基于工程教育認證的“工程圖學A課程設計”教學改革探索
——以北京林業大學為例

史雪松 霍光青 鄭嫦娥

(北京林業大學工學院，北京 100083)

從2015年國務院發布《中國制造2025》，到黨的十九大指出“2035年我國要基本實現社會主義現代化”，都對我國工業化提出了新的要求。新時代背景下，工程科學技術人才是建設工業強國的第一戰略資源[1]，而工程技術人才的培養更具有時代特點。2016年，我國正式成為《華盛頓協議》中的一員，標志著我國工程教育質量在國際上得到了認可，工程教育的發展迎來了新的篇章。

工程教育認證是由專業認證機構對高等教育機構開設的工程類專業進行的專門性認證，用以提升教育質量，保障工程教育的人才培養質量，提升工程教育專業對產業發展的適應度，并推動我國高等院校工科教育發展[2]。工程教育認證的基本理念是：以學生為中心，以目標為導向，持續改進[3]。我國2017年11月修訂的《工程教育認證標準》中共有7項，分別是學生、培養目標、畢業要求、持續改進、課程體系、師資隊伍和支持條件。其中，學生是中心項，其他項都是圍繞著學生要達到的畢業要求而設置的[4]。

北京林業大學工學院在開展工程教育認證過程中，對機械設計制造及其自動化專業培養方案進行了修訂[5]。為了使課程教學能夠適應新的人才培養方案，并符合工程教育認證標準的要求，“工程圖學A課程設計”課程的教學改革迫在眉睫。“工程圖學A課程設計”是由工學院開設的工程實踐課程，是機械設計制造及其自動化專業學生在完成“工程圖學A”課程學習后開展的對產品認知、測量、造型、裝配、表達等技能進行綜合訓練的實踐類課程。該課程具有極強的綜合性，考察的知識點較多，對學生的綜合實踐能力要求較高。隨著北京林業大學工程教育認證工作的開展，經對比發現，原有的“工程圖學A課程設計”課程目標、教學內容和評價標準不能滿足工程教育認證的基本要求。因此，如何使“工程圖學A課程設計”課程教學符合工程教育認證標準的要求，并滿足北京林業大學工學院機械設計制造及其自動化專業人才培養要求，是該課程教師急待解決的問題。

一、“工程圖學A課程設計”課程教學面臨的問題

“工程圖學A課程設計”是機械設計制造及其自動化專業的工程實踐類必修課程。該課程主要考察學生的研究、設計、造型、表達和協作溝通能力，其涉及的內容包括測量、造型、設計、裝配、圖紙表達等，共計16學時。①測量：要求學生對指定設備進行觀察，了解部件結構及作用原理，并測量各組成零件，做好記錄；②造型：要求學生使用三維建模軟件對各零件進行三維實體造型與設計，并生成零件圖紙；③設計：要求學生設計一個軸上外接使用的皮帶輪或齒輪，尺寸與結構由學生自定；④裝配：要求學生使用三維建模軟件將各零件進行三維裝配，并生成裝配圖紙；⑤圖紙表達：要求學生遵照機械制圖國家標準，正確、合理地表達零件及設備。基于工程教育認證對學生能力培養的要求，筆者發現該課程主要存在以下問題。

(一)教學目標不具體

目前，“工程圖學A課程設計”課程目標為“學生應當掌握機械設計的基本方法，達到熟練運用繪圖與設計軟件進行機械設計的目的”。這里僅描述了學生應具備的能力，不符合工程教育認證關于課程目標的相關要求，未建立課程目標與畢業目標之間的對應關系。

(二)教學內容不詳實

目前，“工程圖學A課程設計”課程教學內容為“對一指定的部件進行分析，利用軟件進行繪圖和數字建模，生成零件圖，并進行尺寸標注，如尺寸公差、形位公差、粗糙度的標注；利用軟件進行裝配，生成工程裝配圖，進行標注后生成編號、明細表；對生成的圖形文件進行格式轉換并打印主要的工程圖”。這里并未細化各知識點內容。該課程開設學期為第二學期，授課對象為大學一年級學生，由于學生缺乏實踐經驗與工程意識，且授課課時較短，導致學生不能充分理解該課程教學內容，而且教學內容未突出“以學生為中心”的教學理念，沒有將每一項教學內容與課程目標、畢業目標之間建立起對應關系。

(三)評價標準不完善

在工程教育認證中，課程的評價標準主要依據課程目標和畢業要求的達成情況進行評價。而“工程圖學A課程設計”課程的評價標準是“采取實習報告加圖紙的整體考核”。這樣的評價方式學生只有一個最終成績，沒有針對各教學內容的具體成績，導致教師無法準確得知學生在每一個設計環節的真實能力和對知識點的掌握程度，從而無法了解每一個課程目標的達成情況，因此現有評價標準不符合工程教育認證的要求。

二、基于工程教育認證的“工程圖學A課程設計”課程教學改革的措施

依據工程教育認證要求修訂的機械設計制造及其自動化專業培養方案中，共有12個畢業要求，分別是工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會、環境和可持續發展、職業規范、個人和團隊、溝通、項目管理和終身學習。按照該專業對畢業要求指標點的劃分，“工程圖學A課程設計”課程共支撐4個畢業要求，見表1。筆者根據“工程圖學A課程設計”課程所支撐的4個畢業要求，針對該課程當前存在的問題，從課程目標、教學內容和評價標準等4個方面提出了教學改革措施。

(一)細化教學目標

課程目標作為教學大綱的核心要素，既支撐畢業要求的達成，又決定著教學內容、教學方法以及評價標準[6]。因此，為確立課程目標與畢業要求的對應關系，筆者將課程目標細化為4個具體的目標，分別如下。

①課程目標1：觀察與測繪機械產品。學生通過觀察機械產品，了解常見的機械結構與特點，分析設備的工作原理以及每個零部件的作用、加工方法、材料的使用情況；學生通過運用拆裝工具，拆卸零部件，分析零部件結構及其相互關系，找到合理的測量方法進行測繪，并記錄詳細尺寸，最后安裝零部件將機器恢復原樣，培養學生獨立分析、獨立思考的能力。

②課程目標2：零部件造型與表達。學生根據測繪結果進行三維實體造型，進一步掌握零部件造型的方法；學生根據零部件三維模型，除標準件外生成每個零部件的零部件圖；學生根據設備功能要求，自主設計一個相關的零部件，進行三維實體造型并生成零部件圖。

③課程目標3：裝配造型與表達。學生利用三維軟件進行裝配，生成三維裝配模型(軸測圖)和爆炸圖及二維裝配圖。

④課程目標4：分組協作。2～3名學生一組進行分工測繪和零部件造型；每位學生獨立完成造型三維裝配、零部件圖和裝配圖。測繪時，同組學生間需要有合作意識；產品裝配時，所有學生需要做好溝通；相鄰零件結構或尺寸裝配有矛盾時，應相互討論、共同查找原因，找到合理的解決方法，以便于將來能夠順利完成任務。

同時，根據“工程圖學A課程設計”課程所支撐的4個畢業要求，筆者建立了課程目標與畢業要求之間的對應關系，使課程目標能夠有效地支撐畢業要求，見表1。

表1 “工程圖學A課程設計”課程的教學目標與畢業要求的對應關系

(二)優化教學內容

依據細化后的課程目標，對“工程圖學A課程設計”課程的教學內容進行了優化，并針對每一項教學內容都增加了對學生的基本要求，建立了教學內容與課程目標之間的對應關系。例如，將教學內容中第3部分“造型”對學生的基本要求優化為學生“通過分析零件結構，制定造型策略與方法，完成零件造型”，這與“課程目標2：零件造型與表達”相對應。優化后的教學內容與課程目標間建立了明確的對應關系，滿足了工程教育認證的要求，見表2。

表2 “工程圖學A課程設計”課程教學內容與教學目標之間的關系

(三)完善評價標準

根據優化后的“工程圖學A課程設計”的課程目標與教學內容，通過科學劃分成績比例、細化評分標準，筆者完善了該課程的評價標準。該標準全面反映了學生對教學內容的掌握程度，特別是學生在各個環節的真實能力，并為課程目標達成度評價和畢業要求達成度評價提供測算依據。例如，在學生提交材料中，零部件圖和裝配圖是重點的考查內容，這2部分反映了學生對該課程重點教學內容的掌握程度，支撐課程目標2和課程目標3。因此，細化了這2項的評分標準，提高了相應的成績占比。同時，增加了對該課程設計進展情況的檢查，實現了對學生學習全過程的評價及對團隊協作工作的評價，建立了與課程目標4的對應關系，見表3。

表3 “工程圖學A課程設計”課程需要提交的內容與評分標準的關系情況

(四)建立持續改進機制

工程教育認證體系的核心理念之一是持續改進，要求“工程圖學A課程設計”課程建立教學過程監控機制，以及明確可行的持續改進機制。課程目標達成度是質量反饋環節的重要數據，對教學設計、教學管理和持續改進都具有重要的指導意義。依據新修訂的課程目標、教學內容和評價標準，在每學期課程結束后形成課程目標達成度分析報告。通過分析“工程圖學A課程設計”課程目標達成度、畢業要求達成度等一系列數據，獲得該課程教學過程中存在的問題，從而指導該課程教學內容、教學方法的持續改進，形成“評價—改進—再評價”的閉環管理，最終實現提高學生工程能力的目的。

三、“工程圖學A課程設計”課程教學改革的成效

基于工程教育認證的“工程圖學A課程設計”課程教學改革自實施以來成效顯著，主要表現在以下2個方面。

(一)教學效果顯著提高

布盧姆曾說：“有效的教學始于知道希望達到的目標是什么”。基于工程教育認證的“工程圖學A課程設計”課程教學改革自2017年9月開始實施，通過細化課程目標明確了課堂教學的核心，在此基礎上優化了教學內容和評價標準，并在每學期課程結束后形成課程目標達成度分析報告，使該課程教學效果得到顯著提高。以2017級和2018級機械設計制造及其自動化專業學生為例，“工程圖學A課程設計”課程目標達成度的數據計算情況見表4。結果顯示，課程目標達成度均在0.6以上，表明學生均已達到了考核要求。進一步地，通過對2屆學生每一項課程目標達成度的分析和對比發現，課程目標1、2、4的達成度較上一年都有大幅度提高，表明學生對機械系統的觀察能力、機械零部件的拆裝和測繪能力以及運用計算機軟件進行三維建模的能力都有顯著提高。另外，從教務處組織的學生評教結果來看，2018級機械設計制造及其自動化專業學生對“工程圖學A課程設計”課程的打分為95.21分，排名為工學院該類課程第1、學校該類課程第3，說明學生對該課程的滿意度普遍較高，取得了較好的教學效果。

表4 2017級與2018級學生“工程圖學A課程設計”課程教學目標達成度的比較

(二)教學內容和教學方法持續改進

基于工程教育認證的“工程圖學A課程設計”課程教學改革，可以發現教學中存在的問題，從而指導教學內容和教學方法的持續改進。從表4可以看出，2018級相比2017級課程目標3的達成度稍有下降。該項課程目標主要由測繪零部件圖和設計零部件圖2項工作構成，由于在設計零部件圖方面學生的平均得分較低(平均得分5分，滿分10分)，導致課程目標3的達成度降低。這反映出學生在零部件設計方面還存在不足，其原因主要是一年級學生在零部件設計方面的專業知識有所不足，導致零部件設計能力較差，造成達成度值偏低。針對這個問題，筆者建議后續“工程圖學A課程設計”課程教學應從2個方面進行改進：一是從教學內容上，進一步加強該課程內容與工程實踐的結合，培養學生工程意識，同時重視二維零部件圖和裝配圖的表達訓練；二是從教學方法上，加強該課程設計與測繪實驗教學的有效結合，充分利用測繪實驗教學使學生提升對復雜機械系統的認知能力，并了解各部分零部件的工作原理，在測繪實驗教學中加入對零部件設計相關知識的初步講解，增強學生對設計的直觀感受，提升學生的設計興趣。

綜上所述，筆者依據工程教育認證標準，結合學校“工程圖學A課程設計”的課程特點和存在的問題，對“工程圖學A課程設計”課程教學進行了改革，取得了良好的教學效果。改革后的“工程圖學A課程設計”課程教學符合工程教育認證“以學生為中心，目標為導向，持續改進”的基本理念：以學生為中心，全面培養學生各項能力；以目標為導向，切實保證教學內容貼合就業需要；建立持續改進機制，不斷完善教學內容和改進教學方法，確保培養適應新時代所需的工程技術人才。

資助項目：北京林業大學2018年教育教學改革項目“工程教育認證背景下的工圖課程建設”，項目編號BJFU2018JY051。