“知行聯動”線上線下深度融合的課程建設研究
——以“工程圖學”為例

孫士龍，黃海林，吳佩年

（1.哈爾濱工業大學〔深圳〕 機電工程與自動化學院，廣東 深圳 518055；2.哈爾濱工業大學 機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001）

一、研究背景與意義

隨著科學技術的飛速發展，粵港澳大灣區的高端裝備制造業技術要求越來越高，對工程圖學人才的需求也越來越大，如手機屏幕的缺陷檢測設備、半導體晶圓的封裝設備、新能源汽車的電池生產制造等生產線建立都需要新的機械加工設備，各種零部件的生產制造離不開精準的工程圖學人才，面向高端裝備的工程圖學人才存在大量缺口［1-2］。“工程圖學”屬于工科類專業基礎課，是一門基礎性、技術性和實踐性很強的課程，也是培養新工科思維的重要啟蒙課［3］。“工程圖學”是大部分工科類本科生的專業必修基礎課程，是學生從高中到大學階段過渡接觸的第一門基礎課，學生普遍反映該課程難度較大。該課程教學面臨多方面挑戰：首先，學生還沒有從高中的學習習慣中轉換過來，還不懂得如何學習；其次，本課程涉及較多空間的概念，教師需要建立比較直觀的空間構形概念，而學生則需要建立形象思維和空間想象能力，這給教學帶來了難度；再者，本課程是一門實踐性非常強的課程，必須有實踐教學環節才能使得學生有更深刻的理解。此外，本課程還面臨學時壓縮與教學內容較多的矛盾。

課程建設是培養人才體系的重要承載，在信息化與新工科的教育背景下，“工程圖學”課程必須緊跟時代步伐，大力改革課程授課體系，使得教學內容、教學方法及評價體系與新的人才培養目標相一致［4］。在哈爾濱工業大學（深圳）自2016年招收第一屆本科生以來，現已在工程圖學教育方面進行了3輪課程教學改革與實踐，包括課程體系、教學內容、教學模式以及教學方法等，取得了一些成果，也遇到了一些問題。本課程教學堅持以實踐為導向，通過科創項目貫穿課程設計，教學過程采用線上教學+線上測評+線下教學+線下實踐的“四位一體”模式進行全方位教學。線上教學選取生動形象、短小精悍的視頻，通過生動形象的動畫展示的形式講解零部件的空間構形與投影關系，打破傳統課程教學時間和空間的限制，使得學生可以快速把握要領，并提高空間想象能力。課程通過與廣州某軟件股份有限公司合作，開發工程制圖在線測評系統，學生在學習相應的知識點后，可以方便快捷地進行課后繪圖練習與測評。通過在線測評軟件，提供大量立體的圖形案例與習題庫，一方面，可以實時檢驗學生的學習效果；另一方面，可以大幅減少教師批改作業的工作量。這些都可以有效解決學時少與學習內容多之間的矛盾，也可以打破學習時間與空間的限制。課程線下教學注重現場板書作圖，通過現場作圖講解畫圖技巧，方便學生理解與接受，并且最后通過科創項目的形式讓學生設計科創作品，學生通過SolidWorks和AutoCAD表達自己的創新思想，取得了較好的效果。

關于線上線下深度融合“工程圖學”課程建設，很多學者已經展開了相關研究。2020年初以來，加快了線上線下融合式教學方式的發展。“工程圖學”課程線上線下混合式教學的發展經歷了幾個階段：（1）線下理論+線下手繪；（2）線下理論+線上上機；（3）線上理論+線上上機。王靜秋［5］開展了基于布魯姆教育目標分類學的混合式教學設計，以“工程圖學”課程為例，實現了“課前自主預習—課中知識內化—課后鞏固提高”的“三位一體”混合式教學設計。宋健［6］則分析了在“工程圖學”課程混合式教學的各大重要環節的現實可行性和時效性，并對如何引進現代信息技術進行了探討。張紅霞等［7］則從線上資源建設、混合式教學方案設計、學時及內容分配、課程知識體系重構和線上線下過程性評估展開了線上線下“工程圖學”課程建設的探索。張雁等［8］則從“MOOC+SPOC+教學環節+研討實踐”展開了線上線下混合式教學改革，該教研組的“工程圖學”課程也連續被評為省級精品課。課程思政也是本課程建設的重要組成部分，關于“工程圖學”課程思政建設，已經有很多學者展開了研究。例如，劉曉潺等［9］提出了一種“現代工程圖學”課程思政的挖掘方法，從名人軼事、行業實踐、時事熱點以及文化傳承等多方面深度挖掘思政元素。吳炳輝等［10］則從愛國主義、誠信、責任意識、創新意識和工匠精神等方面進行了“工程圖學”課程思政的探討。楊放瓊等［11］從立德樹人、價值塑造、能力培養三個方面深入挖掘思政元素，精心設計教學環節，引入驅動項目，并打造翻轉課堂，培養了學生的創新設計能力和綜合素質。

二、主要研究內容

本課程經過多年的教學改革與教學實踐，也進行了深入的教學研究，通過線上線下深度融合，理論教學與實踐教學充分關聯，并且鼓勵學生參加制圖相關學科競賽，形成了“多位一體”的課程體系，包括以下幾點。

1.分解教學內容，優化教學設計。將教學內容進行模塊化組織，在模塊內將知識點進行分解細化，目的是保證教學設計時教學內容完整、重點突出、詳略得當。

2.細化課件制作，分解圖形展示。將原授課件進行拆分和簡化，保證每個知識點對應的視頻長度為10分鐘左右，將錄制視頻所用的PPT頁數控制在10頁左右，盡量在錄制視頻PPT中突出最重要的文字、圖形和動畫，其他輔助說明內容由錄制視頻教師口頭進行介紹。

3.制定拍攝提綱，編寫拍攝腳本。將錄制視頻的語言寫入腳本，盡可能保證錄制視頻的語言邏輯合理、簡練流暢，避免出現口頭禪和口語化，腳本中要突出重要知識點，次要知識點或基礎知識介紹盡量少占用拍攝時長。

4.重制考核評價標準，量化制圖識圖能力。根據授課過程中出現的教學反饋重新分配任務，把手工繪圖與計算機繪圖的考核占比進行重新分配調整，且形式不再拘泥于課后作業的形式，而是通過具體的、與時代接軌的現代制造業零部件，如手機制造過程中封裝件的設計，激發學生興趣與行業產業思考，將學與用、教與考結合起來。

5.制訂線上授課方案，錄制在線課程視頻。可以使用錄屏軟件錄制，考慮到學生學習的注意力，錄制的每段視頻時間應控制在5～15分鐘，另外，視頻中出現的文字、動畫、圖形等內容不宜過多，轉換速度不宜過快，否則會影響學生學習效果。

三、線上線下深度融合“工程圖學”課程建設板塊設計

“知行聯動”式線上線下深度融合的“工程圖學”課程建設研究主要分為四個板塊（見圖1）：（1）線上授課；（2）線上測評；（3）線下授課；（4）線下實踐。線上授課的主要平臺是雨課堂、騰訊會議及騰訊課堂，授課內容主要為畫法幾何與機械制圖的知識點梳理，理論知識講解以及重點和難點分析。線上測評系統則是利用軟件開發出“工程圖學”課程的在線測評系統，方便學生課后進行線上評估自己的知識掌握水平。線下授課則是通過教室黑板板書的方式，給學生以直觀的尺規作圖法作圖感官，同時結合模型道具的演示，從形體上給予更形象更具體的二維、三維思維訓練和指導。線下實踐則是指通過指導學生參加圖學競賽、科創項目的方式，讓學生在參加比賽和項目的過程中，加深對繪圖知識的理解，熟練掌握繪圖軟件的使用和操作。

圖1 線上線下深度融合“工程圖學”課程建設板塊設計

四、主要解決的教學問題及應用的教學方法

目前，在“工程圖學”教學過程中，結合學校各工科專業培養人才目標方式不同，各專業的授課內容側重點不同，我校在“工程圖學”教學過程中主要存在以下幾個問題。

1.課程內容乏味，圖形與文字難以理解。在授課過程中，雖然任課教師已經對知識點進行了細致的講解，包括圖形和文字說明。但是在學生習題集作業中發現，學生對知識點的運用還存在一定問題，并不能做到舉一反三，同樣知識點換一種表達方式，可能就不會分析。另外，課程內容乏味，比如減速器這一零件，在“工程圖學”教學中已經存在幾十年，并沒有對其進行更新。現代工學工廠中，比如手機的加工制造，有很新穎的模具，如能引入教學中，將大大提高學生的學習興趣。

2.課時縮減與授課內容較多相矛盾。在教育部為學生減負，縮減學時的大背景下，如果不能及時對教學內容進行調整，那么教師只能加快授課速度，減少學生互動，造成“填鴨式”教學。這無疑不利于學生對知識點的理解和掌握，同時也會弱化學生在“工程圖學”課程中重點培養的空間思維想象能力。

3.考核評價方式單一，軟件與手繪考核不均衡。期末考試至今仍然停留在手繪或紙質形式，對于AutoCAD和SolidWorks等軟件操作能力的考核方式較少，存在考核不全面的問題。在實踐教學中也發現，雖然有些學生手繪考試成績不理想，但在專業制圖軟件中表現出較高的制圖、識圖專業技能。

在教學方法上實行案例式教學與模塊化教學。（1）案例式教學。通過一個復雜零件圖案例拆分，講授點線面知識、視圖知識、組合體以及裝配體知識，將理論引入實踐，并結合教學模型、課件與動畫，培養學生的空間想象能力。（2）模塊化教學。以新工科思維的創新能力培養為目標，將“工程圖學”課程進行拆分并重新組合，分為六大模塊：圖學基礎、投影理論、機構表達、計算機繪圖、工程圖樣、綜合創新機構。這六大模塊循序漸進、互相依托，最終提高學生的工程制圖創新能力，培養具備新工科思維的圖學人才。

五、創新點

1.思政創新。引入課程思政激發學生民族自豪感的“思政+歷史”授課理念。本課程通過工程圖學的發展歷程增強學生的民族自豪感，然后引入制圖國家標準的概念。工程圖紙是工程界的通用語言，是工程實踐中的重要技術文件之一，主要用于技術交流和指導生產。本課程首先從圖學的發展歷程入手，對學生開展愛國主義教育，增強其民族自豪感。我國是世界文明古國之一，在工程圖學方面有著悠久歷史。遠在戰國時期我國人民就已運用設計圖（有確定的繪圖比例、酷似用正投影法畫出的建筑規劃平面圖）來指導工程建設，距今已有2 400多年的歷史。自秦漢起，我國已出現圖樣的史料記載，并能根據圖樣建筑宮室。宋代李誡（仲明）所著《營造法式》一書，總結了我國歷史上的建筑技術成就。全書36卷，其中有6卷是圖樣（包括平面圖、軸測圖、透視圖）。這是一部聞名世界的建筑圖樣巨著，圖上運用投影法表達了復雜的建筑結構。隨著生產技術的不斷發展，農業、交通、軍事等器械日趨復雜和完善，圖樣的形式和內容也日益接近現代工程圖樣，如清代程大位所著《算法統籌》一書的插圖中，有丈量步車的裝配圖和零件圖。新中國成立后，工程圖學得到前所未有的發展。1959年國家科學技術委員會頒布了第一個國家標準《機械制圖》，隨后又頒布了國家標準《建筑制圖》，使全國工程圖樣標準得到了統一，標志著我國工程圖學進入了一個嶄新的階段。隨著科學技術的發展和工業水平的提高，技術標準不斷修改和完善，我國先后頒布了一系列《技術制圖》與《機械制圖》的新標準。“工程圖學”教學內容及模式與對應的思政教學方法如表1所示。

表1 “工程圖學”教學內容及模式與對應的思政教學方法

2.聯動創新。以賽促學，引入科創項目+課程設計進行引導式識圖教學。該課程教學堅持以實踐為導向，通過科創項目貫穿課程設計，教學過程采用線上教學+線上測評+線下教學+線下實踐的模式進行全方位教學。線上教學通過生動形象、短小精悍的視頻，以及生動形象的動畫展示的形式講解零部件的空間構形與投影關系，打破傳統課程教學時間和空間的限制，使得學生可以快速把握要領，提高空間想象能力。線上測評通過建立測評題庫，實現機評習題，擺脫手工繪圖作業批改任課教師負擔重的問題。線下實踐通過指導學生參加全國先進成圖技術大賽，以賽促學，加深學生對工程圖學的理解，以及對工程圖學計算機繪圖技能的掌握。

3.融合創新。校企共建優勢互補，課程通過與廣州某軟件股份有限公司合作，開發“工程圖學”在線測評系統（見圖2）。學生在學習相應的知識點后，可以方便快捷地進行課后繪圖練習與測評。通在線測評軟件，提供大量立體的圖形案例與習題庫，一方面，可以實時檢驗學生的學習效果；另一方面可以大幅減少教師批改作業的工作量。這些都可以有效解決學時少與學習內容多之間的矛盾，還可以打破學習時間與空間的限制。課程線下教學注重現場板書作圖，通過現場作圖講解畫圖技巧，方便學生的理解與接受，并且最后通過科創項目的形式讓學生設計科創作品，學生通過SolidWorks和AutoCAD表達自己的創新思想，達到了較好的效果。課程根據授課內容全方位融合思政教育，目前取得了較好的教學效果。

圖2 “工程圖學”在線測評系統框架結構