以學生高質量發展為導向的課程教學改革

劉強 耿金萍 戴前進 魏明

［摘 要］黨的二十大報告將教育、科技與人才概念聯系在一起，明確指出要強化人才支撐，全面提高人才自主培養質量，辦好人民滿意的高等教育。高質量人才培養核心是“學以致用”，為此，課題組設計了以學生高質量發展為導向的新的教學思路，針對工程制圖與CAD課程目前存在的課時少、任務重等問題，對其教學方法與內容進行了改革研究，通過創新的全生命周期教學模式，將課堂、課外與社會鍛煉有效串聯，提升了工程制圖與CAD課程教學質量，達到了高質量教學目的，建立了高質量教學體系。

［關鍵詞］高質量發展；工程制圖與CAD；全生命周期教學

［中圖分類號］G642.0［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）09-0070-05

黨的二十大報告對高等教育提出了高質量發展要求，將教育、科技、人才融合在一起進行統籌安排，對我國高等教育人才培養提出了新要求。要堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略，這也就意味著高等教育在培養人才方面要牢牢結合科技實踐，不僅要在理論教學上進行創新，更要在實踐教學上進行升級[1-2]。在培養人才時不能與社會脫節，要緊密結合社會科技創新體系、企業技術應用體系，讓學生畢業后可跟上社會發展步伐，創造社會價值[3-4]。

工程制圖與CAD課程是一門科研與實踐密切聯系的課程，實用性強。通過課程理論教學，可以鍛煉學生空間想象力，為后續課程設計、畢業設計、學科競賽等實踐類教學活動打好基礎[5-6]。為了培養全面發展的應用型人才，需要對工程制圖與CAD課程內容與教學方法進行創新改革[7-8]。

一、教學現狀與存在的問題

大多高校將工程制圖與CAD課程分為機械類、土木類和電子類等課程。高校根據學院發展情況進行課時的分配[9]，但是由于目前新興專業課不斷出現，譬如新能源、大數據、人工智能等，導致工程制圖與CAD課程學分被大大壓縮[10]。同時，由于課程對后續課程設計、畢業設計、各類競賽及實習就業起到支撐作用，因此課程教學內容要越來越豐富，即增加實用知識點。課時的嚴重壓縮與高質量的課程產出成為該課程教學中的矛盾。

工程制圖與CAD課程一般在新生入學后即進行授課，部分大一學生對大學學習方式與環境尚未熟悉，學習進度較慢，部分學生在對空間幾何繪制知識的學習中存在困難，甚至出現直至大四仍對工程制圖三維空間概念不理解的情況。因此，如何在短時間內讓大一學生掌握空間幾何圖形繪制知識點是要繼續研究的內容。

工程制圖與CAD是一門與實踐緊密結合的課程，對三維空間圖形的繪制直接與產品設計關聯[11]。當前，一些授課教師缺乏企業工作經歷，仍以理論教學為主，僅僅講授基本的點、線、面繪制方法，忽視了課堂學習與企業產品設計的聯系，無法激發學生的學習熱情，教學效果不佳。在高質量發展背景下，教師必須牢牢結合企業實際應用，采用產教融合等手段，讓學生能運用理論解決實際問題。讓學生真正做到“學以致用”是課程教學的目標。

二、基于高質量發展需求的教學改革

很多高校在教育領域進行了高質量教學與科研的發展規劃。工程制圖與CAD作為傳統專業基礎課，對其進行教學改革勢在必行。

（一）教學內容改革

隨著時代發展，企業對學生的素養要求也越來越高。課題組從課程思政、產品設計、三維設計軟件等方面進行課程內容的拓展，在為誰培養人才、培養什么樣的人才、怎樣培養高質量人才方面作進一步研究。

1.思政元素的融入

將思政元素融入工程制圖與CAD課程教學設計中，挖掘繪圖方法的選擇、繪圖步驟的論證和工藝分析方面中的思政元素；將思政元素融入設計型實驗中，讓學生自己設計實驗的步驟和方法；將思政元素融入課程的理論教學、實踐教學中，培養學生的科學精神。通過本課程教學， 培養學生的科學思維、 理性思維、辯證思維和科學精神。黨的二十大報告明確提出要堅持為黨育人、為國育才，課程思政元素的加入大有必要。融入思政元素后的部分非機械類專業課程教學安排如表1所示。

2.以實際產品設計為導向的教學內容改革

工程制圖與CAD課程內容繁多，在課時嚴重壓縮情況下，必須對一部分教學內容進行刪減。以機電類專業為例，在實際工礦企業中開展產品設計時，往往需使用三維軟件，比如CROE、SOLIDWORKS等，在做斜視圖的時候很容易實現操作，不需要依靠AutoCAD進行繪制，因此可以對“軸測視圖繪制”章節內容進行刪減，保留較為簡單的“正軸測圖繪制”內容即可。在繪制產品實際圖紙時，相貫線一般是用于簡化與估算的，并且實際中也常常以圓柱體與圓柱體進行相貫設計，比如三通類零部件等，所以可以對“相貫體三視圖繪制”章節內容進行刪減，保留易于學生理解的“圓柱體相貫線畫法”內容即可，這樣既節省學時，又不影響學生在后續使用中的操作。

其他專業的工程制圖與CAD課程也應以實際產品設計為導向，適當刪減教學內容，緩解學時壓縮帶來的壓力，當然也可根據當下企業實用繪圖軟件流行趨勢，進行一些新穎內容的補充。

3.融合三維制圖軟件知識點的教學內容改革

目前，很多企業利用三維制圖軟件進行產品設計，例如工程機械領域的CROE與SOLIDWORKS、汽車設計中的CATIA、工藝設計中的UG等。在目前的教學體系中，部分教師僅僅介紹AutoCAD軟件的使用，仍然停留在二維制圖層面，不利于學生知識面拓展。可以將三維制圖軟件的基本操作如拉伸、切除、旋轉及工程圖繪制穿插在課內上機實驗中，這樣可以激發學生學習興趣，解決部分學生空間想象力不足的問題，加快學習進度，便于學生畢業后快速進入工程師角色。不同學院的教學可以根據各自的就業領域選擇一款三維制圖軟件作為穿插教學即可，感興趣、有動手能力的學生可以根據自身情況，自主選擇后期繼續學習三維制圖軟件深層次知識，這對其后續參加競賽大有裨益。

（二）教學方法改革

由于教學內容的增減，為了適應新形勢下教學要求，課題組豐富了工程制圖與CAD課程教學手段，讓學生充分利用課上、課下時間，完成高質量學習。

1.線上闖關與線下OBE理論相結合

采用課前線上闖關、課中（線下）基于OBE理論開展翻轉課堂教學、課后線上繼續闖關的方法。

課前設計線上預習學案，學生按照學案，利用碎片化時間以彈性的方式進行闖關式預習，利用電腦或手機進行視頻學習并進行答題測試，闖關通過才能繼續學習。

課中（線下）基于OBE理論，運用混合式教學方法開展翻轉課堂教學，解決線上教學缺少創新性、高階性及具有挑戰性內容的問題，例如尺寸標注的方法總結，三面投影中點、線、面的投影規律，局部視圖剖切最佳位置選擇，三維制圖軟件基礎知識等。這樣可以充分利用課堂時間，幫助學生解決學習難題。課中（線下）開展翻轉課堂教學時，以問題為導向，采用邊講邊評、同伴講解、同伴問答、同伴點評、小組討論、邊做邊評，以及生產演示法、合作學習法、探究法等混合式教學方法。

由于課中（線下）課堂時間有限，課題組設置了課后線上測試充電加油闖關。當學生不滿意自己的成績時，可“充電加油” 再學習，學生必須認真學習，才能通過“ 闖關” 得以晉級。課后作業設置了團隊合作闖關，不善合作的學生所評的分數不會被系統采納，甚至會被降級，以此培養學生的團隊協作精神。

2.基于三維制圖軟件的“降維打擊”式教學改革

工程制圖教學中，部分學生空間想象力不足，當教師講解稍微復雜的視圖投影時，超60%的學生對課堂知識理解不夠透徹。此時，教師可以利用三維制圖軟件如PROE，借助其工程制圖模塊進行反演，讓學生在短時間內理解講授內容，達到事半功倍的效果。同時，可以讓學生多掌握一門軟件的使用方法，在短學時內掌握較多知識。

3.基于全生命周期的教學改革

工程制圖與CAD是一門可以貫穿學生整個職業生涯的技能型課程，因此要將其融入學生學習生涯各個階段。大一階段，學好工程制圖與CAD課程基礎知識。大二、大三階段，可以利用所學到的技能參加各種競賽，例如華東區大學生CAD應用技能大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、大學生創新創業類比賽等。此外，很多學院采用產教融合模式，與企業緊密聯系，讓一部分學生到企業進行設計培訓，一般企業會將枯燥重復的制圖工作交給學生完成。大四階段，很多學生進入企業實習，有機會接觸到實際產品設計，這個時期，鼓勵學生大膽嘗試利用CAD進行產品制圖與設計，繼續跟蹤學生實際應用情況。同時，很多學院采用“實習加就業”模式，許多學生在企業表現良好，獲得就業機會，就業率整體提高。全生命周期教學模式如圖1所示。

三、教學改革實踐效果

（一）課內改革效果

課程采用了以學生高質量發展為導向的教育理念，考核方式也發生了變化，降低了卷面考試權重，加大了實驗考試比重，上機實驗題目結合企業實際產品設計要求，并增加三維制圖軟件繪圖練習。上機實驗分為8次，以企業新產品設計項目為導向，緊扣教學大綱，實現產教融合，教學思路如圖2所示。實施新考核方式一年來，學生動手能力明顯增強，期末考試平均成績提高4.6分，優秀率提高5個百分點，無不及格學生。

（二）課外活動能力拓展效果

對于學生來說，大一學年結束意味著工程制圖與CAD課程的課堂學習訓練結束，為了更好地掌握課程知識，在大二學年可以將課堂所學知識運用于課外的一些教學活動中，比如各種競賽、課程設計等。以“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽為例，學生在設計參賽作品實物時，可以利用所學的工程制圖與CAD課程中的二維及三維制圖知識對其進行設計和優化，因這種競賽創新性較強，采用自學的CAD知識對其修改優化將非常方便。以其中一個比賽項目“一種新型光伏發電充電車棚”為例，學生采用大一所學的CAD三維拓展知識進行了實物設計，并利用CAE拓展知識對其進行了受力分析，驗證設計可行性，效果較好。設計分析圖如圖3所示，該項目獲得當年競賽國家級銀獎。

（三）企業實訓

大部分學生在大三、大四學年會陸續進入企業實習或培訓，此時學生可以加入校企聯合課題組開展學習，也可以直接加入企業項目組進行產品設計培訓。教師繼續跟蹤學生工程制圖與CAD課程學習與實踐情況，指導并督促學生將所學知識運用到實際生產中去，激發學生的學習積極性，增強學生信心。以某校企合作項目為例，教師指導學生參與共同設計一款大蒜自動播種機，該播種機最終得以投入生產與銷售，產生社會效益，實現了將課堂CAD知識運用到企業產品實際設計與生產中的目標，為學生走上工程師崗位做好準備。

四、結語

課題組以學生高質量發展為導向，構建了全生命周期教學模式，并以工程制圖與CAD課程為例，進行了教學改革，促進學生全方位發展。以徐州工程學院物理與新能源學院為例，考研錄取率上升了17.7%，考取北京大學、南京大學、東南大學等學校的人數有較大幅度的提升。同時，學生在“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽等比賽中屢獲佳績，畢業生就業率達到100%。今后還需進一步加強產教融合，提升實踐教學水平，培養高質量科技型人才。

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［責任編輯：蘇祎穎］