以工程教育專業(yè)認證為導向的“工程圖學A”課程教學改革探索
——以北京林業(yè)大學為例

白效鵬 唐 亮 霍光青 史雪松 徐道春

(北京林業(yè)大學工學院，北京 100083)

工程教育認證既是教育部提出中國特色“五位一體”評價體系的重要組成部分，也是達成工程教育國際互認的重要依據(jù)。截至2020年底，全國共有257所普通高校涉及的機械、儀器等工科1 600個專業(yè)通過了工程教育認證。工程教育認證是一種以培養(yǎng)目標和畢業(yè)出口要求為導向的合格性評估，其核心是確認工科專業(yè)畢業(yè)生是否符合行業(yè)認可的質(zhì)量標準。培養(yǎng)目標是對該專業(yè)畢業(yè)生在畢業(yè)5年左右達成的職業(yè)和專業(yè)成就的總體描述，專業(yè)據(jù)此設置畢業(yè)要求，構建課程體系[1]。工程認證通用標準規(guī)定了專業(yè)在學生、培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍和支持條件7個方面的要求[2]。基于工程教育認證標準，教師在課程教學中應始終秉承“以學生為中心，以產(chǎn)出為導向，持續(xù)改進”的工程教育理念[3]。

“工程圖學A”是機械類專業(yè)一門專業(yè)基礎課程，其理論性、應用性和實踐性都很強，能夠為后續(xù)專業(yè)課程的學習及工程設計提供必要的基礎知識和方法。2017年3月北京林業(yè)大學機械設計制造及其自動化專業(yè)(以下簡稱機制專業(yè))在工程教育認證過程中，對該專業(yè)的課程體系進行了修改，并著手定制了培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求[4]。如何使“工程圖學A”課程教學適應新的本科人才培養(yǎng)方案，并使該課程教學符合機制專業(yè)工程教育認證標準的要求，成為課程教學急需解決的難題，因此以工程教育認證為導向的“工程圖學A”課程改革迫在眉睫。

一、“工程圖學A”課程的特點

“工程圖學A”是以機械產(chǎn)品為對象，研究圖、數(shù)、形關系及其應用的課程，該課程要求學生在遵守國家和行業(yè)標準的基礎上，以工程語言表達、識別機械產(chǎn)品的圖樣，培養(yǎng)學生空間想象力和構形分析力，形成工程圖樣的繪制和閱讀能力。課程主要涉及平面繪圖、三維零部件造型、三維裝配造型、二維零部件工程圖，空間問題的求解與表達和二維裝配工程圖，具有教學內(nèi)容多、任務重、課程知識難點多、易出錯、實踐性強等特點[5]。

二、“工程圖學A”課程教學面臨的問題

對標工程教育認證標準的要求，“工程圖學A”課程教學主要存在以下3方面的問題。

(一)課程教學目標與工程教育認證要求不匹配

“工程圖學A”課程教學目標為“系統(tǒng)掌握產(chǎn)品設計與表達的基礎理論知識，熟練設計一般機械產(chǎn)品的三維模型，利用投影知識表達產(chǎn)品結構等。熟練生成零部件圖、裝配圖、裝配分解圖等，具備閱讀一般機械類產(chǎn)品圖紙的能力”。此時的課程教學目標僅描述了學生應具備的能力，沒有根據(jù)工程教育認證標準中的“12條”畢業(yè)要求通用標準進行劃分，不能與工程教育認證要求的畢業(yè)要求指標點建立對應關系。因此該課程教學目標與教育認證標準不相符合，滿足不了工程教育認證對于課程教學目標的相關要求。

(二)課程教學內(nèi)容與工程教育認證要求不匹配

“工程圖學A”教學內(nèi)容為“講授國標、平面繪圖、造型、投影、表達方法、零部件圖、裝配圖的基本內(nèi)容，使學生能夠運用這些表達方法設計產(chǎn)品，能夠構建機械產(chǎn)品的三維零部件模型和裝配模型、規(guī)范表達產(chǎn)品結構與尺寸、生成零部件圖和裝配圖、閱讀機械產(chǎn)品圖樣。”改革前，該課程的教學內(nèi)容雖然比較全面，但課程講授注重知識傳授，且授課對象是普遍缺乏工程實踐經(jīng)驗的大一新生[6]。學生由于缺乏對機械結構的直觀性認識，在理解課程內(nèi)容時不是很充分，且課程教學內(nèi)容與認證標準沒有建立起一一對應關系，不符合工程教育認證“以學生為中心”和“以產(chǎn)出為導向”的教學理念。

(三)課程考核難以支撐教學質(zhì)量的持續(xù)改進

持續(xù)改進是工程教育認證的一個核心理念。課程的持續(xù)改進需要根據(jù)畢業(yè)要求指標點對課程教學進行有針對性評估。這就要求課程考核需要按照畢業(yè)要求指標點進行，并得出相應的評估結果。改革前，“工程圖學A”考核采用期末考試的方式開展，考核的結果只有一個最終成績，沒有針對課程各項內(nèi)容的具體成績，不能體現(xiàn)課程教學設計每個環(huán)節(jié)的真實效果和學生對各個環(huán)節(jié)知識點的接受程度，使教師無法掌握課程目標的達成情況。因此，改革前的考核結果不適應工程教育認證的標準，致使課程教學質(zhì)量持續(xù)改進支撐不具體。

三、以工程教育專業(yè)認證為導向的“工程圖學A”課程教學改革措施

針對“工程圖學A”課程教學存在的問題，“工程圖學A”課程組提出了3個方面教學改革舉措。

(一)構建課程教學目標與畢業(yè)要求指標點的對應關系

根據(jù)機制專業(yè)工程教育認證12條畢業(yè)要求分解情況，探究并細化了課程教學目標，提煉出了與課程教學目標相匹配的畢業(yè)要求指標點，并建立了課程教學目標與畢業(yè)要求指標點的對應關系和支撐強度，見表1。其中，課程教學目標分解如下。

表1 “工程圖學A”課程教學目標與畢業(yè)要求指標點的對應關系

課程教學目標1：工程圖表達。①零部件圖：掌握投影和視圖基本知識，運用物體表達方法分析零部件內(nèi)外部結構，提出并實施零部件表達方案，標注完整尺寸和技術要求，制作零部件工程圖；②裝配圖：運用物體表達方法，分析裝配體的裝配線、零部件數(shù)量、工作原理，建立合理的裝配表達方案，規(guī)劃零部件編號和物料清單，標注必要尺寸和技術要求，制作裝配工程圖。

課程教學目標2：工程圖閱讀。掌握工程圖閱讀基本規(guī)律，應用形體分析法、面形分析法或綜合分析法想象物體各結構的形狀；獲取零部件圖和裝配圖中尺寸、技術要求、明細表、標題欄等信息，鑒賞零部件圖和裝配圖中的視圖、尺寸和文字表達的合理性；分析零部件的工作原理、功能作用。

課程教學目標3：平面繪圖。學習機械制圖相關國家標準，跟蹤智能草圖、智能約束與捕捉、尺寸驅動等前沿技術，運用紙筆、計算機等常用工具繪制平面圖形，合理規(guī)劃平面圖形的尺寸標注。

課程教學目標4：三維設計。①零部件造型：應用基本造型方法和高級造型方法，構建零部件三維模型。②裝配造型：調(diào)用標準件和常用件模型，整合零部件三維模型，選擇合適裝配關系，構建機械產(chǎn)品整機或零部件的三維裝配模型；熟練添加、復制、編輯零部件之間的裝配關系；檢查零部件之間的動靜態(tài)干涉情況，設計裝配模型的爆炸效果圖和渲染圖。

(二)構建支撐課程教學目標實現(xiàn)的教學內(nèi)容體系

根據(jù)分解后的課程教學目標，結合機制專業(yè)開設的“機械認知實習”課程，“工程圖學A”課程組對課程教學內(nèi)容進行了優(yōu)化，具體做法如下。①對學生在“機械認知實習”課程中熟悉的機械產(chǎn)品涉及的知識進行了分解，把細化后的知識點融入到“工程圖學A”課程教學內(nèi)容設計中。②針對教學內(nèi)容細化了對學生的基本要求，建立教學內(nèi)容與學時、課程教學目標之間的支撐關系。如，將第3部分“特殊結構的設計與表達”的教學內(nèi)容細化為“熟練倒角、圓角、肋板、薄壁、螺紋結構的設計與表達方法……”，細化后的內(nèi)容與課程教學目標4對應。改革后的課程教學內(nèi)容與課程教學目標之間建立起了映射關系，滿足了工程教育認證的要求，見表2～3。

表2 “工程圖學A”課程理論教學內(nèi)容體系及其與課程教學目標的對應

表3 “工程圖學A”課程實踐教學內(nèi)容體系及其與課程教學目標的對應

(三)構建課程教學質(zhì)量持續(xù)改進機制

1.建立課程教學目標達成度的考核標準

面向工程教育認證標準，課程教學過程中的每個教學環(huán)節(jié)都需要有具體可操作的評價方法，科學合理的課程評價方法能反應教學中存在的問題，為教學內(nèi)容、教學方法的持續(xù)改進提供依據(jù)。課程教學目標達成度評價是以評價學生能力為主要目的，以考察學生對知識點的理解和應用能力為重要內(nèi)容。“工程圖學A”課程教學一般分為2個學期開展，筆者對平時成績和期末考試成績進行了細化。平時成績分解為作業(yè)和測驗成績，每學期安排1次測驗和2次作業(yè)。根據(jù)以上考核方式對課程教學目標的貢獻度，設置了期末考試、平時作業(yè)1、平時作業(yè)2和平時測驗的權重，分別為0.7、0.15、0.075、0.075，見表4～5。

表4 “工程圖學A”課程第1學期與課程教學目標對應的成績占比分布情況

表5 “工程圖學A”課程第2學期與課程教學目標對應的成績占比分布情況

2.建立保障課程教學質(zhì)量的持續(xù)改進模型

依據(jù)“工程圖學A”課程組提出的課程教學目標的考核標準，筆者首先在課程教學周期結束后撰寫課程目標達成度的分析報告(評價-assessment)；其次分析總結課程教學的特色和經(jīng)驗，找出教學過程中存在的問題(分析-analyzation)；然后以問題為導向，在課程教學、教學方法、教學手段、考核方式等各環(huán)節(jié)，提出課程教學的改進意見和建議(改進-improvement)，在后續(xù)課程教學內(nèi)容設計中融入改進的意見和建議；最后每學期課程結束后，教師對教學質(zhì)量進行再評價(再評價-reassessment)，以構建課程教學持續(xù)改進AAIR模型，見圖1。

圖1 “工程圖學A”課程教學持續(xù)改進AAIR模型

四、以工程教育認證為導向的“工程圖學A”課程教學改革的成效

(一)提升了課程教學效果

表6 面向2017～2019級學生的“工程圖學A”課程教學目標達成情況

(二)持續(xù)改進教學內(nèi)容和教學方法

從表6可知，2018級課程教學目標1的達成度較2017級下降了9.19%，表明學生在分析零部件內(nèi)外部結構和裝配體表達方案方面能力有所降低。分析原因筆者發(fā)現(xiàn)：①學生過渡依賴于軟件，沒有養(yǎng)成遵守國家標準的習慣，表現(xiàn)在對零部件的表達時，繪圖不規(guī)范，影響工程圖紙的質(zhì)量；②學時壓縮，用在講解軟件實操的學時減少，尤其在后半學期的零部件圖和裝配圖表達部分，沒有足夠的學時對學生進行有針對性的訓練，導致教學效果不佳。為此，在2019級該課程的教學過程中，筆者提出了改進措施。①利用“艾賓浩斯記憶曲線”理念開展教學，調(diào)整各部分內(nèi)容教學計劃。增加表達方案部分的教學學時，增加手工繪圖，培養(yǎng)學生對零部件進行合理表達的能力。②多方位持續(xù)加強表達內(nèi)容教學。通過裝配圖畫圖和讀圖，加深學生對技術要求的理解，在課程設計中，通過拆裝零部件讓學生增強對機械零部件的認知，加深對該部分知識的理解。③融入“互聯(lián)網(wǎng)+”的新模式，探索并實踐運用創(chuàng)新式教學方法開展教學活動，借助翻轉課堂，強化學生主體地位，彌補學時不足帶來的問題。

在對2019級“工程圖學A”課程教學進行評估時，筆者發(fā)現(xiàn)教學效果得到了進一步改善，從表6可以看出，2019級整體的課程教學目標達成度大于等于0.71，較2017級和2018級的最低課程教學目標達成度的0.67，提高了5.97%。尤其課程教學目標1和2的課程目標達成度顯著改善。其中，2019級課程教學目標1的達成度為0.88，較2018級提高了11.39%，結果表明學生的工程圖表達能力明顯增強。而且2019級課程教學目標2的達成度為0.76，較2018級的0.68提高了11.76%，表明學生工程圖閱讀的能力進一步得到提升。2019級的課程教學目標3和4雖然較2017級和2018級分別降低了11.76%和13.79%，13.42%和16.47%，表明學生的平面繪圖和三維設計的能力有一定程度的降低；然而其課程教學目標3和4的課程教學目標達成度也分別達到了0.75和0.71，表明學生整體繪圖和設計的能力也得到了一定保證。

為了持續(xù)提高學生對課程教學目標整體達成度的要求，秉承工程教育認證持續(xù)改進的理念，筆者對課程教學目標3和4的達成度降低的原因進行了分析：①學時分配不均有待進一步優(yōu)化調(diào)整；②“互聯(lián)網(wǎng)+”的新模式應用比較生疏，而且針對學生自主學習的監(jiān)督機制不明確，沒有量化考核指標。針對以上不足提出進一步改進的措施。①基于雨課堂，增加并細化學生對課程教學知識點掌握程度的過程性考核評價。根據(jù)課程教學計劃，合理設計考核題型和權重，分析并構建學時、題型、權重和過程考核測試結果的關聯(lián)關系，優(yōu)化學時分配和資源整合。②繼續(xù)探索“互聯(lián)網(wǎng)+”的課程教學改革模式，完善課程教學的線上與線下融合的方式，打造開放且有監(jiān)督考核機制的教學環(huán)境，提高教學質(zhì)量。