在專業圖紙的繪制及閱讀方面存在缺陷；(2)教學方式與手段跟不上課程本身的發展趨向。 教學中對于三維繪圖技術的應用、在培養學生作為創造性思維、空間想象力上有一定的不足，并且在激發學生學習興趣方面沒有引起足夠重視；(3)對實踐教學不夠重視，忽視學生的創新能力和工程素質的培養。教學中學生主要是二維圖樣的繪制，而工程素質的基本訓練和積極學習興趣的激發培養較弱，更沒有創新能力的培養；(4)課程考核評價方式過于傳統，主要是試卷考試，使得學生為考試而學習，忽視了創新能力和工程素質的培養。

1.2 開放式教學模式

開放式教學是一種新型的教學模式和新的教學理念。以教師為主導、學生為主體。開放式教學中，學生在學習中的能動性和探索欲望可以被充分發揮和激發，其創新意識和工程素質得以提高，使學生不但具備無機非金屬材料專業的理論知識，而且具備較強的實踐技能，并熟知相關專業產品研究、開發、性能檢測和質量控制等方面知識，滿足企業對應用型人才的需求。

圖1顯示了工程制圖課程的開放式教學模式框架。在開放式教學模式中，目標是培養高素質的“新工科”應用型人才。在專業特色的指導下，基于開放式教學環境，對無機非金屬材料工程專業工程制圖課程的教學內容、教學方法和手段、課程考核體系等進行研究和改革。充分發揮學生在學習中的能動性，提高學生創新意識和工程素質，使學生真正成為滿足企業需求的高素質應用型專業人才。

圖1 “工程制圖”開放式教學模式框架

Fig.1 Open teaching model framework of engineering graphics

在現代教育思想和教學理論的指導下，開放式教學模式能結合本校實際情況和本專業領域對人才的要求以及本專業特色，在生產實踐中尋找項目情境，以工程素質教育為主線，對本專業《工程制圖》課程的教學目標重新進行定位。在教學方式、教學方法、教學資源和內容以及考核方式上進行改革，全面培養學生的繪圖能力、讀圖能力、對專業圖樣的繪制及閱讀能力，提高學生的創新設計能力，培養工程文化素質。將專業技術教育與自然科學基礎和人文素質教育相融合，將工程意識和工程能力與學習習慣和學習能力的培養相結合，在“新工科”中培養具有“工程素質和創新能力”的卓越人才。

2 開放教學中的內容體系

2.1 開放式教學環境設計

《工程制圖》課程教學改革要實現高技能應用型人才的培養目標，就要以能力培養為依歸、以企業需求為出發點，通過工學結合、校企合作實習等綜合性的實踐活動，讓學生切實體會生產的環境、氛圍和流程，建立以工程為導向，任務驅動的“工程制圖”開放式教學模式[8]。構建理論與實踐教學相結合的開放式教學環境，包括多媒體投影教室、實物展臺、測繪工具量具、教學模型和測繪模型、多媒體課件、習題解答課件等，建立集“教、學、練“于一體的多功能立體化開放式教學新平臺，實現教學硬件、軟件教學資源共享[9]。

建立理論與實踐教學為一體的開放式教學場所，包括多媒體教室、實物展臺等，機械零部件、測繪工具量具、測繪裝配體、各種教學模型及課堂教學的多媒體CAI科技、零部件測繪課件、在線學習互動平臺等。

2.2 開放環境下的教學內容體系優化

在開放式教學中，根據預設教學目標、材料學科特點和《工程制圖》課程特點、學生認知規律及開放式教學方式，結合教學內容和資源間關系，把教學內容及資源單元化、顆粒化，根據生產實踐和能力培養目標設置教學情境，形成工程制圖知識的模塊集。

建設完成既提高教學效果又符合專業特色、滿足人才培養目標和開放式教學模式要求的教案及多媒體課件。將章節式、學科式教學內容單元化，擴充任務驅動式、模塊式、創新項目式教學內容[10]。增加尺寸標注、技術要求訓練學時，整合幾何繪圖、機械設計、機械加工工藝、材料制備工藝等內容，使工程制圖與金工實習、零部件測繪、材料生產工藝及AutoCAD有機結合，加強學生對工程設計的整體認識，激發學生對工程制圖和設計的興趣，加深他們對材料學科內容的理解和掌握。

根據專業特色，將工程制圖與材料學科相結合，加入無機非金屬材料專業圖樣(如廠區分布圖、車間設備布置圖等圖樣)的相關畫法及閱讀，使學生在畢業設計以及以后的工作中具有一定繪制與閱讀專業圖紙的能力。與實習實訓基地共同開發實驗實訓項目，工學結合，引入工程案例，擴展教學外延，培養學生解決實際問題的能力和工程素質[11]。制定針對材料專業的教學計劃，體現專業特色，實現專業培養目標。從課程目標和專業培養目標出發，制定 ”一個規范—二個目標—三個技能“的制圖能力培養方法框架[12]，如圖2所示。

圖2 工程制圖能力培養方法框架

Fig.2 Model framework of engineering drawing ability training

教學中注重基本繪圖能力的訓練，基本繪圖技能是課程的基礎，機械圖樣繪制與識讀是課程的提升部分，而專業圖樣繪制與識讀是課程的延伸，在教學中對學生能力的培養逐級提高。

開展“三維”教學資源建設，建立與主要教材相配套的電子教案、電子模型庫、電子問答庫和創新項目庫。為課堂教學提供完整的解決方案，提高教學效果。另外，還加強網絡教學資源建設，利用三維CAD技術和虛擬現實技術，進行虛擬項目訓練。

圖3 所示為開放式教學中《工程制圖》內容體系導圖。重點研究如何培養學生的創新能力、空間思維能力、空間構型能力、繪圖能力和閱讀能力，優化原創課程內容，建立模塊化教學內容體系。在新的工程制圖內容體系中，課程內容分為四個模塊，每個模塊都有自己的特點和功能，培養學生不同的能力和素質。

圖3 《工程制圖》課程內容體系導圖

Fig.3 Engineering drawing course content system mapping

新的內容體系將理論和實訓實踐相結合，將工程制圖和專業特色相結合，重視學生的創新能力、綜合繪圖能力和讀圖能力的培養，提高學生的工程創新能力和綜合專業素質。

2.3 課程MOOC教學開發

隨著互聯網技術的迅速發展傳統的學習模式和知識傳播模式被顛覆，大規模在線公開課程MOOC(Massive Open Online Course)和SPOC(Small Private Online Course)在高等教育領域快速興起，這對傳統課堂教學模式也產生巨大的沖擊，隨之涌現的各種線上教學新模式快速發展[13-14]。學校SPOC開放平臺的建立，也為學生學習《工程制圖》提供了優質有效的學習資源和途徑。

相應教育部提出的“金課雙萬計劃”推動課程資源廣泛共享，建設《工程制圖》在線開放課程。從而實現學生個性化學習，零散的、碎片時間可以被充分利用起來，課外也生活更加充實。每個教學單元包括教學視頻、音頻、網上參考文獻資料等，插入隨堂測驗和討論，實時考查學生對剛學習的知識是否掌握，檢查學習者的學習效果。 另外設置網絡進階式學習模式[15]。網絡進階式學習模式即在每個課程單元設置任務點和知識測驗，學生完成這一階段的學習任務，并通過測驗，才可進入下一階段的修習，就像游戲闖關，完成前一關下一關方能解鎖。 該模式在部分在線教育實踐中已被證實能有效激發學生的學習熱情，并且教師可以清楚的了解學生的學習情況[16]。

開發工程制圖在線課程，建設學習資源，除了模塊測驗、模塊練習、主題討論，還設置單元測驗、主題測驗等。此外，每個測驗和練習項目的完成情況，都會在學生完成學習后及時反饋。這不但提高學生學習的積極性，教師也能及時知道學生對知識點的掌握情況，從而形成一個師生互動、在線學習和交流的平臺。

《工程制圖》在線開放課程可以將內容富媒體化、知識單元化，課調動學生多方面的學習能力，提高學生的學習興趣。

①內容富媒體化。在線開放課程資源可用于構建以課程內容為中心的課程資源包。授課內容以教學視頻為主，還包括PPT+授課錄音、教材圖書、相關論文、文本、圖紙圖片、動畫等富媒體內容。另外課程資源中還提供課程的參考文獻資料、擴展學習資料、名校名師教學資料等，學生與教師均可在線閱讀學習。②知識單元化。在線開放課程內容的組織形式與傳統教學不同，不再按照常規授課學時進行，相反，課程內容分為幾個知識單元，每個單元都教授一個特定的知識點。學生可以根據自己對課程內容的掌握情況，選擇知識點進行選擇性學習。

該課程在線課程資源中涵蓋課程主要內容，包括：制圖的基本規范、基本幾何元素的投影、基本幾何體的投影、截交體與相貫體、組合體的投影、圖樣基本表示法、零件和裝配圖的基本表示，專業圖紙、計算機繪圖和閱讀。每個教學單元包含若干個知識點，每個知識點以視頻、音頻、文檔、測驗等多種形式呈現，建成了集聲、圖、圖像、文字于一體的教學資源庫。每個知識單元的內容可設置為學生的學習任務；每個知識單元設置考核點，可以是作業、測驗和討論等。

3 結論

以培養“新工科”應用型卓越人才為目標，以無機非金屬材料工程專業為依托，圍繞“新工科”建設與發展的要求，將傳統教學模式與開放式教學模式相融合，構建和優化《工程制圖》教學內容體系。新的教學內容體系具有以下特點：

(1)結合“新工科”建設和發展方向，將傳統教學與開放式教學相融合，材料專業學科知識與工程制圖相交叉，以培養新工科卓越人才為目標，充分考慮基本繪圖技能的教學和實踐實訓教學的關系，重在培養學生的創新能力，空間構型和思維能力，綜合繪圖能力和閱讀能力，建立個性化的“工程制圖”教學模式和內容體系。培養學生的創新能力和綜合素質。

(2)引入MOOC教學模式，使《工程制圖》課程內容增加富媒體化、知識單元化，通過線上資源和線下教學相結合，真正優化課程內容體系，提高學生個性化學習和自主學習能力，學習時間和空間不受限制。

(3)將工程制圖與專業特色相結合。在工程制圖教學中，結合無機非金屬材料工程專業特點，選擇相關專業圖例進行課堂與實踐教學。把專業圖樣的繪制與閱讀引入工程制圖教學內容，構建新的開放式教學模式，加強學生的實訓實踐學習，實現專業培養目標。

(4)課程教學和學習資源多元化。教學資源除了教材、習題集以外，還包括項目庫、模型庫、習題答案庫、教學視頻、音頻、網絡資源等，滿足學生多方面學習需求。