新工科背景下數(shù)字化設計公選課教學研究

丁淑輝　王海霞　楊俊茹　孟曉軍

[摘 要] 基于新工科背景下開設的數(shù)字化設計公選課，以完善學生知識結構、開拓學生視野為主要目的，以學科交叉的方法培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維以及發(fā)現(xiàn)、分析與解決問題的能力。分析數(shù)字化設計通識教育公選課的特點，從教學內容與培養(yǎng)目標、授課模式與教學手段、學生差異化發(fā)展、多樣化課程考核機制等方面進行了課程教學改革研究，滿足學生跨專業(yè)創(chuàng)新思維培養(yǎng)的需求。

[關鍵詞] 數(shù)字化設計;新工科;公選課;教學改革

[作者簡介] 丁淑輝（1977—），男，山東青州人，博士，山東科技大學機電學院副教授，研究方向：智能制造、高教改革;王海霞（1979—），女，山東濟寧人，碩士，山東科技大學機電學院講師，研究方向：機械設計及理論、高教改革;楊俊茹（1969—），女，河北樂亭人，博士，山東科技大學機電學院教授，研究方向：機械制造、高教改革;孟曉軍（1972—），男，山東泰安人，博士，泰山學院機械與建筑工程學院副教授，研究方向：機械制造、高教改革。

[中圖分類號] G420? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）25-0307-02? ? [收稿日期] 2020-02-04

一、新工科背景下數(shù)字化設計公選課概述

新工科作為我國工程教育改革的方向，擔負著培養(yǎng)滿足工業(yè)行業(yè)需求的高校畢業(yè)生的重要任務[1]。新工科的本質是以協(xié)作創(chuàng)新、多學科交叉融合等作為主要方法和手段，培養(yǎng)多元化、跨行業(yè)、創(chuàng)新型卓越工程人才[2]。數(shù)字化設計作為機械類專業(yè)重要的專業(yè)基礎課程，主要講述產品計算機建模與仿真方法，是機械類專業(yè)學生表達產品設計結果的重要實踐類課程，在新工科專業(yè)建設中起著重要作用[3]。

作為通識教育公選課程，數(shù)字化設計能夠起到啟發(fā)學生創(chuàng)新思維、初步了解產品設計思路、掌握數(shù)字化建模與仿真方法的作用。本課程主要講述產品數(shù)字化建模相關內容，通過本課程的學習，各工程相關專業(yè)學生可根據自己的興趣愛好并結合科技活動、文獻查閱等自主學習活動，初步建立創(chuàng)新思維，掌握創(chuàng)新方法并進行創(chuàng)意表達。

二、新工科背景下數(shù)字化設計公選課的特點

數(shù)字化設計課作為面向全校范圍內所有專業(yè)開設的通識教育公共選修課程，其選課學生涉及班級眾多，專業(yè)背景復雜，既有近機械類的自動化等專業(yè)，又有與機械類差異較大的電子信息科學、電子商務等專業(yè)，專業(yè)課基礎差異較大。

本課程在工程識圖、計算機軟件等方面需要一定的基礎，而選修本課程的均為非機類專業(yè)學生，課程基礎較差，需要在授課內容方面做出適當調整。本課程對多數(shù)非機類專業(yè)學生來說屬于跨專業(yè)選修，課程的這種專業(yè)差異性，符合新工科背景下協(xié)作創(chuàng)新、多學科交叉融合的跨專業(yè)復合型人才培養(yǎng)的需求。

基于以上課程特點與新工科背景的需求，完善數(shù)字化設計通識教育公選課程教學方法，對達成課程培養(yǎng)目標具有重要意義。

三、新工科背景下數(shù)字化設計公選課教學研究

（一）因材施教，設定適當?shù)慕虒W內容和教學目標

本課程選課學生專業(yè)背景復雜、年級差異較大，其教學內容和教學目標應與機械類專業(yè)課有所不同。在教學內容方面，補充工程識圖以及計算機軟件基礎知識，去掉工程圖等相關章節(jié)，深化曲面建模、仿真分析、動畫模擬等趣味性較強、適用面廣的大眾化教學模塊，以形象的教學方法啟發(fā)學生創(chuàng)新思維。在教學目標方面，除了掌握數(shù)字化設計方法涉及的技術類指標外，重點培養(yǎng)學生團隊合作、溝通交流、終身學習等非技術類能力，鍛煉學生跨學科的協(xié)作創(chuàng)新能力。

（二）改變傳統(tǒng)授課模式，實現(xiàn)教學手段多樣化

由于教育資源短缺等原因，當前公選課多為大班教學模式，其教學模式多為課堂知識傳授，教學互動少，課堂管理薄弱[4]。本課程改變原有單純的課堂授課模式，在進行知識傳授的同時，增加在線答疑、課程大作業(yè)等環(huán)節(jié)，以課堂知識傳授、課下作業(yè)、在線輔導、課程大作業(yè)等環(huán)節(jié)進行多樣化教學。

大班教學模式存在的主要問題是教育資源短缺、師資不足，尤其是數(shù)字化設計等計算機建模類課程，需要大量的一對一輔導工作，僅主講教師難以顧及整個大班教學活動。針對以上問題，本課程增加助課環(huán)節(jié)，以新入職教師或在讀研究生作為助教，在主講教師完成課堂知識傳授后，由助教和主講教師共同進行針對學生的一對一輔導，增加教學互動，提升教學質量。同時，建立課程QQ群等在線指導體系，由主講教師及助教輪值在線答疑，解決全校公選課因為學生分散而輔導困難的問題。

在課程開課伊始，以任務驅動模式布置分段式課程大作業(yè)，要求學生在完成每段學習后，完成相應的課程大作業(yè)任務，以設計任務驅動課堂學習，做到學以致用、以用促學。

（三）考慮學生專業(yè)背景，注重差異化發(fā)展

學習的過程是在已有知識基礎上新的知識系統(tǒng)構建的過程[5]。由于專業(yè)背景不同，學生對相同任務的理解具有差異性，形成的解決方案在功能側重點、性能、成本等方面必然存在一定的差異。本課程的教學考慮學生的專業(yè)背景，在共性知識講授的基礎上，兼顧學生專業(yè)個性的發(fā)展。精選社會生活、工程實踐、科技創(chuàng)新等各個專業(yè)領域中的設計任務作為課程大作業(yè)題目，鼓勵學生從各自專業(yè)視角解決問題，形成不同的解決方案，在掌握數(shù)字化建模方法基礎上，注重基于專業(yè)的差異化發(fā)展，達到多學科交叉融合、協(xié)作創(chuàng)新的新工科背景下人才培養(yǎng)的要求。

為達到學生差異化發(fā)展的效果，本課程授課過程中以講課課件為主線，體現(xiàn)共性知識，不指定教材，僅指定大量參考書，要求學生在掌握課件知識基礎上，根據各自的專業(yè)背景選擇合適的參考書，擴展其專業(yè)方面知識體系。

（四）側重實踐，建立多樣化課程考核機制

以授課內容和課程目標作為基本出發(fā)點，建立平時成績和課程大作業(yè)成績相結合的考核機制。平時成績包括平時考勤、課堂提問以及日常作業(yè)等，主要考查學習過程。課程大作業(yè)包括課題任務的概念設計、詳細過程設計以及答辯等，主要考查課程學習結果以及創(chuàng)新思維的發(fā)展。

課程大作業(yè)采用任務驅動模式，是本課程考核的重點。在課程開課伊始，學生自由組合組建設計小組，結合專業(yè)特色自主選題或由教師指定設計任務。課程大作業(yè)隨授課進程分階段完成，其主要設計階段包括概念設計、零件建模、裝配仿真、總結答辯等。根據設計的創(chuàng)新性、作業(yè)完成質量以及各小組成員在設計過程中的表現(xiàn)情況，教師給出課程大作業(yè)成績。

平時成績和課程大作業(yè)成績按權重加權平均后得出學生成績。課程考核滿足了課程內容和課程目標考查的需要，平時成績以及課程大作業(yè)的完成質量，反映了學生對產品設計方法和數(shù)字化建模方法等主要技術類教學目標的考核要求;設計任務完成過程及答辯結果反映了團隊合作等非技術類教學目標的達成情況。

四、課程教學效果

新工科專業(yè)需要強化學生工程素質與創(chuàng)新精神，注重學生解決問題能力的培養(yǎng)。通過數(shù)字化設計通識教育公選課在教學內容、教學手段、授課方式、課程考核等方面教學改革的實施，學生能夠掌握產品設計方法和數(shù)字化建模技術;通過任務驅動的課程綜合大作業(yè)，完成團隊協(xié)作、溝通交流、自主學習與終身學習意識培養(yǎng)等多個非技術類課程目標的訓練。新工科背景下數(shù)字化設計公選課程的教學方法，能夠滿足學生跨專業(yè)創(chuàng)新思維培養(yǎng)的需求，取得了良好教學效果。

參考文獻

[1]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017，（3）：1-6.

[2]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3]丁淑輝，鐘佩思，王明燕.面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的數(shù)字化設計課程建設[J].大學教育，2015，（6）：146-147.

[4]李穎.以公選課鉆石與應用為例大班教學策略設計與實踐[J].河南化工，2019，36（7）：55-57.

[5]楊洪雪.任務驅動式教學方法的特點及過程設計[J].教學與管理，2006，（10）：129-130.

Abstract：Under the background of the Emerging Engineering Education，with the main purpose of improving students' knowledge structure and expanding their horizons，the public elective course in Digital Design cultivates students' creative thinking and the ability to discover，analyze and solve problems with the method of cross-disciplines.This study analyzes the characteristics of the course，and conducts teaching reform in the course from the aspects of teaching content and training objectives，lecturing methods and teaching models，different development of students and diversified assessment mechanisms，etc.，in order to meet the needs of cultivating students' innovative thinking across disciplines.

Key words：Digital Design;Emerging Engineering Education;public elective course;teaching reform