新工科背景下“工程制圖與CAD基礎”課程教學改革探索

摘 要：在新工科背景下，“工程制圖與CAD基礎”課程的教學過程中，要充分考慮學生的知識范疇、思考能力和實踐能力。本文針對制圖課程教學存在的問題，以學生為中心，重新定義教學目標，采用多學科融合，以任務為驅(qū)動，案例式教學設計，挖掘思政元素融入教學各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)考核方式的多樣化，激發(fā)學生積極學習的主動性，提高學生的綜合素質(zhì)，助力學生的全面發(fā)展。

關鍵詞：新工科；工程制圖與CAD基礎；案例式教學

隨著經(jīng)濟社會的不斷進步，科技與產(chǎn)業(yè)革命不斷推進新工科理念的發(fā)展。與傳統(tǒng)工科專業(yè)建設不同，新工科是指以新理念、新模式和新體系等工科新形態(tài)進行人才培養(yǎng)，符合學科發(fā)展需求［1］。新工科教育理念的實施，是實現(xiàn)新工科建設目標、保證新工科專業(yè)人才培養(yǎng)的重要基礎工作［2］。在新工科背景下，“工程制圖與CAD基礎”課程的傳統(tǒng)教學模式改革亟待施行，“工程制圖與CAD基礎”課程是學生最先學習的專業(yè)基礎課，對于學生工程意識的啟蒙尤為重要，是培養(yǎng)空間思維能力、建立工程概念的基礎課程。

1 現(xiàn)今工程制圖教學存在的問題

1.1 學生空間思維能力制約

作為工程制圖的基礎環(huán)節(jié)，畫法幾何能夠引起學生的興趣，是掌握工程制圖課程的基礎。主修課程的學生為大一新生，由于招生資源豐富，學生基礎掌握情況不同，差異較大的空間想象能力制約著學習效果質(zhì)量。工程課程內(nèi)容專業(yè)性強，擁有完整的知識體系，對于處于專業(yè)迷茫期的大一新生來說挑戰(zhàn)難度高。學生對于課程的認識停留在初高中的平面幾何和立體幾何問題，而畫法幾何非常考驗學生的空間思維能力，學生難以理解點、線、面、體的空間位置及相互關系，對于二維平面投影與三維空間立體的轉換問題束手無策［12］。因此，應對學生加強基礎的空間思維訓練，使用現(xiàn)代技術工具，幫助學生更直觀地理解空間關系；增加實踐操作的機會，讓學生在實際操作中提升空間思維能力；分析具體的工程案例，讓學生了解工程制圖在實際工作中的應用。

1.2 知識點和新工科深度融合不足

注重實踐教育，以實際生產(chǎn)需要為核心，培養(yǎng)應用技術型人才，使其能夠掌握相關技能并將專業(yè)知識運用于社會實踐當中，是新工科的理念。“工程制圖與CAD基礎”課程分為畫法幾何、專業(yè)制圖與計算機繪圖，是一門繪制工程圖樣和解決空間問題的專業(yè)基礎課。制圖知識的講授與工程實際聯(lián)系不夠緊密，不注重實際問題的解決和工程實踐，很少將行業(yè)內(nèi)的實踐內(nèi)容引入教學活動中，學生無法綜合運用相關技能［34］，這與新工科人才培養(yǎng)目標不符。實踐是新工科教育的核心，可以通過項目驅(qū)動、案例教學、實驗室操作等多種方式，讓學生在實際操作中學習知識和技能，提升解決實際問題的能力，鼓勵學生參與團隊項目，培養(yǎng)協(xié)作精神和溝通能力。

1.3 知識點與職業(yè)教育元素融合度不高

工程制圖課程與職業(yè)教育元素無法實現(xiàn)有效融合，也沒有形成完善的專業(yè)內(nèi)容與職業(yè)內(nèi)容相融合的知識點體系。大一新生還沒有完成高中—大學教學模式的轉換，存在專業(yè)知識認識不清、未來規(guī)劃目標不明等問題。而在傳統(tǒng)專業(yè)課教學中，知識點講授更注重專業(yè)知識，卻忽視了對專業(yè)技術人員應具備的職業(yè)素養(yǎng)、工匠精神、愛國情懷等方面的教育［56］。可以將職業(yè)教育元素融入知識點講解中，在教學中強調(diào)工程制圖的嚴謹性和精確性，培養(yǎng)學生的工匠精神和職業(yè)操守。

2 課程建設目標和內(nèi)容方案

2.1 課程建設目標

以學生為中心，采用以任務為驅(qū)動、案例式教學設計，按遞進層次將教學內(nèi)容分為三個階段（初始階段、進階階段與升華階段），強化學生在工程實踐中應具備的學習能力、思考能力和實踐能力。教學團隊根據(jù)新工科人才培養(yǎng)要求對課程教學目標進行準確定位，建立知識、能力與素質(zhì)有機結合的教學目標。（1）知識目標：加強核心知識與前沿理論學習，拓寬學生視野，使其具備寬廣的跨學科知識。（2）能力目標：培養(yǎng)學生善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的基本實踐能力。（3）素質(zhì)目標：培養(yǎng)學生具備敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新等“工匠”精神。

2.2 內(nèi)容方案

2.2.1 教學模式框架

以成圖、結構設計大賽為導向拆分知識點，使課程知識模塊化。制圖基礎知識、尺規(guī)作圖與計算機建模部分，支持大賽輕量化設計并進行模型制作；綜合案例分析與實際工程項目設計內(nèi)容也能夠指導大賽設計，二者相輔相成。根據(jù)課程知識點制定課程內(nèi)容典型案例，激發(fā)學生的自主學習能力，引入工匠精神學習，增強民族自豪感，激發(fā)科研興趣，以賽促教，促進學生的科學研究與團隊協(xié)作能力。合理教學規(guī)劃：課前，學生利用線上在線課程或網(wǎng)絡綜合平臺進行預習；課中，學生提出問題，進行案例分析并進行模型制作與講解；課后，學生進行測試練習，參加各級成圖與設計大賽。

2.2.2 教學實施過程

（1）初始階段：采用黑板手繪、實物模型制作和多媒體動畫視頻等方式，并利用三維軟件進行建模，提高學生的實踐能力和空間思維想象能力。（2）進階階段：專業(yè)圖紙的讀圖與繪制。整合線上線下課程資源，采用混合式教學方式，簡單的內(nèi)容與知識點上傳到線上學習資源，設置學習任務，由學生課前完成；課上進行知識點掌握情況測試，及時掌握學生的學習動向，以問題為導向，引入翻轉課堂，學生主導提出問題，教師解決問題，并進行總結歸納。網(wǎng)絡綜合平臺上配有課程團隊整合后的線上學習資源，也有資源豐富的大學生慕課及其他資源。（3）升華階段：進行學生分組項目設計，分配比賽項目，與團隊同學進行研討，培養(yǎng)學生的團隊意識，促使學生將理論知識與實踐相結合，以賽促學，提升學生比賽的興趣與積極性。

2.2.3 教學評價體系

本課程考核采用過程性評價50%和總結性評價50%結合的方式。課程注重教學過程中學生對知識點的掌握和學習態(tài)度、交流表達能力、團隊協(xié)作能力和自我能力的提升等，讓學生在學習過程中逐步掌握各項技能，達到能力提升的效果。改變傳統(tǒng)“作業(yè)+考試”的單一考核形式，推進線上學習、小組匯報、線上測試、質(zhì)疑辯論、生生互評、線下實踐等方式對學生進行過程性和總結性考核評價。設計考核內(nèi)容時，要確保它們能夠全面覆蓋課程的學習目標，考核內(nèi)容具有挑戰(zhàn)性，能夠激發(fā)學生的學習興趣和動力。利用多元化考核評價方式，強化知識掌握程度、綜合分析能力和創(chuàng)新能力等多層次的學習過程考核，注重學生應用型能力的培養(yǎng)。通過這種評價方式，可以更好地激發(fā)學生的學習動力，培養(yǎng)他們的自主學習能力、團隊合作精神和創(chuàng)新能力，同時也能夠更全面地評估學生的學習成果。

3 改革的主要措施與成效

3.1 多種教學方法相融合的新型教學模式

根據(jù)教學內(nèi)容的不同，采用多種教學方法，利用現(xiàn)代信息技術，如MOOC、雨課堂、建筑云課等在線平臺，提供豐富的教學資源和互動方式。結合線上資源和線下引導，實現(xiàn)課前、課中、課后全過程教學，使教學活動要素之間的關系發(fā)生變化，突出教師的引領作用，強化學生的主體地位。結合案例式教學將工程實際引入課堂，通過引入具有代表性和時效性的思政案例，如國家重大工程、科技前沿進展等［78］。

課程在實施教學過程中，采用多種教學方法并引入工程案例，讓學生在分析討論中深化對專業(yè)知識的理解，深入激發(fā)了學生的學習熱情與主動性。案例與講授結合，課程不再枯燥，并能夠?qū)⒅R點與工程實際有效結合，增加了學生學習動力的同時也能夠使學生快速掌握以往難以理解的知識點，學生成績實現(xiàn)了逐步上升，獨立設計能力與繪圖能力提高顯著，實現(xiàn)了學生知識目標的培養(yǎng)［9］。

3.2 注重結合職業(yè)教育

在教學過程中，將職業(yè)教育元素與專業(yè)教學相結合，通過在線平臺與學生共享，實現(xiàn)課前、課中、課后的全方位育人。從工程實際中挖掘與課程知識點相符合的職業(yè)教育元素，將職業(yè)教育元素融入教學內(nèi)容和教學活動中，讓學生認識到人文素養(yǎng)、工程能力與工程素養(yǎng)的重要性，培養(yǎng)學生的規(guī)矩意識和職業(yè)道德，助力學生樹立正確的價值觀。

課程教學能夠以潤物細無聲的方式將工匠精神、民族自豪感、責任感等傳遞給學生，實現(xiàn)了知識教育與職業(yè)教育的深度融合，使學生達成敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新等“工匠”精神的培養(yǎng)目標。

3.3 多元化的考核方式

建立多元化的評價體系，將學生的學習態(tài)度、團隊合作、交流表達等方面的表現(xiàn)納入考核，強化知識掌握程度、綜合分析能力和創(chuàng)新能力等多層次的學習過程考核。利用網(wǎng)上課程資源建立課程網(wǎng)絡教學平臺，整合知識點內(nèi)容與各類測試題，借助建筑云課堂APP實現(xiàn)課堂管理。采用混合式教學，利用網(wǎng)絡教學平臺，線上線下全覆蓋監(jiān)測學生進度，通過查看學生平臺學習資源的情況，對學習進度滯后的學生發(fā)布通知公告，督促其調(diào)整學習態(tài)度，完成學習任務。統(tǒng)計線上線下綜合成績，對學生的薄弱部分加以引導，提供及時和具體的反饋，幫助學生了解自己的進步和需要改進的地方。鼓勵學生自我反思，以促進他們的自我學習和自我提升。

不再單一的成績獲得方式，確保了考核標準對所有學生都是公平和透明的，激發(fā)了學生的學習熱情；多角度評價方式，更全面地評價了學生的學習成果，開發(fā)了學生的學習潛力，促進了學生在薄弱環(huán)節(jié)上取得進步。教師更好地了解學生的學習情況，及時調(diào)整教學策略，建立科學的評價體系。

結語

在當前經(jīng)濟社會快速發(fā)展的背景下，工科專業(yè)人才的素質(zhì)培養(yǎng)顯得尤為重要。為了提高學生的構型思維、創(chuàng)新能力及實踐能力，教學團隊通過不斷的努力與探索，形成了穩(wěn)定的改革機制。通過課程改革，學生不僅能夠加深對課程內(nèi)容的理解，還能增加對課程的興趣，從而提升專業(yè)技能。課程改革是一個不斷發(fā)展的過程，需要不斷地設計與升級，以滿足不同時期、不同時代的工程技術人才培養(yǎng)需求。總的來說，通過混合式教學模式和多學科融合教學，可以有效地培養(yǎng)新時代工程技術人才，提高他們的創(chuàng)新能力和實踐能力，以適應現(xiàn)代科技革命和工程需求。

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基金項目：內(nèi)蒙古科技大學教育教學改革研究項目（JY2023081）；教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目（2209050 19205848）；中央支持地方高校改革發(fā)展項目“土木工程提質(zhì)培育學科建設項目”

作者簡介：徐立丹（1990— ），女，漢族，黑龍江大慶人，工學博士，副教授，碩士生導師，主要研究方向為智能混凝土結構、復合材料力學。