新工科背景下水利工程制圖“2+3”創新教學模式的探索與實踐
——以甘肅民族師范學院為例

高秉祥

（甘肅民族師范學院 物理與水電工程系，甘肅合作 747000）

新工科理念的提出，給高等教育工程專業帶來了新的機遇與挑戰，高校作為人才培養的重要基地，肩負著培養創新精神和實踐能力的高級專門人才的重任.工程建設行業作為國民經濟的支柱產業，迫切需要新工科背景下的高層次工程技術專業人才的支撐.民族地區高校作為民族地區工程專業人才培養的主力軍，需對現有的教學模式進行優化和改革，以適應地方經濟發展和工程領域對卓越工程人才的需求.“工程制圖基礎”與“水利工程CAD”作為甘肅民族師范學院（以下簡稱甘民院）水利水電工程專業學生水利工程制圖的核心課程，對民族師范學院水利水電工程專業的水利工程制圖教學進行改革，總結了“2+3”教學模式的探索與實踐過程，以期為民族地區高級工程人才的培養提供借鑒.

1 “2+3”教學模式改革實施路徑

甘民院招生以甘肅為主，面向云南、西藏、內蒙古、陜西、山東、黑龍江等20 個省區.現有各類普通在校學生11000 人，由漢族、藏族、回族、裕固族、保安族、東鄉族等25 個民族組成，少數民族占68%.學生學習及理解能力相對較弱，現有的課程設置不能很好地為學生理論知識的學習及實踐能力的培養服務.本文將從“工程制圖基礎”與“水利工程CAD”課程“混合—漸進式”教學模式設計、“課堂+實訓+競賽”教學方法設計進行探究[1].

1.1 “混合—漸進式”教學模式

“工程制圖基礎”與“水利工程CAD”作為甘民院水利水電工程專業學生水利工程制圖的核心課程，旨在培養學生繪制圖紙和閱讀工程圖紙的能力，其中識圖和繪圖是課堂教學的難點和重點.根據甘民院水利水電工程專業課程設置方案，“工程制圖基礎”為水利水電工程專業的學科專業基礎必修課，歸屬理論基礎課程，以正投影理論為基礎研究工程圖樣繪制的基本原理和方法，在大學一年級第一學期進行教學，共計48 學時；“水利工程CAD”課程是一門使用Auto CAD 繪制工程圖的專業基礎課程，歸屬技能實踐課程，在大學一年級第二學期開設，共計48 學時.甘民院將這兩門課程分學期進行授課，人為地將理論知識和實踐操作技能割裂，學生先學習理論后第二學期再進行制圖實踐，在實踐過程中部分理論知識隨著時間的推移已被遺忘，實踐時不清楚原理而無法充分發揮出計算機繪圖軟件的功能，導致實踐效果較差.

“工程制圖基礎”與“水利工程CAD”兩門課程之間的關系是相輔相成、相互補充、相互促進的.甘民院從19 級學生開始將兩門課程內容進行整合，把理論知識和制圖實踐放在同一學期進行教學，采用“混合—漸進式”教學模式，將“工程制圖基礎”理論與“水利工程CAD”實踐進行交叉，使兩門課程完美融合，實現“厚基礎、重實踐、強應用”的培養目標.通過對兩門課程內容的分解與整合，科學的安排，將連續性比較強的知識點進行整合，使其綜合性得到充分的體現，并保證課程教學更加符合新工科的要求.將“工程制圖基礎理論”與“水利工程CAD”實踐操作學時相結合，將學時數統一為整體[2].采用“混合—漸進式”教學模式，一方面計算機繪圖軟件可以通過建模加強學生對“工程制圖基礎”課程中相關知識點的掌握與理解，另一方面“工程制圖基礎”理論知識又為“水利工程CAD” 制圖提供繪制和閱讀工程圖樣的基本技能和技巧.兩門課程內容整合方案如圖1.

圖1 “工程制圖基礎”與“水利工程CAD”課程內容整合方案

1.2 “課堂+實訓+競賽”教學模式

采用“課堂教學+實踐實訓+制圖競賽”的教學模式，可以幫助學生學會知識的綜合應用，進行繪圖技能的全面訓練，通過參加相關競賽可以提高學生的創新精神和合作意識[3].

1.2.1 課堂教學

“工程制圖基礎”課程教學內容較多，各章節之間聯系緊密，系統性和邏輯性較強，根據學生在學習過程中與實際水利工程聯系緊密度不強的狀況，將“工程制圖基礎”與“水利工程CAD”兩門課程內容整合在一起，分為基礎知識和制圖應用兩個模塊，不間斷的進行“混合—漸進式”教學，以提高學生理論知識，強化學生的實踐技能，增強人才培養的實效性.基礎知識模塊主要以講授法和案例教學法為主，夯實學生的基礎知識；制圖應用模塊主要以演示法和學生自主學習為主，以培養學生解決實際問題的能力[4].

1.2.2 實訓教學

（1）通過申報甘民院2021 年院長科研項目成立了“甘民院V 工作室”，該工作室的主要功能是利用課余時間對愛好水利工程制圖的學生進行實訓，讓制圖能力強的學生手把手指導能力弱的學生，達到“以點帶線，以線促面”的良好效果，形成課后學習的良好氛圍.

（2）水利水電工程專業隸屬于物理與水電工程系，該系還有物理學、電氣工程及其自動化兩個專業，目前系部擁有完善的教學設施和實驗儀器設備，包括實驗實訓室、實踐實訓基地，其中實驗室面積達2800 多平方米，資產1434 余萬元.系部還與國家電網甘南供電公司、甘南水利水電勘測設計院、華能集團及地方設計院等8 個實踐基地長期合作，學生可參加實地見習和實習，便于強化學生的實踐能力，以滿足學生對實踐實訓的需求.利用每年實驗室淘汰或報廢的實驗儀器設備供學生拆解、測繪、建模，使學生將所學的理論知識運用到實踐當中，提升自身的工程素質和實踐動手能力.

1.2.3 競賽教學

“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽以培養學生的工匠精神，激發學生的創新意識，探索圖學的發展方向，創新成圖載體的方法與手段為宗旨，以“德能兼修，技高一籌”為主題，每年舉辦一屆，目的在于以賽促教，以賽促學，以賽促改，全面提高大學生的圖學能力.大賽結合新工科建設和工程教育專業認證，設立機械、建筑、道橋、水利四個競賽類別，主要圍繞尺規繪圖、產品信息建模、數字化虛擬樣機設計、3D 打印、BIM 綜合應用等項目進行命題競賽.2021 年5 月甘民院參賽的學生在第十四屆全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽甘肅賽區選拔賽（水利類）獲得個人全能一等獎一項、三等獎二項、團體三等獎一項，并在第十四屆全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽中獲得個人全能三等獎一項.參賽學生返校后學習積極性明顯提高，并表示在來年的比賽中要取得更好的成績，其他同學以參賽學生為榜樣，不斷提高學習的積極性和主動性，取得了“以賽促教，以賽促學，以賽促賽”的良好效果.同時，形成高年級帶動低年級的階梯式競賽梯隊，建立了良性循環，促進比賽取得優異的成績[5]，教學模式如圖2.

圖2 “課堂+實訓+競賽”教學模式示意圖

2 水利工程制圖“2+3”創新教學模式的優點

2.1 重組教學內容，提高學生興趣

通過打破課程設置方案中先學“工程制圖基礎”，后學“水利工程CAD”的授課模式，將兩門課程進行融合，以“混合—漸進式”的教學模式同時進行基礎理論學習和實踐操作，以促進學生對教學內容的理解和掌握.例如，學習“7.2 常用的軸測圖”正等軸測圖的形成內容時（圖3），結合AutoCAD 軟件進行三維建模，通過視圖及視覺樣式的調整，讓學生清楚地理解正等軸測圖的形成過程.該教學模式將集傳統教學手段（實物模型）和現代化教學手段（Auto-CAD 制圖）為一體，將枯燥的文字表述和靜態的黑白圖片變成生動直觀的動態影像，使學生加深對教材重點和難點的理解，增強感性認識[5].

圖3 正等軸測圖的形成過程圖

2.2 豐富教學內容及教學過程，克服單一的教學方式

整合后的教學內容更加具有理論性和實踐性，克服了教材形式和教學方式的單一性，理論和實踐的充分結合使整個教學過程變得豐富而有趣.通過系部“甘民院V 工作室”的建立、實驗設備的拆解測繪、先進成圖大賽等實驗實踐基地和競賽，使水利工程制圖的學習貫徹整個水利水電工程專業的全過程，不斷提高學生的理論知識和繪圖能力.同時，在教學過程中，通過理論和實踐的銜接，增加了教師和學生交流的頻率，教師可以巡回指導和答疑學生的自主學習、討論，增加了教學方式方法的多樣性.

2.3 達到“厚基礎、重實踐、強應用”的教學效果

根據訪談和觀察得知多數學生動手能力較差，到崗后無法勝任崗位工作[6].通過水利工程制圖“2+3”創新教學模式的實施，可以更好地促進“工程制圖基礎”和“水利工程CAD”課程理論知識的學習，并通過實訓、競賽環節將理論知識運用到實踐之中，使學生進一步掌握《水利水電工程制圖標準》等行業規范及水利工程圖繪圖要素，提高學生動手能力，為畢業后參加工作打下堅實的基礎.

2.4 創新教學實施效果顯著

通過水利工程制圖 “2+3” 創新教學模式的實施，其效果顯著，學生的考試成績及動手實踐能力明顯得到提高.通過20 級（已實施）和19 級（未實施）學生成績對比發現，20 級學生理論知識掌握得更加牢固扎實，在期末考試中成績也較19 級有顯著的提高（圖4）.同時，實施“2+3”創新教學模式的20 級學生其動手實踐能力和繪圖能力更加出色，2021 年獲得第十三屆“挑戰杯”甘肅省大學生課外學術科技作品競賽二等獎一項，三等獎二項.

圖4 19 級與20 級兩門課程期末考試成績對比

3 結束語

新工科背景下民族院校水利工程制圖“2+3”創新教學模式的探索，是結合甘民院水利水電工程專業水利工程制圖相關課程的教學改革，旨在提高學生自主學習能力，培養學生的工程基礎能力、工程素質能力、工程實踐能力[7]，通過“工程制圖基礎”和“水利工程CAD”課程的相互補充、相互促進，使學生更好地理解基礎知識和繪圖的基本技能和技巧.通過“課堂+實訓+競賽”模式的有效結合，使學生的各方面能力得到進一步提高.在水利工程制圖 “2+3”創新教學模式的探索過程中，踐行“厚基礎、重實踐、強應用”辦學理念[8]，提高民族院校水利水電工程專業學生的實踐能力.