方海燕，李明玲，李宏林，程 磊

(巢湖學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 合肥 238000)

2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”。并頒布了“關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知”，提出要全面探索能夠引領(lǐng)世界的工程教育。形成中國的經(jīng)驗和中國的模式，以幫助建設(shè)一個高等教育強(qiáng)國[1-2]。新工科旨在培養(yǎng)未來多元化和創(chuàng)新型的工程卓越人才[3-4]?！靶鹿た啤钡奶岢雠c建設(shè)對高校工科專業(yè)教育專業(yè)的發(fā)展提出了新的方向和挑戰(zhàn)，推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新勢在必行，工科專業(yè)課程教學(xué)模式改革與創(chuàng)新，教學(xué)內(nèi)容體系的整合與優(yōu)化至關(guān)重要。

《工程制圖》課程是工科院校學(xué)生必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是工科院校實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要基礎(chǔ)課程之一。該課程的改革將直接影響后續(xù)課程設(shè)計等實踐實訓(xùn)環(huán)節(jié)的實施與創(chuàng)新，關(guān)系到“新工科”應(yīng)用型卓越人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。但目前《工程制圖》課程多采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，內(nèi)容單一，學(xué)生的工程素質(zhì)培養(yǎng)淡化，不能夠滿足新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要，教學(xué)改革勢在必行。開放式教學(xué)模式因教學(xué)方法多樣性、教學(xué)內(nèi)容多元化等特點，已經(jīng)越來越多地被用于課程教學(xué)中。開放式教學(xué)模式能充分發(fā)揮現(xiàn)代化教學(xué)手段的優(yōu)勢，更全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合繪圖設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。目前國內(nèi)外對開放式教學(xué)在《工程制圖》教學(xué)中的應(yīng)用有一定研究，但多集中在教學(xué)方法和手段研究[5-8]，對開放式教學(xué)在《工程制圖》教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容整合與優(yōu)化沒有系統(tǒng)研究。筆者以無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)為試點，對《工程制圖》課程的教學(xué)模式、開放教學(xué)環(huán)境的設(shè)計、開放環(huán)境下的教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化等進(jìn)行研究，工程制圖開放式教學(xué)模式的實踐與探索也為類似院校的工程制圖教學(xué)提供了參考。

1 工程制圖教學(xué)模式轉(zhuǎn)變

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)模式

基于《工程制圖》專業(yè)核心課程的地位，其教學(xué)質(zhì)量高低直接決定了學(xué)生對后續(xù)課程的理解接受能力和工程素質(zhì)的高低。因此就怎樣解決一線教學(xué)中面臨的問題、如何提高教學(xué)質(zhì)量、如何適應(yīng)新工科的要求是《工程制圖》課程教學(xué)研究的重要課題[7]。

目前傳統(tǒng)教學(xué)已不能滿足《工程制圖》課程的現(xiàn)代教學(xué)要求。(1)教學(xué)內(nèi)容專業(yè)特色淡化，沒有針對性，與后續(xù)專業(yè)知識難以銜接。教學(xué)內(nèi)容基本就是畫法幾何和機(jī)械制圖，缺少專業(yè)特色，對專業(yè)圖樣(如廠區(qū)分布圖、車間設(shè)備布置圖等圖樣)的相關(guān)畫法學(xué)習(xí)太少，導(dǎo)致課程知識體系欠缺契合性和系統(tǒng)性， 使得學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計以及以后的工作中，在專業(yè)圖紙的繪制及閱讀方面存在缺陷；(2)教學(xué)方式與手段跟不上課程本身的發(fā)展趨向。 教學(xué)中對于三維繪圖技術(shù)的應(yīng)用、在培養(yǎng)學(xué)生作為創(chuàng)造性思維、空間想象力上有一定的不足，并且在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方面沒有引起足夠重視；(3)對實踐教學(xué)不夠重視，忽視學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。教學(xué)中學(xué)生主要是二維圖樣的繪制，而工程素質(zhì)的基本訓(xùn)練和積極學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)培養(yǎng)較弱，更沒有創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；(4)課程考核評價方式過于傳統(tǒng)，主要是試卷考試，使得學(xué)生為考試而學(xué)習(xí)，忽視了創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

1.2 開放式教學(xué)模式

開放式教學(xué)是一種新型的教學(xué)模式和新的教學(xué)理念。以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體。開放式教學(xué)中，學(xué)生在學(xué)習(xí)中的能動性和探索欲望可以被充分發(fā)揮和激發(fā)，其創(chuàng)新意識和工程素質(zhì)得以提高，使學(xué)生不但具備無機(jī)非金屬材料專業(yè)的理論知識，而且具備較強(qiáng)的實踐技能，并熟知相關(guān)專業(yè)產(chǎn)品研究、開發(fā)、性能檢測和質(zhì)量控制等方面知識，滿足企業(yè)對應(yīng)用型人才的需求。

圖1顯示了工程制圖課程的開放式教學(xué)模式框架。在開放式教學(xué)模式中，目標(biāo)是培養(yǎng)高素質(zhì)的“新工科”應(yīng)用型人才。在專業(yè)特色的指導(dǎo)下，基于開放式教學(xué)環(huán)境，對無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)工程制圖課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、課程考核體系等進(jìn)行研究和改革。充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的能動性，提高學(xué)生創(chuàng)新意識和工程素質(zhì)，使學(xué)生真正成為滿足企業(yè)需求的高素質(zhì)應(yīng)用型專業(yè)人才。

圖1 “工程制圖”開放式教學(xué)模式框架

Fig.1 Open teaching model framework of engineering graphics

在現(xiàn)代教育思想和教學(xué)理論的指導(dǎo)下，開放式教學(xué)模式能結(jié)合本校實際情況和本專業(yè)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺囊笠约氨緦I(yè)特色，在生產(chǎn)實踐中尋找項目情境，以工程素質(zhì)教育為主線，對本專業(yè)《工程制圖》課程的教學(xué)目標(biāo)重新進(jìn)行定位。在教學(xué)方式、教學(xué)方法、教學(xué)資源和內(nèi)容以及考核方式上進(jìn)行改革，全面培養(yǎng)學(xué)生的繪圖能力、讀圖能力、對專業(yè)圖樣的繪制及閱讀能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，培養(yǎng)工程文化素質(zhì)。將專業(yè)技術(shù)教育與自然科學(xué)基礎(chǔ)和人文素質(zhì)教育相融合，將工程意識和工程能力與學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)相結(jié)合，在“新工科”中培養(yǎng)具有“工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力”的卓越人才。

2 開放教學(xué)中的內(nèi)容體系

2.1 開放式教學(xué)環(huán)境設(shè)計

《工程制圖》課程教學(xué)改革要實現(xiàn)高技能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，就要以能力培養(yǎng)為依歸、以企業(yè)需求為出發(fā)點，通過工學(xué)結(jié)合、校企合作實習(xí)等綜合性的實踐活動，讓學(xué)生切實體會生產(chǎn)的環(huán)境、氛圍和流程，建立以工程為導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動的“工程制圖”開放式教學(xué)模式[8]。構(gòu)建理論與實踐教學(xué)相結(jié)合的開放式教學(xué)環(huán)境，包括多媒體投影教室、實物展臺、測繪工具量具、教學(xué)模型和測繪模型、多媒體課件、習(xí)題解答課件等，建立集“教、學(xué)、練“于一體的多功能立體化開放式教學(xué)新平臺，實現(xiàn)教學(xué)硬件、軟件教學(xué)資源共享[9]。

建立理論與實踐教學(xué)為一體的開放式教學(xué)場所，包括多媒體教室、實物展臺等，機(jī)械零部件、測繪工具量具、測繪裝配體、各種教學(xué)模型及課堂教學(xué)的多媒體CAI科技、零部件測繪課件、在線學(xué)習(xí)互動平臺等。

2.2 開放環(huán)境下的教學(xué)內(nèi)容體系優(yōu)化

在開放式教學(xué)中，根據(jù)預(yù)設(shè)教學(xué)目標(biāo)、材料學(xué)科特點和《工程制圖》課程特點、學(xué)生認(rèn)知規(guī)律及開放式教學(xué)方式，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和資源間關(guān)系，把教學(xué)內(nèi)容及資源單元化、顆?；?，根據(jù)生產(chǎn)實踐和能力培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)置教學(xué)情境，形成工程制圖知識的模塊集。

建設(shè)完成既提高教學(xué)效果又符合專業(yè)特色、滿足人才培養(yǎng)目標(biāo)和開放式教學(xué)模式要求的教案及多媒體課件。將章節(jié)式、學(xué)科式教學(xué)內(nèi)容單元化，擴(kuò)充任務(wù)驅(qū)動式、模塊式、創(chuàng)新項目式教學(xué)內(nèi)容[10]。增加尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求訓(xùn)練學(xué)時，整合幾何繪圖、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械加工工藝、材料制備工藝等內(nèi)容，使工程制圖與金工實習(xí)、零部件測繪、材料生產(chǎn)工藝及AutoCAD有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生對工程設(shè)計的整體認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生對工程制圖和設(shè)計的興趣，加深他們對材料學(xué)科內(nèi)容的理解和掌握。

根據(jù)專業(yè)特色，將工程制圖與材料學(xué)科相結(jié)合，加入無機(jī)非金屬材料專業(yè)圖樣(如廠區(qū)分布圖、車間設(shè)備布置圖等圖樣)的相關(guān)畫法及閱讀，使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計以及以后的工作中具有一定繪制與閱讀專業(yè)圖紙的能力。與實習(xí)實訓(xùn)基地共同開發(fā)實驗實訓(xùn)項目，工學(xué)結(jié)合，引入工程案例，擴(kuò)展教學(xué)外延，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力和工程素質(zhì)[11]。制定針對材料專業(yè)的教學(xué)計劃，體現(xiàn)專業(yè)特色，實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。從課程目標(biāo)和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，制定 ”一個規(guī)范—二個目標(biāo)—三個技能“的制圖能力培養(yǎng)方法框架[12]，如圖2所示。

圖2 工程制圖能力培養(yǎng)方法框架

Fig.2 Model framework of engineering drawing ability training

教學(xué)中注重基本繪圖能力的訓(xùn)練，基本繪圖技能是課程的基礎(chǔ)，機(jī)械圖樣繪制與識讀是課程的提升部分，而專業(yè)圖樣繪制與識讀是課程的延伸，在教學(xué)中對學(xué)生能力的培養(yǎng)逐級提高。

開展“三維”教學(xué)資源建設(shè)，建立與主要教材相配套的電子教案、電子模型庫、電子問答庫和創(chuàng)新項目庫。為課堂教學(xué)提供完整的解決方案，提高教學(xué)效果。另外，還加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)，利用三維CAD技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，進(jìn)行虛擬項目訓(xùn)練。

圖3 所示為開放式教學(xué)中《工程制圖》內(nèi)容體系導(dǎo)圖。重點研究如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、空間思維能力、空間構(gòu)型能力、繪圖能力和閱讀能力，優(yōu)化原創(chuàng)課程內(nèi)容，建立模塊化教學(xué)內(nèi)容體系。在新的工程制圖內(nèi)容體系中，課程內(nèi)容分為四個模塊，每個模塊都有自己的特點和功能，培養(yǎng)學(xué)生不同的能力和素質(zhì)。

圖3 《工程制圖》課程內(nèi)容體系導(dǎo)圖

Fig.3 Engineering drawing course content system mapping

新的內(nèi)容體系將理論和實訓(xùn)實踐相結(jié)合，將工程制圖和專業(yè)特色相結(jié)合，重視學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合繪圖能力和讀圖能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力和綜合專業(yè)素質(zhì)。

2.3 課程MOOC教學(xué)開發(fā)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式和知識傳播模式被顛覆，大規(guī)模在線公開課程MOOC(Massive Open Online Course)和SPOC(Small Private Online Course)在高等教育領(lǐng)域快速興起，這對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式也產(chǎn)生巨大的沖擊，隨之涌現(xiàn)的各種線上教學(xué)新模式快速發(fā)展[13-14]。學(xué)校SPOC開放平臺的建立，也為學(xué)生學(xué)習(xí)《工程制圖》提供了優(yōu)質(zhì)有效的學(xué)習(xí)資源和途徑。

相應(yīng)教育部提出的“金課雙萬計劃”推動課程資源廣泛共享，建設(shè)《工程制圖》在線開放課程。從而實現(xiàn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)，零散的、碎片時間可以被充分利用起來，課外也生活更加充實。每個教學(xué)單元包括教學(xué)視頻、音頻、網(wǎng)上參考文獻(xiàn)資料等，插入隨堂測驗和討論，實時考查學(xué)生對剛學(xué)習(xí)的知識是否掌握，檢查學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。 另外設(shè)置網(wǎng)絡(luò)進(jìn)階式學(xué)習(xí)模式[15]。網(wǎng)絡(luò)進(jìn)階式學(xué)習(xí)模式即在每個課程單元設(shè)置任務(wù)點和知識測驗，學(xué)生完成這一階段的學(xué)習(xí)任務(wù)，并通過測驗，才可進(jìn)入下一階段的修習(xí)，就像游戲闖關(guān)，完成前一關(guān)下一關(guān)方能解鎖。 該模式在部分在線教育實踐中已被證實能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并且教師可以清楚的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況[16]。

開發(fā)工程制圖在線課程，建設(shè)學(xué)習(xí)資源，除了模塊測驗、模塊練習(xí)、主題討論，還設(shè)置單元測驗、主題測驗等。此外，每個測驗和練習(xí)項目的完成情況，都會在學(xué)生完成學(xué)習(xí)后及時反饋。這不但提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教師也能及時知道學(xué)生對知識點的掌握情況，從而形成一個師生互動、在線學(xué)習(xí)和交流的平臺。

《工程制圖》在線開放課程可以將內(nèi)容富媒體化、知識單元化，課調(diào)動學(xué)生多方面的學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

①內(nèi)容富媒體化。在線開放課程資源可用于構(gòu)建以課程內(nèi)容為中心的課程資源包。授課內(nèi)容以教學(xué)視頻為主，還包括PPT+授課錄音、教材圖書、相關(guān)論文、文本、圖紙圖片、動畫等富媒體內(nèi)容。另外課程資源中還提供課程的參考文獻(xiàn)資料、擴(kuò)展學(xué)習(xí)資料、名校名師教學(xué)資料等，學(xué)生與教師均可在線閱讀學(xué)習(xí)。②知識單元化。在線開放課程內(nèi)容的組織形式與傳統(tǒng)教學(xué)不同，不再按照常規(guī)授課學(xué)時進(jìn)行，相反，課程內(nèi)容分為幾個知識單元，每個單元都教授一個特定的知識點。學(xué)生可以根據(jù)自己對課程內(nèi)容的掌握情況，選擇知識點進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)。

該課程在線課程資源中涵蓋課程主要內(nèi)容，包括：制圖的基本規(guī)范、基本幾何元素的投影、基本幾何體的投影、截交體與相貫體、組合體的投影、圖樣基本表示法、零件和裝配圖的基本表示，專業(yè)圖紙、計算機(jī)繪圖和閱讀。每個教學(xué)單元包含若干個知識點，每個知識點以視頻、音頻、文檔、測驗等多種形式呈現(xiàn)，建成了集聲、圖、圖像、文字于一體的教學(xué)資源庫。每個知識單元的內(nèi)容可設(shè)置為學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)；每個知識單元設(shè)置考核點，可以是作業(yè)、測驗和討論等。

3 結(jié)論

以培養(yǎng)“新工科”應(yīng)用型卓越人才為目標(biāo)，以無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)為依托，圍繞“新工科”建設(shè)與發(fā)展的要求，將傳統(tǒng)教學(xué)模式與開放式教學(xué)模式相融合，構(gòu)建和優(yōu)化《工程制圖》教學(xué)內(nèi)容體系。新的教學(xué)內(nèi)容體系具有以下特點：

(1)結(jié)合“新工科”建設(shè)和發(fā)展方向，將傳統(tǒng)教學(xué)與開放式教學(xué)相融合，材料專業(yè)學(xué)科知識與工程制圖相交叉，以培養(yǎng)新工科卓越人才為目標(biāo)，充分考慮基本繪圖技能的教學(xué)和實踐實訓(xùn)教學(xué)的關(guān)系，重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，空間構(gòu)型和思維能力，綜合繪圖能力和閱讀能力，建立個性化的“工程制圖”教學(xué)模式和內(nèi)容體系。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

(2)引入MOOC教學(xué)模式，使《工程制圖》課程內(nèi)容增加富媒體化、知識單元化，通過線上資源和線下教學(xué)相結(jié)合，真正優(yōu)化課程內(nèi)容體系，提高學(xué)生個性化學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)習(xí)時間和空間不受限制。

(3)將工程制圖與專業(yè)特色相結(jié)合。在工程制圖教學(xué)中，結(jié)合無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)特點，選擇相關(guān)專業(yè)圖例進(jìn)行課堂與實踐教學(xué)。把專業(yè)圖樣的繪制與閱讀引入工程制圖教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建新的開放式教學(xué)模式，加強(qiáng)學(xué)生的實訓(xùn)實踐學(xué)習(xí)，實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。

(4)課程教學(xué)和學(xué)習(xí)資源多元化。教學(xué)資源除了教材、習(xí)題集以外，還包括項目庫、模型庫、習(xí)題答案庫、教學(xué)視頻、音頻、網(wǎng)絡(luò)資源等，滿足學(xué)生多方面學(xué)習(xí)需求。