王赫瑩,馬 星,孫興偉
(沈陽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110870)
2016 年6 月2 日,我國正式加入工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》。通過工程教育認(rèn)證,加強(qiáng)了高等工程教育與工業(yè)界的聯(lián)系,對保障高等工程教育質(zhì)量具有重要意義。工程教育專業(yè)認(rèn)證遵循三個(gè)基本理念:成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn),以保證專業(yè)教育質(zhì)量和專業(yè)教育活力。OBE(Outcome-based Education)作為基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式,已被工程教育專業(yè)認(rèn)證所采納。以培養(yǎng)學(xué)生能力為宗旨的教育和以學(xué)生能力達(dá)成為目標(biāo)的學(xué)習(xí)在我國工程教育改革中具有重要意義。
工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對課程培養(yǎng)目標(biāo)的要求更高,更注重學(xué)生能力的培養(yǎng)和行業(yè)的需求。工程圖學(xué)課程作為機(jī)械類專業(yè)工程教育的第一門基礎(chǔ)課程,有必要拓寬課程目標(biāo)維度,進(jìn)行課程邊界和課程內(nèi)容的重構(gòu),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力,讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。本課程是一門用圖樣來表達(dá)設(shè)計(jì)思想和進(jìn)行技術(shù)交流的課程,既能培養(yǎng)學(xué)生的形體表達(dá)和空間構(gòu)形能力、繪圖讀圖能力,又能使學(xué)生養(yǎng)成標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)與工程意識(shí)。為適應(yīng)新工科《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》和《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》對機(jī)械工程專業(yè)的畢業(yè)要求,培養(yǎng)具有識(shí)別、表達(dá)和解決復(fù)雜機(jī)械工程問題能力的創(chuàng)新型人才,改革工程圖學(xué)課程教學(xué)體系,將“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽引入工程圖學(xué)課堂,以促進(jìn)該課程的教學(xué)模式從“教得好”向“學(xué)得好”轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)工程圖學(xué)課程建設(shè)“兩性一度”的要求。文中闡述了基于OBE 理念的工程圖學(xué)課程建設(shè)和教學(xué)改革情況。
以知識(shí)為主的傳統(tǒng)課程體系與新工科理念和新時(shí)代信息技術(shù)相脫節(jié),存在基礎(chǔ)理論、邏輯思維能力強(qiáng),自主學(xué)習(xí)能力、綜合運(yùn)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通與交流能力欠缺的問題,具體表現(xiàn)在工程圖學(xué)課程:圖學(xué)基礎(chǔ)理論扎實(shí),但綜合運(yùn)用知識(shí)解決工程設(shè)計(jì)實(shí)際問題的能力弱;擅長解題式的個(gè)人學(xué)習(xí),缺乏系統(tǒng)思維,全局觀弱,團(tuán)隊(duì)協(xié)作缺乏訓(xùn)練。
現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展正在改變著傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式,以知識(shí)學(xué)習(xí)為重心在向以能力培養(yǎng)為宗旨轉(zhuǎn)變。自上世紀(jì)50-80 年代,工程圖學(xué)課程以教師課堂講授為主,輔以模型教具和掛圖進(jìn)行教學(xué);上世紀(jì)80 年代末,隨著信息技術(shù)的發(fā)展,多媒體應(yīng)用于課堂教學(xué),大大提高了課堂教學(xué)效率,但仍然以教師傳授知識(shí)為主,學(xué)生的創(chuàng)造力培養(yǎng)環(huán)節(jié)缺失;本世紀(jì)初,大數(shù)據(jù)人工智能時(shí)代改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式,尤其是MOOC 等在線資源的發(fā)展及應(yīng)用,使教與學(xué)的過程不僅限于在課堂上完成,“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的融合教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生發(fā)展為中心的教學(xué)生態(tài)。
與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比,混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果明顯提高,但仍然存在學(xué)生高分低能、繪圖能力和空間構(gòu)形能力較差等問題,學(xué)生只為繪圖而繪圖,缺乏全局觀和工程意識(shí)。因此,在培養(yǎng)扎實(shí)圖學(xué)理論基礎(chǔ)的同時(shí),亟待解決如下問題:第一,如何提高學(xué)生的工程思維和解決工程實(shí)際問題的能力?目前,教師授課以知識(shí)傳授為主,學(xué)生的圖學(xué)思維能力和創(chuàng)造力培養(yǎng)環(huán)節(jié)缺失,與現(xiàn)代制造的工程實(shí)際結(jié)合度不足,缺乏工程實(shí)踐訓(xùn)練,導(dǎo)致高階性學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度值低,與行業(yè)及專業(yè)認(rèn)證對工程制圖課程提出的更高要求相悖。第二,如何實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)?如何實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)?本課程的特點(diǎn)是學(xué)時(shí)少,內(nèi)容多,強(qiáng)度大,學(xué)生的形象思維能力不同,“滿堂灌”“一刀切”的傳統(tǒng)教學(xué)方法無法滿足學(xué)生個(gè)性化、差異化的學(xué)習(xí)需求。第三,如何將思政元素和課程教學(xué)有機(jī)融合?在課程教學(xué)的各個(gè)階段,如何在潛移默化中幫助學(xué)生建立正確的人生觀、價(jià)值觀,達(dá)到春風(fēng)化雨、潤物無聲的教育效果,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神、工匠精神、學(xué)術(shù)誠信。
結(jié)合沈陽工業(yè)大學(xué)“培養(yǎng)品德高尚,基礎(chǔ)扎實(shí),實(shí)踐能力強(qiáng),具有創(chuàng)新精神,綜合素質(zhì)高的應(yīng)用型高級(jí)專門人才”的辦學(xué)定位和新工科建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃,制定知識(shí)、能力、素養(yǎng)和育人四位一體課程目標(biāo),使工程圖學(xué)課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)多維度培養(yǎng),如圖1 所示。

圖1 工程圖學(xué)課程目標(biāo)
(1)掌握與工程基礎(chǔ)技能相適應(yīng)的設(shè)計(jì)和表達(dá)的基本理論,熟知國家制圖標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定,培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí);(2)具備繪制和閱讀工程圖樣的能力,能夠理解工程圖樣所提供的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造信息,具有評(píng)價(jià)表達(dá)方案合理性、優(yōu)化圖樣表達(dá)方案的能力,培養(yǎng)形象思維和設(shè)計(jì)制造的全局觀;(3)具有自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣與能力,以及溝通交流、表達(dá)的能力,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,大國工匠精神,提升專業(yè)熱情;(4)樹立正確的人生價(jià)值觀,具有較強(qiáng)的工作責(zé)任心和良好的職業(yè)道德,以家國情懷增強(qiáng)民族自信。
數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能制造以及3D 打印技術(shù)的發(fā)展,引發(fā)行業(yè)巨變,導(dǎo)致工程圖樣表達(dá)在思維和方法上的改變。這必然帶來工程圖學(xué)課程邊界和課程內(nèi)容的重構(gòu)與優(yōu)化,以體現(xiàn)課程內(nèi)容的時(shí)代性、科學(xué)性和創(chuàng)新性。
依據(jù)OBE 產(chǎn)出導(dǎo)向的工程教育先進(jìn)理念,契合一流本科課程建設(shè)“兩性一度”的要求,以現(xiàn)代制造業(yè)對設(shè)計(jì)人才的現(xiàn)實(shí)需求為導(dǎo)向,重構(gòu)課程內(nèi)容,建立以圖學(xué)思維為基礎(chǔ),以產(chǎn)品設(shè)計(jì)表達(dá)為主線,以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的課程知識(shí)體系。
信息技術(shù)的發(fā)展,給傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)和制造帶來巨大變革。考慮到目前傳統(tǒng)與現(xiàn)代并存的制造行業(yè)現(xiàn)狀,與時(shí)俱進(jìn),將計(jì)算機(jī)二維繪圖和三維建模軟件融入課程內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)軟件繪制工程圖樣的能力和構(gòu)形思維能力,建立基于產(chǎn)出導(dǎo)向的課程新體系,以適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段對工程圖樣表達(dá)的需求,突出課程的創(chuàng)新性與先進(jìn)性;同時(shí),將與工程圖學(xué)課程相關(guān)的學(xué)科競賽引入課堂,通過學(xué)科競賽項(xiàng)目實(shí)踐,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)力,培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力和工程素養(yǎng)。搭建學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐的平臺(tái),使其充分體驗(yàn)經(jīng)過勤奮和努力收獲能力和提高素質(zhì)的成就感,增加課程內(nèi)容的挑戰(zhàn)度。
首先,重構(gòu)課程邊界。工程制圖是工具,圖樣是工程界的“語言”,而工程設(shè)計(jì)是思維、是創(chuàng)新。思維需要通過工具表達(dá)出來,而工具沒有思維便沒有靈魂。所以,設(shè)計(jì)與圖學(xué)體現(xiàn)在教學(xué)過程中是相互融合的關(guān)系,確立清晰的課程邊界。
其次,以傳統(tǒng)圖學(xué)理論為基礎(chǔ),將計(jì)算機(jī)二維、三維設(shè)計(jì)技術(shù)融入課程內(nèi)容,對課程知識(shí)體系進(jìn)行重構(gòu)和持續(xù)更新。工程圖學(xué)課程知識(shí)體系如圖2 所示。

圖2 工程圖學(xué)課程知識(shí)體系
選用優(yōu)質(zhì)慕課——國家精品在線開放課程現(xiàn)代工程制圖(大連理工大學(xué)),結(jié)合沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)情,根據(jù)課程目標(biāo)進(jìn)行增減、整合,自建線上“導(dǎo)學(xué)筆記”、期末考試題庫、慕課堂測試題庫等資源,在中國大學(xué)MOOC 平臺(tái)建設(shè)異步SPOC 課程,為學(xué)生提供課外教學(xué)資源,達(dá)到因材施教的目的。
為配合項(xiàng)目實(shí)踐在教學(xué)過程中順利進(jìn)行,收集設(shè)計(jì)了項(xiàng)目題庫。同時(shí),還建立了競賽題庫,供指導(dǎo)和培訓(xùn)學(xué)生參加圖學(xué)學(xué)科競賽使用。
契合新工科工程教育和一流課程建設(shè)“兩性一度”的要求,基于OBE 教育理念,以圖學(xué)學(xué)科競賽為牽引,對機(jī)械類各專業(yè)工程圖學(xué)課程的教學(xué)體系進(jìn)行改革,構(gòu)建了以課堂教學(xué)和學(xué)科競賽項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為核心主線、線上與線下深度融合的工程圖學(xué)教學(xué)新體系,如圖3 所示,實(shí)現(xiàn)對學(xué)生價(jià)值塑造、圖學(xué)思維、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的多維度培養(yǎng)。

圖3 工程圖學(xué)課程混合式教學(xué)新體系
在對工程圖學(xué)課程邊界、課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)及優(yōu)化組合的基礎(chǔ)上,積極改革教學(xué)方法,構(gòu)建“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)模式,建立以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心、線上線下深度融合的教學(xué)生態(tài)。創(chuàng)新多目標(biāo)、多層次的教學(xué)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)分層次、個(gè)性化的教與學(xué)。
首先,有效利用線上資源,進(jìn)行課前、課中、課后一體化教學(xué)設(shè)計(jì),構(gòu)建“三堂三能”的教學(xué)實(shí)施流程,如圖4 所示。在課程教學(xué)中,對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)過程的控制與評(píng)價(jià),引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、勇于探索,設(shè)計(jì)開發(fā)形式多樣、教學(xué)目標(biāo)明確的教學(xué)活動(dòng)。運(yùn)用“慕課堂”等數(shù)字化教學(xué)工具,進(jìn)行課前學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)發(fā)布,上課簽到、測試,課后發(fā)布作業(yè)和預(yù)習(xí)等教學(xué)活動(dòng),實(shí)現(xiàn)線上與線下融合的一體化教學(xué)。通過項(xiàng)目實(shí)踐、小組討論等教學(xué)活動(dòng),打破傳統(tǒng)課堂滿堂灌和沉默狀態(tài),煥發(fā)課堂的活力,訓(xùn)練學(xué)生解決問題能力和思辨能力。另外,圍繞不同主題,開展課程思政的教學(xué)設(shè)計(jì),例如,通過學(xué)科競賽項(xiàng)目實(shí)踐過程,培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神;通過項(xiàng)目成果展示、申請專利及發(fā)表學(xué)術(shù)論文,養(yǎng)成學(xué)術(shù)誠信的品質(zhì);將家國情懷與課程教學(xué)融為一體,幫助學(xué)生樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。

圖4 工程圖學(xué)課程“三堂三能”教學(xué)實(shí)施流程
1.線上MOOC 課堂——養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)能力
課前,教師在線上發(fā)布本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)資源,學(xué)生以“導(dǎo)學(xué)筆記”為導(dǎo)引,通過視頻觀看、在線測試、討論區(qū)答疑等環(huán)節(jié),建立系統(tǒng)的知識(shí)體系,完成知識(shí)維度教學(xué)目標(biāo)的學(xué)習(xí),初步形成空間構(gòu)形和思維能力,培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和自我管理能力,有效彌補(bǔ)學(xué)生思維能力的差異性。教師全面監(jiān)督學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況,在線測試完成情況,保障學(xué)習(xí)效果。并在MOOC 討論區(qū)和QQ 群進(jìn)行師生互動(dòng)、答疑。
2.翻轉(zhuǎn)課堂——提升圖學(xué)思維和解決問題的能力
課中,引入信息技術(shù)對課堂教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行重構(gòu):課堂講授減少,討論分享增加,提升學(xué)習(xí)要求的挑戰(zhàn)度。通過知識(shí)梳理、小組討論、課堂測試等活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行參與式學(xué)習(xí),將碎片化的知識(shí)進(jìn)行整合與吸收,形成繪制和閱讀工程圖樣的能力,達(dá)成能力維度的教學(xué)目標(biāo)。具體教學(xué)流程,前測——利用慕課堂等教學(xué)工具檢查學(xué)生對知識(shí)的理解,通過提問、練習(xí)進(jìn)一步加深理解,教師及時(shí)掌握學(xué)生問題所在,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù),學(xué)生在手機(jī)端完成慕課堂測試。知識(shí)梳理——問題導(dǎo)入,教師提出問題或?qū)W生發(fā)現(xiàn)問題,探究解決問題的理論依據(jù);歸納總結(jié):對測試中存在的問題進(jìn)行深度剖析,引導(dǎo)學(xué)生思考,分享學(xué)習(xí)成果,加強(qiáng)師生、生生互動(dòng),煥發(fā)課堂的活力,增強(qiáng)學(xué)生的“參與感”與“融入感”。后測——通過練習(xí)、小組匯報(bào)等檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果,增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心。
制定“一個(gè)規(guī)范、三種方法、一個(gè)目標(biāo)”的模式實(shí)施繪圖實(shí)踐項(xiàng)目。在知曉制圖規(guī)范的基礎(chǔ)上,通過徒手繪圖、尺規(guī)繪圖及計(jì)算機(jī)繪圖,達(dá)成學(xué)生工程圖樣表達(dá)能力提升的教學(xué)目標(biāo)。具體實(shí)施過程分三個(gè)步驟:第一步,教師布置題目,學(xué)生通過教師的問題引導(dǎo),課下分組討論,徒手繪制出草圖;第二步,課上小組展示互評(píng),教師總結(jié)歸納;第三步,學(xué)生修改草圖,并根據(jù)制圖規(guī)范采用尺規(guī)或計(jì)算機(jī)繪制出規(guī)范的圖樣。同時(shí),也為學(xué)生參加先進(jìn)成圖競賽奠定基礎(chǔ)。
3.拓展課堂——培養(yǎng)人文素養(yǎng)
課后,以圖學(xué)學(xué)科競賽為引領(lǐng),以作品制作過程為主線,將課內(nèi)眾多分散的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來,體驗(yàn)作品從創(chuàng)新設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)表達(dá)、到模型制作的全過程,培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神和創(chuàng)新能力,實(shí)現(xiàn)以賽促學(xué),以賽促教,促進(jìn)素質(zhì)維度教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。
傳統(tǒng)的工程制圖課程評(píng)價(jià)形式單一,缺乏過程性考核,造成學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)投入不足,考試前突擊的現(xiàn)象,與新工科背景下的成果導(dǎo)向教育理念相悖。
針對此問題,采用多元化考核方式,針對不同維度的課程目標(biāo)進(jìn)行過程性測試、形成性測試和總結(jié)性測試,如圖5 和圖6 所示。多元化考核包括理論與實(shí)踐,線上與線下,實(shí)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)的全面考核,改變應(yīng)試教育的問題,增加課程的挑戰(zhàn)度。

圖5 工程圖學(xué)課程多元化考核方式

圖6 工程圖學(xué)課程過程性測試內(nèi)容
第一,基于OBE 的工程教育理念,重構(gòu)了課堂教學(xué)與學(xué)科競賽相融合的知識(shí)體系,將眾多分散的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)整合,形成了邊界清晰、基礎(chǔ)知識(shí)與設(shè)計(jì)表達(dá)能力進(jìn)階上升的課程新體系,提高課程內(nèi)容的挑戰(zhàn)度。通過成圖競賽項(xiàng)目實(shí)踐,夯實(shí)了學(xué)生的圖學(xué)基礎(chǔ),提升了設(shè)計(jì)表達(dá)能力和工程思維能力,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神。
第二,以學(xué)生為中心構(gòu)建了課堂教學(xué)和學(xué)科競賽項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的核心主線,“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合教學(xué)模式,并進(jìn)行課前、課中、課后一體化的教學(xué)設(shè)計(jì),構(gòu)建了“三堂三能”的教學(xué)實(shí)施流程。創(chuàng)新多目標(biāo)、多層次的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)分層次、個(gè)性化的教與學(xué),煥發(fā)課堂活力,激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力。該混合教學(xué)模式突出學(xué)生在教學(xué)過程中的中心地位和教師的主導(dǎo)作用。課前,教師重在監(jiān)督,保障線上學(xué)習(xí)效果;課中,激發(fā)興趣,引導(dǎo)參與,設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心的教學(xué)活動(dòng);課后,注重教學(xué)反思、總結(jié),提升教學(xué)效果。
第三,將課程思政融入教學(xué)設(shè)計(jì),引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀,建立起追求卓越、迎接挑戰(zhàn)的信心,培養(yǎng)吃苦耐勞、勇于創(chuàng)新的科學(xué)品質(zhì)。
在嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)上,注重培養(yǎng)學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)、認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度以及團(tuán)隊(duì)合作精神。
基于OBE 的線上線下融合教學(xué)實(shí)踐已實(shí)施3 年,覆蓋機(jī)械類各專業(yè),受眾學(xué)生每年有400 余人,至今累計(jì)達(dá)1 200 余人。在全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模大賽中,獲得機(jī)械類國家級(jí)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)多項(xiàng),學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到顯著提高,實(shí)現(xiàn)了工程圖學(xué)課程教學(xué)方式從“教得好”向“學(xué)得好”的轉(zhuǎn)變;另外,學(xué)生的自我表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神明顯提高,在后續(xù)的學(xué)習(xí)中,參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽的積極性提高,表現(xiàn)得更加主動(dòng)和自信。
本教學(xué)體系貫徹了OBE 的教育理念,在教學(xué)過程中實(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及過程考核成績,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決,持續(xù)改進(jìn),受到學(xué)生的認(rèn)可與好評(píng),被認(rèn)定為2020 年遼寧省一流本科課程。“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”混合教學(xué)模式各個(gè)環(huán)節(jié)相互支撐、環(huán)環(huán)相扣,其正常有效運(yùn)行還需要學(xué)校政策的大力支持和教師更多的辛勤奉獻(xiàn)。