基于知識和能力培養(yǎng)的機械制圖精品課程建設與實踐
2023-10-13 11:15:52王力劉送永趙建平劉艷艷
大學教育 2023年12期
王力 劉送永 趙建平 劉艷艷
［摘 要］機械制圖是工科院校學生必修的一門重要的專業(yè)基礎課程，在培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維及空間邏輯思維能力方面發(fā)揮著重要作用。為了提升課程教學效果、提高應用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，文章按照精品課程建設標準和具體要求，結(jié)合應用型人才培養(yǎng)目標，提出了基于知識和能力培養(yǎng)的機械制圖精品課程建設思路；通過加強課程教學團隊建設、重構(gòu)教學內(nèi)容體系、改革教學方法和手段、搭建實踐教學平臺、革新考核與評價體系，以及推進教材、數(shù)字化資源和實驗室建設，在改善教學效果、提高教學質(zhì)量以及提升學生專業(yè)理論知識水平和設計、創(chuàng)新及工程實踐應用能力等方面取得了顯著成效，為應用技術(shù)型高校課程建設提供參考。
［關(guān)鍵詞］機械制圖；精品課程；教學與實踐；考核與評價；應用型人才
［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）12-0060-05
高等教育是我國教育體系的重要組成部分，其專業(yè)辦學質(zhì)量是影響高等學校生存和發(fā)展的根本問題，直接影響到高等學校的人才培養(yǎng)質(zhì)量。為提升專業(yè)辦學質(zhì)量，教育部2018年3月制定了《普通高等學校本科專業(yè)教學質(zhì)量國家標準》（以下簡稱“專業(yè)國標”），對不同專業(yè)培養(yǎng)目標、培養(yǎng)規(guī)格、師資隊伍、課程體系等提出了相應要求[1]，特別是機械類專業(yè)更加強調(diào)學生知識和能力的融合，更加強調(diào)對學生設計、創(chuàng)新和工程技術(shù)應用能力的培養(yǎng)。
課程建設是推動專業(yè)國標在高等學校專業(yè)辦學中貫徹實施的重要內(nèi)容，是提高專業(yè)辦學質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量。同時，課程建設涉及專業(yè)人才培養(yǎng)目標、教師教學團隊、教育方法和手段、教學資源及教學質(zhì)量評價等。因此，建設精品課程對高等學校專業(yè)建設的諸多方面具有明顯促進作用，能夠有效提高專業(yè)辦學質(zhì)量[2]。
機械制圖是機械工程學科的主干課之一，也是機械類本科生重要的專業(yè)基礎課，處于專業(yè)基礎教育的啟蒙階段，主要培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和空間構(gòu)圖能力。學完本課程，學生即可具備獨立分析常見的工程零件和裝配體，并能夠閱讀和繪制零件圖和裝配圖的基本能力，同時也為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課的學習奠定了理論基礎，其重要地位和作用不言而喻。
按照精品課程建設標準和具體要求[3-4]，以南京理工大學紫金學院智能制造學院為例，課程組提出基于知識和能力培養(yǎng)的機械制圖精品課程建設思路，并通過加強課程教學團隊建設、積極重構(gòu)教學內(nèi)容、大力改革教學方法和手段、搭建實踐教學平臺、革新考核評價體系以及有力推進教學資源和實驗室建設，在改善教學效果和提升教學質(zhì)量方面取得了顯著成效。
一、課程教學團隊建設
為了提升教師的教育與教學水平，課程組采取“教學與科研、競賽與技能培訓、教學研究與成果推廣、校內(nèi)教學與企業(yè)實踐”四結(jié)合的師資隊伍建設模式，打造“雙師型、研究型”教學團隊。
課程組通過多渠道、多方式積極申報校級及省級以上各項教學與科研課題，教學與科研相結(jié)合，促進課程體系改革，包括教學改革、精品課程建設、重點教材建設等；同時，結(jié)合自身科研方向，將科研成果案例應用到課程教學中，豐富教學內(nèi)容，提高教學質(zhì)量。通過“學先進、找差距、補不足、促發(fā)展”，積極參與校級及省級以上的教學競賽，不斷提升自身的教學質(zhì)量，包括講課競賽、微課程競賽、教學創(chuàng)新大賽等；積極參加各類社會技能培訓，包括三維CAD應用工程師、機械工藝工程師、3D打印技術(shù)工程師等技能認證，打造“雙師型”教學團隊。
通過“公開、交流、示范”等多種途徑，將教學研究成果應用到教學實踐中，達到提高教育教學質(zhì)量的目的；結(jié)合自身的課程教學內(nèi)容和研究方向，主動聯(lián)系生產(chǎn)企業(yè)，充分利用寒暑假和平時空余時間到企業(yè)頂崗實踐，積累實際工作經(jīng)驗，提高實踐教學能力。
通過聘請我校國家教學名師、二級教授擔任課程教學顧問，并承擔勵志班制圖課程教學任務，對課程教學的各個環(huán)節(jié)，包括教學大綱、教案設計、課堂設計、考核評價體系等嚴格把關(guān)，制定一套完整、規(guī)范、合理的教學文檔。同時加強對中青年教師的培養(yǎng)，制定嚴格的培養(yǎng)計劃、教學規(guī)范、考核要求，提升教師的教育教學水平。
目前，課程教學團隊共9人，其中教授1人、副教授2人，講師4人，教學輔助人員2人（包括高級工程師1人，實驗師1人），老、中、青比例為2∶3∶4，職稱和年齡結(jié)構(gòu)布局合理，形成了一個完備、穩(wěn)定的課程教學團隊。
圍繞精品課程建設目標，課程組教師積極主持并參與校級及以上教科研項目13項，其中“自主軟件（CAXA實體設計）應用實施教程資源庫建設”為國家重點研發(fā)計劃的子課題；獲得各類教學講課競賽項目獎項若干，包括校級7項、省級6項、國家級2項；主編教材5部，校內(nèi)2部；發(fā)表教科研學術(shù)論文30余篇；2019—2021年度先后榮獲校級教學成果獎一等獎和二等獎；組建校級基層教學組織團隊1個。
二、課程內(nèi)涵建設
以我校向應用型人才培養(yǎng)目標轉(zhuǎn)型發(fā)展為契機，引導學生“自主學習、樂于實踐、勇于創(chuàng)新”為目標，在教學內(nèi)容體系、教學方法和手段、實踐教學平臺及考核評價體系等諸多方面進行了持續(xù)不斷的改革與實踐，取得了顯著成效。
（一）重構(gòu)教學內(nèi)容體系
圍繞我校應用型人才培養(yǎng)目標定位，突出培養(yǎng)學生實踐能力和工程應用能力，結(jié)合機械制圖課程知識體系，打破傳統(tǒng)的課程教學章節(jié)體系，以工程項目為載體，將工作過程系統(tǒng)化教學范式[5-7]融入教學改革中，重構(gòu)機械制圖課程知識體系，如表1所示。課程教學內(nèi)容設計既兼顧工科類專業(yè)工程制圖的基礎知識，又考慮機械類專業(yè)主干知識體系特點，同時結(jié)合現(xiàn)代計算機制圖發(fā)展趨勢，著力培養(yǎng)適應行業(yè)需要和時代發(fā)展的機械類專業(yè)應用型人才。
（二）改革教學方法和手段
在教學方法和手段改革方面，堅持“以學生為本位”的教學理念，從灌輸式的知識傳授向激發(fā)式的知識與綜合能力并重轉(zhuǎn)變，采用理實一體化教學、項目式教學和現(xiàn)代信息技術(shù)等多種教學方法和手段，將課程教學內(nèi)容提煉成多項完整的典型工作任務，以做到“教中學、學中做”，切實增強學生運用知識解決工程實際問題的能力，引導學生建立完整的知識體系。
將理論知識講授和隨堂測驗相結(jié)合，提高學生課堂學習的參與度，隨時掌握學生的學習動態(tài)。每講完一個學時的教學內(nèi)容，調(diào)出相應的測試題，讓學生在課堂上完成。例如，講完軸套類零件的視圖表達內(nèi)容后，隨堂抽出各種常見的軸套類零件，問答式考查學生對軸套類零件的表達方案的掌握情況。
將手工繪圖和計算機繪圖相結(jié)合，既可提高學生的構(gòu)圖能力，又可加強學生的計算機繪圖能力。在教學中增加SolidWorks、CREO等機械CAD三維設計軟件，并在習題作業(yè)、項目設計中讓學生熟練掌握與使用，能提高學生計算機輔助制圖能力，加強現(xiàn)代設計手段在設計過程中的應用，同時也能激發(fā)學生學習機械制圖的主動性和積極性。
將常規(guī)教學手段和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，增加師生互動，提高課堂教學效率。在教學中除了使用常規(guī)的多媒體課件、動畫演示、實物展示等教學手段，還增加了雨課堂APP、釘釘多人協(xié)同文檔、慕課堂等現(xiàn)代信息教學平臺，改革教學方法和手段，將教學從課堂延伸到課外、從教材延伸到數(shù)字化資源，從而增加課程教學信息量，提高學生的知識水平。
將課程教學和課程思政相結(jié)合，以社會主義核心價值觀為引領，尋找機械制圖課程中的思政元素[8]，并融入課程教學內(nèi)容中，培養(yǎng)學生愛國主義情懷和精益求精、大國工匠和團隊協(xié)作等職業(yè)精神。
（三）搭建實踐教學平臺
課程組不僅在理論教學課程中加大了實踐教學力度、增設了制圖實踐教學課程，而且搭建了“教學實踐、技能認證、學科競賽、學研活動”相融合，以“基礎知識運用”、“綜合問題分析”和“自主創(chuàng)新能力”為培養(yǎng)層次的基礎性、拓展性與創(chuàng)新性三層次遞進性實踐教學平臺，鼓勵和培養(yǎng)學生在掌握工程制圖基本原理和技能的基礎上，進一步深入掌握產(chǎn)品設計工程圖樣的工程技術(shù)，培養(yǎng)出更適合社會對機械類專業(yè)崗位需求的應用型人才。
自2011年起，我校相繼組織學生參加全國大學生3D大賽、華東區(qū)大學生CAD應用技能競賽及全國大學生成圖技術(shù)大賽等。經(jīng)過多年的總結(jié)摸索，已逐漸形成一套完整的“以賽促教、以賽促學、學賽融合”的競賽管理體系。同時，與全國 CAD 應用培訓網(wǎng)絡—南京中心合作，開展CAD中級技能認證工作。
將學科競賽、技能認證融入精品課程建設中，有效調(diào)動了學生對制圖學習的主動性和積極性，也顯著提高了學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的學生創(chuàng)新成果。近幾年，學生在各類學科競賽中，榮獲國家級獎項17項、省級獎項61項，獲得CAD工程師技能認證證書427人次，促進學生掌握專業(yè)技能，拓寬學生就業(yè)渠道，創(chuàng)造更多就業(yè)機會。
此外，課程組創(chuàng)建“3D 動力社”“3D 創(chuàng)客空間”，由學生自主管理并組織和開展各類課外學研活動，包括校內(nèi)選拔賽、校級及以上科研訓練及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目、參與教師教科研項目等，為學生自主開展學術(shù)活動和專業(yè)交流提供了良好的實踐平臺，圖1所展示的為授牌和學生部分優(yōu)秀作品。
試點示范基地][全國3D技術(shù)推廣服務與教育培訓聯(lián)盟
國家制造業(yè)信息化培訓中心3D辦公室]
圖1 授牌和學生部分優(yōu)秀作品
（四）革新考核與評價體系
本課程教學前期一直沿用大多數(shù)理論課的考核方式，即平時成績占30%，閉卷考試成績占70%，平時成績主要是考勤、作業(yè)、實驗等。但是本課程理論性較強，而且更強調(diào)實踐性，所以上述的考核方式帶來的弊端是一些學生平時學習動力不足、應付考試的情況比較嚴重。自2019級伊始，將機械制圖考核方式由考試變?yōu)榭疾椋ㄟ^“隨堂測驗+課后訓練”“理論測驗+實踐考查”“項目設計+小組答辯”等教學環(huán)節(jié)，實現(xiàn)“理實一體、實踐與創(chuàng)新、溝通與協(xié)作”為核心的考核與評價體系，如表2所示。
表2 考核與評價體系
[考核環(huán)節(jié) 考核內(nèi)容 考核方式 考核
比重/% 隨堂測驗 習題集為主，完成作業(yè)要求，考核圖樣表達的正確性 利用釘釘多人協(xié)同文檔功能，現(xiàn)場提交打分 10 課后訓練 完成一級減速器的繪制，考核圖紙的規(guī)范度和合理性 提交手工和AutoCAD標準圖紙各1份 10 理論測驗 讀圖（球閥、安全閥等），完成問答題，考核理論知識 利用云課堂測試平臺，現(xiàn)場提交打分 10 實踐考查 完成軸套類零件和臺虎鉗拆裝與測繪，考核量具的使用方法和草圖的制圖能力 現(xiàn)場考核 20 項目設計 以小組為單位，完成小型機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計、圖紙繪制和三維建模，考核實踐與創(chuàng)新能力 提交產(chǎn)品的一系列技術(shù)文檔，包括任務書、說明書和圖紙資料等 40 小組答辯 以小組為單位，組織答辯，考核團隊協(xié)作能力 現(xiàn)場答辯 10 ]
以60人為自然班，將改革前（2018級機械班）和改革后（2019級機械班）的總成績分布做成直方圖，如圖2所示。從直方圖對比分析可以看出，過程考核的成績明顯優(yōu)于期末閉卷考試成績，其主要原因在于：（1）過程考核更注重平時，只要學生能夠按照每個考核環(huán)節(jié)的要求，認真提交作業(yè)和成果，并且符合規(guī)范，就能夠獲得理想的成績；（2）過程考核沒有要求所有學生在同一時間段完成一張試卷，而是根據(jù)每個學生的知識水平和實踐能力，在一段時間內(nèi)完整地完成一項任務，這樣學生就可以根據(jù)個人情況，合理分配時間，通過查閱資料、查找理論知識的薄弱環(huán)節(jié)，最終完成任務；（3）在項目設計環(huán)節(jié)，過程考核注重團隊的協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。在團隊中，每個學生都希望自己能夠為團隊貢獻一分力量，因此以團隊形式完成一項任務，大大提高了學生的參與度，同時也提升了個人的責任感和職業(yè)素養(yǎng)。
三、教學資源建設
（一）教材建設
高等學校教材是體現(xiàn)教學內(nèi)容和教學方法的知識載體，也是深入教學改革、提高教學質(zhì)量的重要保證[9]。近年來，課程組一直重視并積極參與了精品教材及輔助教學資源的建設工作。2014年，主編21世紀應用型人才培養(yǎng)“十二五”規(guī)劃教材《機械制圖》及配套習題集（西南交通大學出版社），將計算機繪圖融入制圖教材中，實現(xiàn)手工繪圖和計算機繪圖相結(jié)合。2017年，主編全國高等院校機械類專業(yè)“十三五”規(guī)劃教材《機械制圖》及配套習題集（華中科技大學出版社），將零部件測繪原理、方法、步驟和具體應用融入制圖教材中，加強了學生拆裝測繪能力和創(chuàng)新實踐能力，該教材獲得2017年度“十三五”規(guī)劃機械類專業(yè)精品教材。2022年，主編普通高等教育應用型本科教材《工程制圖》及配套習題集（東南大學出版社），將電子工程圖、通信工程圖融入制圖教材中，實現(xiàn)機械制圖和電氣制圖內(nèi)容的整合，并增添設計文件的文檔管理、CAXACAD軟件的應用、最新國家標準規(guī)范等內(nèi)容，為非機械類專業(yè)工程制圖課程教學奠定了理論基礎。此外，自編“零部件測繪指導書”“AutoCAD上機實驗指導書”“工程制圖技能訓練”“制圖習題集”等校內(nèi)教學輔助講義，豐富課程教學和習題測驗內(nèi)容。
（二）數(shù)字化資源建設
隨著信息化、網(wǎng)絡化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化資源成為精品課程建設的重要組成部分，也是實現(xiàn)學生自主學習的有效途徑。數(shù)字化資源主要包括教學課件、電子教材、教學模型庫、微課程等，如圖3所示。利用CAXACAD電子圖板創(chuàng)建平面圖教學案例，使得學生既能夠掌握制圖知識，也能夠掌握計算機繪圖的基本繪圖命令；利用CREO三維建模軟件創(chuàng)建三維模型庫和裝配體實體模型輔助課程教學，提升學生空間思維能力和創(chuàng)新能力；微課程為學生課后自學提供了良好的學習平臺，起到鞏固和復習的作用。
四、實驗室建設
作為應用型人才培養(yǎng)的高校，實踐教學環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力的重要環(huán)節(jié)，與之對應的實驗室建設在教學過程中發(fā)揮著重要作用[10-11]。目前，我校實驗室建設面積320 m2左右，主要包括手工繪圖室、計算機繪圖室和3D打印實驗室，配套的設備主要有繪圖桌椅120套、教具木質(zhì)模型1000余個，減速器、虎臺鉗及千斤頂?shù)炔鹧b測繪教具100余套、軸系零部件60余套、計算機60余臺、3D打印機5臺，基本上滿足了手工繪圖、計算機繪圖、拆裝與測繪等教學環(huán)節(jié)要求。同時，實驗室設置為“開放式+學生管理責任制”管理模式，為學生參加各類學科競賽提供實踐場地。
五、結(jié)束語
為了改善教學效果和提升教學質(zhì)量，本文提出了基于知識和能力培養(yǎng)的機械制圖精品課程建設思路。按照精品課程建設標準和基本要求，經(jīng)過近幾年的課程改革和教學實踐，已經(jīng)形成了一個比較完備、穩(wěn)定的教師團隊；在教學內(nèi)容上按照知識和能力培養(yǎng)的基本思路，重構(gòu)了課程教學體系；利用現(xiàn)代信息技術(shù)，包括雨課堂、釘釘群、慕課堂等，改革教學方法和手段；搭建了“教學實踐、技能認證、學科競賽、學研活動”相融合的課程教學實踐平臺；革新了考核評價體系；出版規(guī)劃教材3套、教學輔助講義若干以及數(shù)字化資源建設；實驗室建設已初具規(guī)模。但是，在實際生產(chǎn)中，機械圖樣伴隨著機械產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程，如何將后續(xù)相關(guān)的專業(yè)課知識適當?shù)厝谌霗C械制圖課程教學中，需要進一步探索和實踐。同時，還需要進一步完善數(shù)字化資源庫，包括試卷庫、電子化教材等；進一步優(yōu)化課程教學效果評價體系，形成規(guī)范性文件；將實驗室建設和智能制造領域相匹配。總之，隨著課程教學內(nèi)容、方法和手段等方面的不斷改革，精品課程建設也需要不斷完善，以便更好地為專業(yè)辦學質(zhì)量提升和應用型人才培養(yǎng)服務。
［ 參 考 文 獻 ］
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［責任編輯：雷 艷］
