工程圖學混合式教學改革探索與實踐

摘 要：采用混合式教學方式對教學內容及教學目標優化重構，通過自主研發、與企業聯合研發系統建立優勢互補的教學內容。學生通過網絡教學平臺、MOOC建設、虛擬實驗室進行線上自主學習，通過實體課堂動手測繪實驗、動態演示實驗、基于項目現場討論交流、課外拓展訓練等實現課前、課中、課后一體化教學設計，學生課上課下均有思考實現線上線下互進協作學習，選擇學習時間自由性更大，充分調動自主學習能力，充分體現以產出為導向、以學生為中心的工程教學理念。

關鍵詞：工程圖學；混合式教學；教學改革；MOOC建設；教學設計

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）28-0139-05

Abstract： Blended teaching is used to optimize and reconstruct the teaching content and teaching objectives. Teaching content with complementary advantages is established through independent research and joint research with enterprises. Students conduct online learning through the network， MOOC and virtual laboratory. It can realize the integrated teaching design for before class， during class and after class by hands-on mapping experiment， dynamic demonstration experiment， discussion and exchange and extracurricular expansion training， etc. Students always have thought not only on class but also off class. They have greater freedom in choosing learning time. Blended teaching fully mobilizes students' autonomous learning ability. It also embodies the concept of output oriented and student-centered engineering teaching.

Keywords： Engineering Graphics; blended teaching; teaching reform; MOOC construction; instructional design

工程圖學是工科大學生第一門技術基礎課，學生習慣了數理化的推導思維但空間思維差，學時壓縮但培養目標深化，導致內容繁多，體系復雜，學習難度大[1]。對學生而言，所有工程問題均是盲點，需要根據多年的教學經驗對圖中所涉及的技術問題進行提煉總結，構建合理的實踐教學內容，便于學生學習、操作，以達到預期目的，避免涉獵過廣，導致重點不突出，使學生感到盲從。

課程以培養具有家國情懷、創新精神和實踐能力的尖端人才為指引，結合不同院系的人才需求確立培養學生在知識、能力、素質全方面發展的課程目標。學習投影理論（包括點、直線、平面、立體的投影）；學習制圖基礎知識（包括國家標準的規定，組合體畫法、尺寸標注，機件表達及標準件和常用件）；培養學生空間思維能力、創新能力、動手實踐能力；培養學生正確的價值觀、團結合作精神、一絲不茍工作作風。

教學團隊綜合運用教學方法新模式，搭建教學設計新結構，樹立了新的人才培養理念，采用線上和線下混合式教學，線上與線下虛實結合[2]，功能互補，以虛促實。線上利用中國大學MOOC平臺上教學團隊自建的國家一流本科課程進行基本知識淺層學習，同時通過課程搭建的SPOC網絡教學平臺對以往知識點學生自主復習及教師的隨時答疑，如圖1所示。線下進行師生面對面的實踐指導與自主創新設計。

一 教學設計

混合式教學設計注重創新能力培養，對每次課教學內容進行分析，根據內容確定教學模式，始終圍繞學以致用的設計思路，運用了三種教學設計，如圖2所示。

第一，針對理論基礎知識，設計為線上學習，達到學習層次中的記識和領會這一層次，視為淺層學習。

課前布置MOOC線上內容，同時提出幾個問題便于學生明確需要掌握的知識點，充分調動學生自主學習興趣， 使學生帶著問題進行學習。學生根據自身情況，適當安排相應學習時間。同時教師提供答疑群供學生隨時解決學習中存在的疑問。

實體課堂時對于基礎知識部分教師以復習提問或小測形式了解學生線上學習情況，如圖3所示。檢查知識點的掌握情況，精講關鍵知識點，引導學生主動思考，循序漸進開展教學活動。

第二，針對理論應用方面，設計為線上虛擬體驗，線下實體課堂及學生動手操作，達到知識的運用與分析，視為深層學習。

教師根據理論知識點規劃虛擬體驗內容及線下課堂內容，掌控課堂節奏，引導學生去探究問題，結合實際研討問題。同時，課程配備了完善的尺規技能培訓實驗室和現代化的多媒體培訓實驗室，如圖4所示，引導學生將理論知識應用到具體實踐中，加強對知識點的深入掌握及靈活運用。

第三，針對創新能力培養，設計為基于項目學習的課堂討論及課后實踐，達到知識的融會貫通及能力提升，視為高階學習。

考慮課程與工程設計緊密結合特點，教師設計多個項目，項目內容融入課程思政元素，注意價值觀及人生觀的引領。課上學生和教師討論分析設計方案、結構合理性及實際加工問題，課下學生改進設計并搭建模型，使學生在掌握知識的基礎上提升設計能力，同時體驗了產品整體由設計到制造的全過程，通過3D打印將自己設計的產品實體呈現出來，如圖5所示。

整體課程過程中配備的先進成圖競賽、相關講座及創新研修課，更進一步優化學生的學習環境，滿足有能力學生的個性化需求。

二 教學案例

《畫法幾何與工程制圖基礎》教材中“組合體”這個單元內容在課程中起到承上啟下作用，具體教學設計分為三次教學環節完成。

第一次教學任務為組合體三視圖畫法。首先課前布置MOOC線上學習內容（8.1組合體的基本知識，8.2組合體投影圖的畫法），并提出幾個問題，便于學生明確需要掌握的知識點，如組合體的組合形式有哪些？相鄰表面間相對位置關系有幾種？相切和共面關系畫圖時注意什么事項？使學生帶著問題進行學習。同時教師提供答疑群供同學們隨時解決學習中存在的疑問。

線下實體課堂時教師以復習提問形式了解學生線上學習情況，檢查本節知識點的掌握情況，如圖6所示。隨后針對實物引導學生分析模型、解決存在具體問題。

課下配備了完善的先進成圖訓練中心，測繪、拆裝實訓室及聲光電立體演展廳，如圖7所示，引導學生將理論知識應用到具體實踐中，加強對知識點的深入掌握及靈活運用[3]。

第二次教學任務為讀組合體及尺寸標注。首先課前布置MOOC線上學習內容（8.3節組合體的尺寸標注，8.4節讀組合體視圖（一），8.5節讀組合體視圖（二））。同時，提出復習第一章“制圖基本知識”中尺寸標注的國家標準內容，便于學生快速進入組合體尺寸標注的學習。

在實體課堂中首先教師以測試小卷形式了解學生線上學習及復習情況，檢查本節知識點的掌握情況如圖8所示；然后針對讀圖難點部分，根據類別引導學生逐一求解，將難題化解為多個簡單類型的綜合，逐步解決復雜問題。同時為了應對疫情，團隊教師分工錄制各部分小視頻，以備網絡授課使用；最后尺寸部分，結合實際加工和測量進行講解，使學生明白所以然，印象深刻，結合具體案例闡述尺寸部分的重要性，培養其認真嚴謹的專業精神。

課后提供習題課件，便于學生在學習過程中存在困難時進一步加強復習，如圖9所示。

第三次教學任務為構型設計和模型打印。該部分以項目為引領，融合課程思政元素，如兵工器、航天器的主題，綠色環保健康生活的主題等，如圖10所示。針對哈工大百年校慶、中國共產黨成立100周年主題設計項目，注重引領學生發揮創意，體現價值。

構型設計項目使學生在實踐中悟出真理，潛移默化中幫助學生建立正確的人生觀、價值觀。以匠心求品質，熱愛專業、突破自我、迎接挑戰。

實體課堂中以小組討論、代表發言形式，分享各組項目設計思路、方案、目前存在問題及擬定解決方法等。

教師掌控課堂節奏，引導學生去探究問題，結合實際研討問題。

課后利用現代化的多媒體培訓實驗室改進設計并創建模型，對工作性能及可加工性進行分析。使學生在掌握知識的基礎上提升設計能力，同時體驗了產品整體由設計到實物的全過程，最后通過3D打印將自己設計的產品實體呈現出來，體現專業價值[4]。

三 考核評價

建立科學的考核評價標準是教學改革的重要環節。混合式教學改革設立多環節、多方位、大角度的考核標準，注重學習過程，重點考察能力，包含理論和實踐、線上和線下、個人和團隊。考核組成如下內容。

課堂出勤不加分，但缺勤會扣分。

線上學習、課后復習效果考核，隨堂小測，分值為5分。

數字化應用能力考核，形式為三維建模和二維計算機繪圖實踐總結報告，分值為10分。

創新能力、探究能力及解決問題能力考核，形式為項目設計大作業，分值為10分。

團結合作、交流能力考核，形式為小組研討，代表發言，分值為5分。

理論知識及應用以期末試卷形式進行考核，考核指標為準確度，分值為70分。

四 教學效果

高階性教學內容的重構，創新性的教學組織模式突出以學生為中心，解決如下問題。

解決激發學生的學習動力和專業志趣與課程的挑戰度的問題，實現價值引領。

解決學生個體差異大，學習深度要求不同，實現因材施教。

學生間的交流少、個性強等問題加強團隊合作、相互促進、相互包容。

使接受慢的同學不急躁，接受快的同學不無聊。

教學改革在理論層面進行分析后，必須拿到實踐中去驗證，智能裝備與先進材料大類采用本套教學方案，期末同一考卷中，混合教學實驗班學生優秀率和平均成績均要高于其他學院，如圖11所示，學生對本套教學方案滿意度評價很高。

通過對學生和畢業設計指導教師進行回訪，普遍反映本課程體系使得學生的設計能力，三維建模能力和讀圖能力都有很大提高，大二、大三同學在全國先進成圖技術創新大賽中連續取得一等獎的優異成績。學生的愛國情懷、思想覺悟、專業熱情也深受激勵。同時團隊教師的教學能力也得到提升，授課教師了解了學生所需、社會所需，真正做到培養目標明確，解決了培養什么樣的人，為誰培養人的問題[5]。

五 結束語

混合式教學方案體現了教學設計高階性，即強調了理論、實踐、創新知識群的綜合運用，突出解決空間想象和動手能力及創新能力的培養；體現了教學內容逐級遞進，即基礎、綜合、創新循序漸進，項目完成需要同組成員通力合作；體現了教學體系創新即以實踐與創新能力培養為牽引，以項目為載體，線上線下相融合、虛實結合，強調通過機械制圖的學習促進知識、能力和素質的提升。混合式教學在普遍教育的基礎上，更滿足有能力的學生的自主創新需求。

參考文獻：

[1] 劉克明，盛曉春，黃志開，等．MOOC環境下任務驅動型工程圖學課程教學改革[J].南昌師范學院學報（綜合），2019，40（3）：26-29.

[2] 黃冬梅．淺談利用混合式教學提高《機械制圖》教學質量的有效策略[J]．中國設備工程，2021（11）：236-237．

[3] 欒英艷，王迎，何蕊．新工科背景下工程圖學課程改革研究[J]．圖學學報，2020，41（1）：164-168.

[4] 謝立娟，韓百強，梁鵬霄，等．3D打印技術在大學生機械創新設計大賽中的應用[J]．河南科技，2016（9）：38-39．

[5] 唐樂為，熊嫣，劉桂萍，等.課程思政在工程制圖課程中的教學模式探索[J]．大學教育，2021（6）：58-61．