新工科背景下工程圖學項目式教學改革探索

收稿日期：2023-06-07" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 修回日期：2023-06-28

作者簡介：陳旭玲，女，副教授，博士，研究方向為機械設計理論、工程圖學、無線電能傳輸；陸鳳霞，女，副教授，博士，研究方向為機械傳動的設計理論與技術、工程圖學；鮑和云，女，教授，博士，研究方向為直升機傳動技術、工程圖學。

基金項目：2023年南京航空航天大學本科教學建設項目“課程思政示范課程建設——‘工程圖學I’”（2023JG0406K）；

南京航空航天大學研究生教育教學改革研究項目“計算機輔助設計課程思政教學探索與實踐”（2022YJXGG14）、本科教學建設項目“‘工程圖學I’項目式教學方法及系統構建研究”（2021JG0530A）

摘" " 要：結合新工科的建設要求，文章立足培育學生工程制圖實踐能力與創新能力，將項目式教學融入“工程圖學”課程建設中，探索了新工科背景下基于項目教學的工程圖學教學改革新模式。在此基礎上，文章又從學情分析、教學目標、課程特點、教學內容、項目實施、改革意義等方面加以分析，并以工程圖學項目式教學為例詳細闡述了若干案例，論述了新工科背景下工程圖學項目式教學改革的可行性和有效性。

關鍵詞：新工科；工程圖學；項目式教學；全過程評價

中圖分類號：TH126" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：1002-4107（2024）03-0029-04

一、引言

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，深化工程教育改革、建設工程教育強國[1-2]。無論是產教融合、科教融合，還是產科教創融合，專業新工科建設的依托依舊是課程。當前高校中設置的“工程圖學”課程體系存在教學手段單一、與前沿研究及新型應用場景脫節等問題[3]，無法滿足新工科的教育要求。

“工程圖學”類課程主要以畫法幾何、機件的表達方法、標準件與常用件、零件圖、裝配圖和計算機繪圖為主要內容，工程應用性很強。“工程圖學”是工科學生必修的專業基礎課程，集基礎性、理論性和實踐性于一體，是學生入校首先接觸的一類專業課程[4]。“工程圖學”是工科專業技術交流的重要工具，是學生學習后續相關課程和將來從事專業技術工作的重要基礎。基于此，文章對“工程圖學”課程教學進行了研究和探索，以期為相關工程專業的教學改革提供一種新的思路。

二、工程圖學學情分析及教學目標

（一）工程圖學學情分析

“工程圖學”課程目前的教學主要還是以傳統教育教學模式為主， 其授課對象主要為工科專業大一新生，他們具有比較鮮明的3個特點（圖1）。

1.學生形象思維能力較弱，形體表達能力有待提高。大一學生僅具有初級層次的形象思維能力，仍習慣用計算、邏輯分析的方法來解決圖學問題，難以將平面圖形與空間實體聯系起來，尤其是通過二維圖形構建三維形體的能力較弱。

2.學生工程和專業知識相對匱乏，難以將知識與工程應用結合起來學習。大一學生對于工程設計和表達知之甚少，而“工程圖學”是一門與工程實際緊密結合的課程，但學生常常將知識點與工程應用割裂開來學習，導致遇到工程應用問題時往往束手無策。

3.學生不擅長對知識進行系統學習，困于不能發掘其本質和共性問題。大一學生習慣于在課堂上被動接受教師單向傳授的知識，一般很少會去追本溯源，并進行系統化探究和拓展，這就導致其運用知識的時候容易生搬硬套，難以學以致用，無法滿足國家對于具備堅實學科基礎和創新設計工科人才的需求。

（二）工程圖學項目式教學的目標

1956年，美國教育學家B.布魯姆（B. Bloom）將教育目標分為記憶、理解、應用、分析、評價、創造6個層次，其中，記憶和理解作為低階教學目標，應用、分析、評價和創造作為高階教學目標[5]。基于B.布魯姆教育目標分類學，工程圖學項目式教學的目標也從低階到高階分成知識目標、能力目標和素質目標3個層次，并在每個層次上提出了具體的要求，其對應關系如圖2所示。

1.知識目標：掌握閱讀和繪制工程圖樣的基本原理與方法并能靈活運用，了解構型設計、計算機輔助設計、創新設計等表達與設計的知識，較熟練地運用二維、三維計算機輔助設計軟件進行圖樣繪制與設計。

2.能力目標：具備空間形象思維構建和表達的能力、圖示圖解工程問題的能力、運用工程思維進行問題剖析和表達的能力，以及運用計算機輔助設計軟件還原設計思想和進行創新表達的能力。

3.素質目標：培養學生新時代工匠精神，樹立行業規范意識，同時培養認真嚴謹、遵循規范的學習作風；培養學生精益求精、勇于實踐的工程素養，合作交流、積極溝通的學習工作態度；培養具有社會責任感和歷史使命感的未來人才。

三、工程圖學項目式教學改革

（一）“工程圖學”課程特點及發展趨勢

工程圖的特點是理論體系嚴謹，與工程實踐聯系密切。“工程圖學”課程以圖形表達為核心，以形象思維為主線，將工程概念滲透到工程制圖的教學中。該課程主要以機械產品為對象，培養學生工程圖樣繪制、閱讀能力，以及形象思維能力。課程內容主要涉及畫法幾何、機械制圖與計算機輔助設計等，具有教學內容多、任務重、課程知識難點多、工程實踐性強等特點。

隨著經濟的迅速發展和科學技術水平的不斷提高，我國制造業正在向數字化、智能化轉型，計算機輔助設計、創新設計和優化設計等現代產品設計與表達技術層出不窮。這些勢必影響工程圖學這門工程界語言的發展，“工程圖學”課程也隨之出現了如下一些新的發展趨勢。

1.“工程圖學”課程與計算機輔助設計技術更緊密地

結合

隨著信息技術的日趨完善，計算機輔助設計技術與“工程圖學”課程教學內容的結合也越來越緊密[6]。通過整合構型、機械零件和裝配件等的知識和信息，提供計算機輔助設計支持，促進學生的知識綜合應用和解決問題能力不斷提升。

2.“工程圖學”課程線上線下混合式教學模式廣泛應用

信息化時代的學生，獲取信息能力更強、渠道更廣、思維更活躍。通過建設豐富的線上資源，以及采用合適的信息技術，例如，中國大學MOOC（慕課）、智慧樹、超星、雨課堂等教學平臺建立線上線下混合式課程，通過線上學習與線下討論相結合，建設高效、有趣的課堂[7]。

3.知識、能力、素質三者結合的教學模式

“工程圖學”課程教學不僅包含傳授知識的內容，更包含培養能力和樹立品德等內容。在“工程圖學”課程教學中引入科研、專業相關工程案例，注重知識融合，拓展課程內容難度、深度，提升課程的時代性、開放性、創新性。將思想政治教育“潤物細無聲”地融入“工程圖學”課程教學的各個環節，形成全方位、全功效的思想政治教育課程體系，實現“工程圖學”課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應，為黨育人，為國育才[8]。

（二）項目式教學內容的選擇原則

項目式教學是一種以學生為中心，使學生通過積極探索現實生活中的挑戰，解決實際存在的問題來獲取知識的一種教學方法[9]。該教學方法能較好地適應國家對工程人才的需求，滿足對高等教育的新要求。同時進行知識學習和項目實踐，可以幫助學生在實踐中深化理解理論知識，從課堂中尋找實踐的理論支撐，兩者互相補充，相得益彰。

選擇合適的項目內容是項目式教學成功的前提條件，也是實現項目式教學效果的關鍵所在。“工程圖學”課程在選擇項目時，主要遵循如下原則。

1.趣味性原則。項目式教學的核心是教師引導學生研究、探索、解決問題，并通過這個過程實現學生的知識遷移。而項目式教學通常又是由學生利用課外時間獨立完成，因此，項目式教學提出的問題應具有一定的趣味性才能引起學生的興趣，讓他們既可以發散思維，又能積極主動地進行思考和設計。

2.合理性原則。項目式教學的一般形式是圍繞一個項目來進行探究，在結束后需要學生提交一個作品，以便清楚地顯現項目研究的成果。項目式教學的內容應根據學生實際的認知水平和能力水平進行設計，同時還要兼顧內容和結果的可實現性。超出學生預期和能力范圍太多的項目會極大地削弱他們完成作品的積極性，并影響項目的完成度。

3.啟發性原則。項目式教學最重要的作用是促進學生的主動學習。教師在項目式教學中的主要作用是啟發學生獨立自主思考、探索，激勵創新，鼓勵求異。

4.可評價性原則。項目式教學組織和實施過程相對復雜，既要對項目實施的全過程進行全方位考察，又要關注每個學生在項目完成中的作用，同時還要考慮項目結果的質量，因此，教師需要根據項目實施進度開展階段性評價和全過程評價[10]。

（三） 工程圖學項目式教學實施

在新工科背景下，“工程圖學”課程立足培養學生的

工程實踐素養，培養具有較強實踐能力、創新能力和國際競爭力的適應型、高素質、復合型人才。課程采用項目式教學模式，將課程中的重點內容轉化為若干個教學項目，圍繞項目組織學生開展教學，使學生直接參與、全程體驗、感悟探究，強化學生在學習過程中的積極主動性、目標指引性、任務真實性和互動合作性。

1.項目選擇

“工程圖學”課程根據學生的特點和教學內容，即畫法幾何、組合體、機件表達、標準件、零件圖、裝配圖6大模塊設計相應的項目（圖3）。例如，在講解標準件中的螺紋緊固件后，布置“設計防松防震螺紋緊固件”的任務，要求學生課后通過查閱相關文獻，設計防松防震的螺栓結構，如螺栓大小長短、螺母結構、墊圈選取等， 然后采用拉伸、切除、旋轉等構形手段，用計算機輔助設計軟件完成其結構的設計，生成正確的零件圖和部件圖，并形成項目設計相關文檔。

2.實施過程

工程圖學項目式教學實施過程如圖4所示，為了在不影響正常課程進度的情況下保證項目的實施，項目式教學采用線上線下混合式教學模式，充分利用學生的課后時間延展其知識廣度和深度，主要分為以下步驟。

（1）依據興趣，確定項目。教師從學生的實際情況出發，提出項目的完成要求。學生依據興趣特長，自主選題并自行組成研習小組，人數一般控制在5～8人。教師向學生介紹選題的內容，引導學生與國家發展同向共進，激勵學生將所學理論與現實需求緊密結合。

（2）組隊分工，擬定計劃。根據項目內容和選題要求，學生以小組為單位開展相關的調研活動，并進行組內人員分工、時間安排等，此過程采用線上線下混合式教學模式進行。首先，教師給出項目評估細則，包括階段性和總結性評估，幫助學生合理計劃項目完成時間。其次，學生需要定時在線上提交相關的調研材料，一是方便教師了解項目進展情況，二是為全過程評估提供素材和依據。

（3）激發能動，調研學習。學生根據組內分配的任務，利用圖書館、校園網、搜索引擎等各種資源，自主學習并積極尋求答案。在此過程中，教師可以通過線上或線下指導的方式引導學生進行調研和分析。

（4）團隊協同，構思設計。在尋找解決方案的過程中，學生進行相關設計、理論驗證、仿真模擬等。團隊成員既有分工又協同合作。同時，教師通過線上線下的方式密切關注學生活動，及時指導，并提供各類支持。

（5）階段匯報，評價總結。項目任務完成后，教師線下組織階段性評價。學生以小組答辯方式匯報項目完成結果，教師和其他小組成員給予相關的意見和建議。采用組內評價、組間互評和教師評價等多種方式全過程考核每個小組項目完成效果，同時，要避免出現部分學生參與度過低的問題。

（四）工程圖學項目式教學的可行性和有效性

工程圖學項目式教學以機械制圖為基礎，以培養學生工程實踐能力和創新能力為核心，從而提高相關專業整體教學質量和學生綜合設計能力，實現教學相長。

1.可行性

“工程圖學”課程擁有完善的中國大學MOOC（慕課）課程、豐富的線上線下教學資源、多年從事教學工作的資深教師隊伍，并擁有與企業導師合作的優良傳統，這些都為項目式教學實施提供了條件。通過線上自學、提交資料和作品、全過程考核和評測，線下答辯，采用多種教學平臺承載教學資源、采用多種教學方法評價學生的學習效果，構建具有創新性、高階性和挑戰度的“工程圖學”課程體系，提高教學質量和教學效果。

另外，工程圖學項目式教學基本都是利用課外時間，由學生自主去完成。在項目實踐過程中，學生能更加深刻地理解課程知識點，嘗試面對問題、分析問題和解決問題，同時，培養了分析和利用資訊的能力，并增強了團隊意識和協作能力。

2.有效性

課程進行教學創新后，學生學習積極性和效果得到大幅提高，項目作業評分中得優、良的學生數量明顯增加，同時，學生反饋推行項目式教學以來，各種能力均有不同程度的提升（圖5）。

四、結束語

新工科背景下項目式教學模式在南京航空航天大學“工程圖學”課程中實施以來，效果顯著。基于學生學期和教學目標，利用現代教育技術與課程教學的融合，通過在教學內容、項目實施、評價手段等方面的探索和實踐，全面提升了“工程圖學”課程的教學效果，基本滿足了高等教育對于“工程圖學”課程工程性與實踐性教學的需要。

參考文獻：

[1]" 教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的

通知：教高司函〔2017〕6號［A/OL］.（2017-02-20）

[2023-06-28]. http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tong-

zhi/201702/t20170223_297158.html.

[2]" 教育部辦公廳關于公布首批“新工科”研究與實踐項

目的通知：教高廳函〔2018〕17號［A/OL］.（2018-03-

21）[2023-06-28]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/

s7056/201803/t20180329_331767.html.

[3]" 余曉琴，廖春暉.PBL教學法在工程圖學課程教學中

的融合應用[J].高教論壇，2022（5）：62-65.

[4]nbsp; 劉思遠，張志輝，張云輝，等.基于大學生工科思維發

展的工程圖學教學改革淺談[J].教育教學論壇，

2020（46）：192-194.

[5]" 王靜秋.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[J].黑龍江教育（高教

研究與評估），2022，76（2）：33-34.

[6]" 孫寶福，鐘志賢.面向數字化制造技術的機械制圖

教學改革實踐與研究[J].科教導刊（上旬刊），2015

（28）：136-137.

[7]" 談莉斌，汪永明，張海娟.新工科背景下工程圖學混

合式教學創新實踐[J].洛陽理工學院學報（自然科

學版），2022，32（4）：93-96.

[8]" 于勇，王玉慧，肖立峰，等.“工程圖學”課程思政教學

探索與實踐[J].江蘇師范大學學報（自然科學版），

2022，40（4）：68-70.

[9]" 梁中，潘麗.以創新能力培養為導向的課堂教學模式

研究：基于項目教學法的視角[J].黑龍江教育（理論

與實踐），2022，76（10）：52-54.

[10]" 何苗，魏書華，路世青.基于能力考核的工程圖學多

元化考核方式研究[J].科教導刊（上旬刊），2018

（22）：48-50；155.

■ 編輯∕丁俊玲