新工科背景下案例衍生教學模式的探索研究

于旻 劉慶立 史鵬濤

[摘 要] 在新工科建設背景下，人才培養更注重實踐性和創新能力的塑造。然而，傳統的案例教學模式無法充分體現學生的主體性、思維的啟發性及結果的多元性。以學生發展為中心，以激發學生創新的原動力為抓手，提出了案例衍生的教學新模式，以工科教學中起到基礎和先導作用的“工程制圖”課程為例，通過基礎案例衍生、工程案例衍生和案例糾錯衍生的三種衍生方法，實現學生對知識的深度理解、遷移升華，從而衍生新知識、提煉新方法、塑造正確的價值觀。

[關鍵詞] 新工科;案例衍生;教學模式;工程制圖

[基金項目] 2019年度陜西科技大學線上線下混合式教學改革項目“基于互聯網+的創新創業教育與工程制圖的教學融合”（123063009）

[作者簡介] 于 旻（1986—），女，山東臨沂人，博士，陜西科技大學機電工程學院講師，主要從事工程圖學、材料成型及控制工程研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）27-0097-04 [收稿日期] 2022-01-28

新工科建設是實現高等工程教育內涵式發展的必然要求，是應對新一輪科技革命與產業變革的重要舉措[1]。研究工程教育的特點與探索工科課程教學改革的新方法、新模式對培養高質量新工科人才具有重要的學術價值和現實意義[2，3]。工程教育的本質屬性是實踐性，而工科學生在本科階段很難有機會參與復雜的實踐活動，導致學生在后續的學習和工作中面對實際問題無從下手，更談不上去創新[4，5]。

為了解決這一問題，案例教學法被廣泛應用于工科教學中，它讓學生在特定的情景中綜合運用所學的多學科知識分析和解決問題，對于培養工科人才的實踐性和綜合性很有幫助[6-8]。然而，工科專業課程門類多、學時緊、節奏快，學生往往對于案例教學的課前準備不足，又欠缺綜合應用理論知識的能力，以至于案例教學法“學生的主體性、過程的互動性、思維的啟發性、形式的實踐性及結果的多元性”等特點無法發揮出來。這就急需在案例教學的基礎上進行進一步衍生，創新性地構建一種案例衍生的教學模式，引導學生主動參與并完成知識、方法、情感等的拓展，提高自覺意識和能力，實現對知識的深度理解、遷移升華，從而衍生新知識、提煉新方法，塑造正確的價值觀。

在工科教育中，工程制圖課程是所有工科生的基礎課，課程研究表達機械設計對象技術信息的理論、方法與技能，是一門既有理論又有較強實踐性的公共基礎課。本文以陜西科技大學“工程制圖”課程為例進行課程教學模式創新的探索，以“學生發展為中心，以激發學生創新的原動力”為抓手，在教學實踐中逐漸形成了案例衍生的教學創新模式，探討其獨具特色的教學模式，以不斷完善該課程的教學內容與方法。

一、“工程制圖”課程教學的現狀分析

（一）學生的空間構形能力提升難

學生此前一般沒有任何生產實踐方面的經驗，無法將空間立體模型與身邊實物聯系起來進行直觀性學習，面對復雜的立體構形問題，學生常常想不出，或者想出來但不會表達，在立體構形中束手無策。

（二）基礎理論與專業實踐結合難

學生的專業跨度大，各專業的要求不盡相同，但是工程制圖作為一門基礎課，課程內容主要以共同性的基礎內容為主，現有的知識范圍難以適應不同專業的特殊需要，因此很難與專業實踐相結合。

（三）學生的圖學素養培育難

學生缺乏實踐經驗，無法切身體會到圖樣繪制和閱讀的差錯會給生產帶來損失，甚至造成事故，很難建立起工作責任感。

二、案例衍生教學模式的創新設計思路

團隊在改革探索中發現，教學創新之道在于“激發學生的創新”，因此將教學創新的著力點聚焦在激發學生創新的原動力上，提出了案例衍生的創新理念。

首先，在學生的空間構形能力培養方面，鼓勵學生由基礎案例自主構形、隨機組合，進而衍生出無限可能的挑戰度案例;其次，在理論與實踐結合方面，通過將工程案例簡化成若干基礎模塊，再經過學生的重構，衍生出改進、創新案例，培養創新思維;最后，通過學生扮演不同角色對案例糾錯，形成警示案例，使學生在主動糾正錯誤和不同角色的轉換中，提升圖學素養。

三、案例衍生教學模式的構建與實施

（一）基礎案例衍生模式——學生對基礎構例自主構形、隨機組合，衍生出無限可能的挑戰度構形案例，提升學生的空間構形能力

為了提升學生的空間構形能力，團隊提出了由學生對基礎案例自主構形→隨機組合→“碰撞”出新構形→進而衍生出無限可能的基礎案例衍生教學創新模式，這種模式一改傳統教學教師給定案例、學生分析案例的教學方法，在學生的主動參與和深度思考下，學生自主組合、自主創新、自主挑戰，體現了“兩性一度”的理念。

實際教學中具體實施策略（步驟）為：教師給出基礎案例，甲組同學得到的是圓柱，乙組同學得到的是圓錐，甲、乙兩組同學各自對手中立體進行構形，甲組構形出立體1和立體2，乙組同學構形出立體3和立體4，甲組和乙組的方案隨機組合，形成立體5和立體6，接下來交給丙組同學，丙組同學通過疊加或切割的組合方式，完成立體n1和立體n2的構形，然后再交由丁組同學繼續完成構形，如此可以一直不斷衍生組合出無限可能的構形方式，形成非常具有挑戰度的案例（如圖1）。

基礎案例衍生活動加深了學生空間構形能力的訓練深度，鍛煉了學生對立體表面交線、組合體表面連接關系、組合體構形方法等知識的掌握能力、使用能力，完成了學生對之前章節內容的反饋，形成教學過程迭代?；顒咏Y束后，學生在學習通上傳自己的作品，通過小組互評，形成本次成績。

（二）工程案例衍生模式——將工程案例簡化分解成若干基礎理論，然后由學生重構衍生出改進創新案例，理論與實踐相結合，培養創新思維

相較之前構形訓練的無限可能，專業實踐是有限的可能，如何在有限中進行創新？這就需要構建工程案例衍生模式，如圖2所示。

1.教師首先從專業實踐中提取工程案例，將專業高階案例模型化，然后簡化、分解對標到基礎理論，如從材料成型專業注塑模具案例中提取Z型拉料桿，然后將其模型化，接著進一步簡化、分解對標到圖學基礎理論的知識點：回轉體的投影、平面與回轉體表面相交和兩回轉體表面相交，自上而下完成教學案例收集。在工程案例的拉動下，豐富了基礎理論的模型案例庫。

2.在課堂教學中，層層推進，逐步將學生由基礎理論導向專業實踐，讓學生感受到學以致用、有的放矢。緊接著，引導學生結合構形訓練和及時補充的專業知識（如拉桿在注塑模具中的作用和動作機理），由下而上推動遞階，學生主動重構、衍生出原生案例（Z型拉料桿）的改進案例（球頭拉料桿）、創新案例（倒錐型拉料桿）。通過工程案例衍生模式，實現了基礎理論與專業實踐深度融合，培養了學生的創新思維能力和解決實際工程問題的能力。

（三）案例糾錯衍生模式——通過學生扮演不同角色對案例糾錯，形成警示案例，學生從實踐中汲取經驗教訓，潛移默化中培育圖學素養

能夠繪制和閱讀工程圖樣、具備空間構形能力是圖學素養的核心基礎，除此以外，通過課程學習培養起來的科學思維方法、嚴謹細致的工作作風、遵守標準規范的自覺性、責任意識、使命意識等也是圖學素養的重要組成部分，更是課程思政的主要目標。

針對學生由于缺乏生產實踐經驗，無法切身體會到圖樣繪制和讀圖差錯帶來的工程后果的學情，我們提出了案例糾錯衍生的教學模式（如圖3），在教學方法上通過創設情景，使學生隨著理論知識的逐漸深入，不斷轉換角色，設身處地地站在“設計工程師→工藝工程師→總裝工程師→質量工程師”的角色立場，對圖紙案例檢查和糾錯，進而從結構表達、制造工藝、裝配工藝、質量安全等方面衍生出不同的改進意見，形成警示案例。

例如圖4的這個泵體的圖紙，如果從畫法來看，并沒有問題。但是如果從總裝工程師的角色來看，這個泵體底座的設計就很不合理，沒有留下安裝螺釘所需要的空間。此時，學生扮演的總裝工程師就提出改進意見，延長底板的長度，增大這里連接圓弧的直徑，從而留出安裝螺釘的空間。通過案例糾錯，學生積累了實踐經驗，能夠切身體會到圖紙繪制錯誤或設計不合理可能導致的工程后果，此時通過創設情景，結合課程思政，很容易使學生建立起工作責任感。

新工科建設著眼于工科，落腳點在人才培養，意在培養和造就一批多樣化、創新型的卓越工程科技人才。本研究根據工程教育的實踐性特點，培養學生的實踐能力和創新能力，在教學過程中創新地提出了案例衍生教學模式，以“工程圖學”課程教學為例，通過基礎案例衍生，由學生構建起一個開放的、無限的、活的案例庫;通過工程案例衍生，探索建立基礎課與專業課的橋梁;通過案例糾錯，學生經歷了整個行業的設計過程，站在不同的工程師的度去看待未來的職業，最后提升了思想境界。這一創新模式有利于提高學生的創新思維，有利于打通基礎課與專業課的壁壘，有利于激發學生的創造潛能，有利于學生自覺遵守國家標準和行業規范，形成嚴謹認真的工作作風。通過案例衍生模式的教學改革，為新工科教育公共基礎課程的教學改革開辟了一條新路。

參考文獻

[1]楊冬.從科學范式到工程范式：高質量新工科人才培養的邏輯向度與行動路徑[J].大學教育科學，2022（1）：19-27.

[2]李貴，王興東，鄒光明，等.新工科背景下機械類課程設計實踐教學“四能力”培養模式構建[J].實驗室研究與探索，2021，40（4）：213-216.

[3]李軍，張成業，戴華陽，等.面向測繪新工科人才培養的體驗式教學模式設計與實踐[J].測繪通報，2022（1）：168-172+176.

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[5]馬廷奇，劉思遠.工業生產智能化背景下工程實踐教學模式創新[J].國家教育行政學院學報，2021（8）：64-71.

[6]董智賢，雷彩紅，洪浩群，等.案例教學法在聚合物基復合材料課程中的設計與實施[J].高分子通報，2021（12）：100-103.

[7]王恒偉，鄒士鑫，劉媛媛.案例教學法在土地法學課程中的應用探索[J].西南師范大學學報（自然科學版），2020，45（1）：169-174.

[8]董智賢，雷彩紅，洪浩群，等.案例教學法在聚合物基復合材料課程中的設計與實施[J].高分子通報，2021（12）：100-103.

Exploration and Research of Case-Derived Teaching Mode under the Background of “Emerging Engineering Education” Construction

YU Min， LIU Qing-li， SHI Peng-tao

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Shaanxi University of Science and Technology，

Xi’an， Shaanxi 710021， China）

Abstract： Under the background of new engineering construction， talent cultivation pays more attention to the shaping of practicality and innovation ability， so case teaching method is widely used. However， in traditional case teaching， students could only master limited cases， which could not fully reflect students’ subjectivity， inspiration of thinking and diversity of results. This paper focuses on the motivation of stimulating students’ innovation， and puts forward a new teaching model of “case derivation”. Taking the Engineering Drawing course which plays a basic and leading role in engineering teaching as an example， through three “derivation” methods of “basic case derivation”， “engineering case derivation” and “case error correction derivation”， students can achieve a deep understanding of knowledge， transfer and sublimation， so as to derive new knowledge， refine new methods and shape correct values.

Key words： “emerging engineering education”; case derivation; teaching mode; engineering drawing