面向工程教育專業認證的課程教學改革

湯曉燕　云忠

[摘 要]依據工程教育專業認證標準，提出以解決復雜工程問題能力培養為核心的課程教學改革思路。以工程圖學課程為研究對象，針對學生的能力要求、培養、考核做整體規劃，在教學目標、教材建設、教學設計、教學方法、考核形式、評價標準等方面進行改革，采取的具體措施、實踐經驗可為兄弟院校相關課程的建設及教改提供借鑒與參考。

[關鍵詞]工程教育專業認證；工程圖學；教學改革；復雜工程問題

[中圖分類號] TB23 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）05-0069-04

一、引言

高等工科院校各專業開展工程教育專業認證，是響應教育部號召，提升高等教育質量，推進工程教育國際互認的重要舉措[1]。我國工程教育專業認證標準主要參考美國《華盛頓協議》[2]，其中新版標準對高校畢業生的12項畢業要求中有8條都提到復雜工程問題。國內清華大學林健教授就“如何理解和解決復雜工程問題”做了翔實的闡述[3]，主要包括：表達、分析、解決復雜工程問題，以及針對復雜工程問題進行實驗設計、模擬、交流，并對開展科學研究等方面的能力提出了考核要求。

眾所周知，培養學生解決復雜工程問題的能力不可能一蹴而就，應該循序漸進。國內大多數高校工程圖學教學一般只注重基本知識技能的傳授，沒有針對學生的解決復雜工程問題的能力要求、培養、考核做整體規劃，缺乏合理的教學設計，教學內容與真實生產實踐脫節，考核不夠全面，這使得學生設計的產品存在很多問題，繪制的圖紙不規范。

從“工程教育專業認證”的視角[4]研究工程人才培養方式，可讓我們找到弊端，剖析原因，從而探索出更好的課程改革路徑。美國普渡大學、伊利諾伊大學、加州大學的工程圖學課程采用獨立開課；而加州理工大學則將其整合在計算機輔助設計、設計與制造等課程中。不論哪種方式，工程圖學教育都是以培養解決復雜工程問題的能力為核心，有其明確的目標和思路。國內天津理工大學穆浩志等教師對照工程教育專業認證標準，構建了畢業要求指標點與工程制圖課程的對應矩陣，并編制了相應的教學大綱[5]。北京工業大學李富平教師團隊研究了以實踐為先導的工程圖學教學方式[6]。杭州電子科技大學郭艷等教師探討了工程認證背景下工程圖學課程如何提高教學質量的多種教學法[7]。這些研究盡管都取得了一些成績，但就如何培養學生解決復雜工程問題能力的教學研究并不多。吸收、學習國內外先進經驗，開展圖學教學改革，就是要循序漸進地教會學生針對復雜工程問題，如何進行思考、分析，如何繪制復雜工程系統圖紙，如何協同合作進行改進創新。

二、課程的教學改革

（一）教學改革目標

面向工程教育專業認證的工程圖學教學改革，其特點就是以學生為主體，以解決復雜工程問題能力培養為核心，教學內容依照學生畢業要求做調整，教學師資、課程資源、實驗配置盡可能滿足學生學習目標的達成，并以學生學習效果來評價教學，通過反饋、總結來提高教學質量。

教學目標除專業知識及技能的傳授外，更側重教師如何引導學生主動學習，達到能綜合運用工程圖學及相關學科知識，表達、分析、解決復雜工程問題，并對其進行設計、改進及研究的目的，為學生畢業，以及將來從事相關設計、研發工作奠定基礎。

根據各專業的畢業要求，工程圖學課程的設置可分為機械類、近機類、非機類。采用分層次教學，機械類112學時，課程包括工程圖學（Ⅰ）、工程圖學（Ⅱ）、工程圖學（Ⅲ）——機械產品測繪與設計；近機類、非機類專業的學生則只完成工程圖學（Ⅰ）、（Ⅱ）部分的學習。表1列出了改革后機械類課程體系及教學目標。

（二）教材建設

原有教材內容過于理論化，只適合于傳統教學，不適合現在以學生為中心的開放式的教學模式。新編教材內容參考中、美大學工程圖學教材結構體系[8]，并依據專業認證要求做調整，調整包括以下幾方面。

1.注重知識內容的實用性和綜合性，將更多的學時和內容重點放在實用設計方法、設計技能以及設計過程的闡述上。

2.注重開放式教學理念的引入，在各章節設置“課程導學”“項目驅動”“課程拓展”“解題技巧”模塊，引導學生自主、深入學習。

3.注重新媒體技術的引入，將二維碼、AR技術、動畫、視頻等新媒體技術引入教材，學生可通過二維碼掃描等方式了解相關的課內外知識。

4.注重國際化人才培養的需求，在教材中增加“國外典型制圖標準及應用”，對涉及的專業術語均進行中英文介紹，以適應工業全球化的快速發展。

（三）教學安排及方案設計

在教學中通過創設有助于能力培養的學習環境來引導學生自主學習，注重實踐知識的習得。具體的教學安排及方案設計如表2。

（四）教學方法

教師課前精心準備，課堂上借助多媒體課件、動畫、視頻等手段，采用啟發、討論、案例分析等教學方法來培養學生工程圖學思維能力。

工程圖學（Ⅰ）——側重培養學生工程意識以及自主學習的能力，能對工程問題進行圖形表達和識別。教學中通過課程導學、文獻收集、課堂討論、課外專題匯報等環節培養學生的學習興趣。課外專題3人一組，協作完成資料收集、PPT制作、撰寫授課報告和上臺講授，采用開放式選題，要求將工程圖學相關知識點與生活實際相結合。

工程圖學（Ⅱ）——側重培養學生分析、解決復雜工程問題的能力。教師授課以實際工程案例、功能器件的結構為載體，講解零部件表達方法、尺寸標注、技術要求等知識。學生的課外專題內容進一步擴寬，包括齒輪、彈簧的應用，XXX中的連接，裝配的歷史與發展，介紹一種身邊的機械裝置等。圖1為機械1606班董一心同學代表小組上臺講授“鎖的起源及發展”。

課堂實訓、上機實訓均采用項目式教學，以工程實際項目（如千斤頂、球閥、虎鉗等）為驅動，教師將教學內容細化，加強過程指導、監督，讓學生發現問題、解決問題，最終完成教學目標，讓學生能熟練運用現代繪圖工具正確表達、繪制復雜零、部件工程圖。

工程圖學（Ⅲ）（機械產品測繪與設計）——側重培養學生設計、研發復雜工程系統的能力。采用項目式教學，以齒輪油泵為研究對象，要求學生分析討論立式、臥式、三片式、高壓、常壓等各種形式齒輪油泵的優缺點，并就密封、聯接、加大流量、降低噪音、綠色環保等設計相關問題作對比分析，學生2人一組，分組實踐，對測繪的立式齒輪油泵做改進設計，撰寫“XXX齒輪油泵的改進分析報告”。學生作品如圖2、圖3、圖4所示。

三、課程的考核與評價

科學合理地評價學生解決復雜工程問題的能力，是保證學生自主學習的重要手段，也是準確診斷教學、發現不足、促進改革的重要保證。

按課程性質，考核分階段并以多種形式進行，具體的教學要求及考核形式如表3所示。對于工程圖學（I），將期末閉卷成績占總評成績的比例降低，由原來的70%降至50%，同時提高平時成績所占的比重；對于工程圖學（II）、工程圖學（III），加強對平時作業、上機測試、問題分析、設計報告、專題研討、小組答辯等的評分，并采用合理的權重系數來處理“平時過程性評價”和“期末結果性評價”的關系。

考核評價應重視學生能力和素質培養的過程，學期總評應根據學生完成的課程作業、專題調研報告、書面考試；課程的設計作品的獨特性、創新性；以及學生撰寫的綜合性報告、小組答辯表現等進行綜合評價。學生需要通過全過程參與、努力學習，在掌握了基本理論及相關知識，并具備了一定的解決復雜工程問題的能力后，才能合格。

本改革項目已在我校2015-2017級機械類約48個班級中推廣，并得到了學生、專家、同行的好評，其多種開放的教學形式證明這對于工程圖學課程來說是適合且可行的。

四、結束語

全國高校正在開展“雙一流”建設，中南大學為建設一流學校、一流學科與國際接軌，各個專業都在進行工程教育專業認證。

我校圖學教師團隊，按照工程教育專業認證的畢業生能力要求，共同研究探討，開展以解決復雜工程問題能力培養為核心的工程圖學課程教學改革；將整體目標細化為各學習階段應達成的具體目標，通過精心設計、合理安排、科學引導、規范考評，構建能力培養的學習環境，從而滿足學生學習目標的達成。改革的經驗對于提高教學質量，以及類似課程的教學改革都有借鑒意義，有助于我校機械工程專業早日實現工程教育國際互認，從而培養出更多國際化優秀工程人才。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 方崢.中國工程教育認證國際化之路——成為《華盛頓協議》預備成員之后[J].高等工程教育研究，2013（6）：72-76.

[2] 樊一陽.華盛頓協議對我國高等工程教育的啟示[J].中國高教研究，2014（8）：45-49.

[3] 林健， 如何理解和解決復雜工程問題——基于《華盛頓協議》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2016（5）：17-26.

[4] 姚韜，王紅，佘元冠.我國高等工程教育專業認證問題的探究——基于《華盛頓協議》的視角[J].大學教育科學，2014（4）： 28-32.

[5] 穆浩志，薛立軍，牛興華. 工程教育專業認證背景下工程制圖課程大綱的改革與實踐[J].圖學學報，2016（5）： 711-717.

[6] 李富平，楊文通，王建華. 面向機械類本科生以實踐為先導的工程圖學教學方式探討[J].圖學學報，2014（5）： 787-790.

[7] 郭艷，李宏，李寬彪. 工程認證背景下工程圖學的教改探討[J].時代教育，2017（5）：3-4.

[8] 江洪，張培耘，吳巨龍. 美國工程圖學教材對我國圖學教育改革和精品課程建設的啟示[J].工程圖學學報，2006（6）： 145-151.

[責任編輯：陳 明]