任 潔，郭志明，李景丹，王 娜

（1.太原工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系，山西 太原 030008；2.太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024）

0 引言

“機(jī)械制圖”是高校機(jī)械類專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，在在機(jī)械專業(yè)本科大一第一學(xué)期開課。大學(xué)一年級的學(xué)生往往還處在高中和大學(xué)的過渡階段，對自己的專業(yè)認(rèn)知不夠，對課程的學(xué)習(xí)缺乏主動性?！皺C(jī)械制圖”課程的兩大核心任務(wù)是繪圖和識圖，兩者都涉及了二維工程圖紙和三維空間模型的轉(zhuǎn)換，要求學(xué)生有一定的空間構(gòu)型能力和想象能力[1，2]。剛?cè)雽W(xué)不久的大學(xué)一年級學(xué)生沒有這方面的訓(xùn)練經(jīng)歷，空間構(gòu)型能力薄弱，會有部分學(xué)生慢慢跟不上進(jìn)度而失去興趣。

“機(jī)械制圖”作為機(jī)械專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是很多專業(yè)課的先修課程，知識技能掌握程度直接影響到專業(yè)課程學(xué)習(xí)和畢業(yè)論文，具有很強(qiáng)的理論性與實用性。本文探索在“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”與“新工科”建設(shè)大背景下，對“機(jī)械制圖”課程進(jìn)行“立體教學(xué)法”創(chuàng)新改革，為高校機(jī)械類專業(yè)課程教學(xué)提供參考。

1 教學(xué)理念和目標(biāo)

1.1 教學(xué)理念

本課程的教學(xué)理念是希望激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機(jī)，是點燃一把火[3]，使學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，進(jìn)而達(dá)到“我能學(xué)”“我一定行”。在此基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，讓學(xué)生去操作、去實踐、去思考、去自己尋求答案。并通過相互合作、交流，掌握學(xué)習(xí)的能力，達(dá)到“教學(xué)生學(xué)”。建立一種教師圍繞學(xué)生的師生共融的教學(xué)關(guān)系，充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)生的進(jìn)步和發(fā)展，關(guān)注教學(xué)效益；突出能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)；融入思政教育；注重教學(xué)反思與改進(jìn)[4]。

1.2 課程目標(biāo)

課程教育目標(biāo)主要分為知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。知識目標(biāo)主要包括國家標(biāo)準(zhǔn)與投影法、畫法幾何部分、零件圖裝配圖的繪圖與識圖。能力部分主要包括貫徹執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)的能力，具備徒手繪圖的能力，熟練掌握尺規(guī)繪圖的能力，具有一定的空間構(gòu)型能力，具備基本的實踐動手能力。素質(zhì)目標(biāo)主要包括培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍精益求精的工匠精神，培養(yǎng)學(xué)生遵守規(guī)則和法治的意思，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作意識。

2 教學(xué)內(nèi)容

2.1 知識重構(gòu)貫穿教學(xué)

對教材的章節(jié)進(jìn)行了內(nèi)容的解構(gòu)重建，形成了符合我校學(xué)生實際情況的學(xué)習(xí)體系，如圖1所示。

圖1 課程知識重構(gòu)

2.2 生活實例融入教學(xué)

教學(xué)內(nèi)容重新梳理。從基本體章節(jié)開始，課程的所有知識都是來源于實際并服務(wù)于實際，因此有大量的生活實例可以列舉。圖紙作為工程師的“語言”，在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用頻繁，因此收集了很多不同行業(yè)不同類型的不具有保密協(xié)定的圖紙，供學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)。使理論知識和實際應(yīng)用緊密聯(lián)系。如在講解投影法時，列舉影子游戲、日晷等；在講解相貫體時，列舉榫卯結(jié)構(gòu)；在講解組合體時，列舉慧魚積木與相關(guān)比賽等等。

通過生活實例與企業(yè)圖紙，讓學(xué)生認(rèn)識到現(xiàn)在所學(xué)的課程與知識點是有落腳點，有實際應(yīng)用價值的，進(jìn)而主動學(xué)習(xí)。

2.3 實踐創(chuàng)新擴(kuò)展教學(xué)

創(chuàng)新性的在“機(jī)械制圖”理論課中加入了實踐創(chuàng)新部分，并錄制了相應(yīng)的微課。根據(jù)每章的知識點設(shè)計實踐項目，讓學(xué)生從設(shè)計出圖到加工制造裝配，完成簡單的模型類項目制作，鞏固學(xué)生圖學(xué)知識，提高學(xué)生設(shè)計思維，挑戰(zhàn)學(xué)生動手能力[5,6]。具體項目涉及作品簡單說明如表1所示，有效解決了之前的問題。

表1 機(jī)械制圖實踐創(chuàng)新項目

2.4 科研成果助力教學(xué)

教育家錢偉長曾說：“教學(xué)沒有科研做底蘊(yùn)，就是一種沒有觀點的教育”。科研是教學(xué)的“源頭活水”，如果沒有科研做支撐，大學(xué)課堂教學(xué)就會失去“靈魂”。因此在相關(guān)的知識點中，通過簡單的介紹高水平文章，并給出一些最新科研成果，供學(xué)生課外閱讀。比如在講解相貫線時，給學(xué)生介紹了相貫線切割機(jī)，并給出了相關(guān)文獻(xiàn)。不僅可以充實課程知識體系，樹立學(xué)生科研精神，還可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，提高解決實際問題能力。

如通過解釋“波士頓機(jī)械狗”圖紙、蛟龍?zhí)枱o紙化生產(chǎn)等，把最新科技成果帶入教學(xué)，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。

2.5 課程思政浸潤教學(xué)

根據(jù)課程知識點與例題，總結(jié)出適宜的課程思政，并根據(jù)每年的時事政治、科研成果等進(jìn)行更新。塑造三個層面的價值引領(lǐng)：政治認(rèn)同和國家意識，品德修養(yǎng)和人格養(yǎng)成，科學(xué)精神和專業(yè)倫理[7]。以“相貫體的投影”這一節(jié)為例，可以產(chǎn)生課程思政的知識點總結(jié)如圖2所示，老師可以根據(jù)課堂時間與實際學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行選擇性的浸潤式講解。

圖2 相貫線投影的課程思政

3 教學(xué)方法

“立體教學(xué)法”教學(xué)主要分為理論教學(xué)、實踐教學(xué)與項目競賽。其中，理論教學(xué)又分為課前、課中與課后三個方面，課中教學(xué)采取自由學(xué)習(xí)式、談話式、實踐式、研討式、講授式、操作式進(jìn)行教學(xué)。思政元素作為骨干內(nèi)容，穿插在教學(xué)全教程。

經(jīng)過多年的一線教學(xué)實踐，將“立體教學(xué)法”總結(jié)出點線面體相結(jié)合、自學(xué)教學(xué)相結(jié)合、課內(nèi)課外相結(jié)合的教學(xué)方法。

“點線面體”相結(jié)合教學(xué)方法中的點是指知識點，指舊知識點要和新的知識點之間具有邏輯性，而新的知識點又要對以后的內(nèi)容作鋪墊，這樣知識點和知識點之間就連接起來形成了線。同一門課程前后的知識點連線，相互交錯，形成了這門課程的知識面。這個面的上方連接著課程思政，它是課程教育的方向和指引。這個面的下方連接著實際應(yīng)用，這是課程的落腳點和基礎(chǔ)。課程思政與實際應(yīng)用穿插在我們這門課程的各個不同知識點中，與知識點連成一條條的線。這些線與課程的知識面，構(gòu)成了整個課程體系的立體結(jié)構(gòu)，詳如圖3所示。

圖3 “點線面體”相結(jié)合教學(xué)方法

自學(xué)教學(xué)相結(jié)合教學(xué)方法是在提倡預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)同等重要情下，每節(jié)新課開始之前，教師都會要求學(xué)生自學(xué)。自學(xué)渠道主要是自己錄制的微課，以及網(wǎng)絡(luò)上的重點課程資源。鼓勵學(xué)生多學(xué)習(xí)其他高校課程。

課內(nèi)課外相結(jié)合教學(xué)方法的課內(nèi)體現(xiàn)在，以小組為單位進(jìn)行活動，比如一組設(shè)計組合體由另一組學(xué)生完成三視圖。這樣一方面鍛煉了學(xué)生協(xié)作能力，一方面使作業(yè)更加靈活。課外的工作主要體現(xiàn)在制圖教師的長期跟隨指導(dǎo)。在大一的機(jī)械制圖測繪實訓(xùn)中，指導(dǎo)學(xué)生測繪制圖，在大二的綜合能力實訓(xùn)項目中，指導(dǎo)學(xué)生建模設(shè)計加工組裝，大三的“機(jī)械設(shè)計”等課程設(shè)計中負(fù)責(zé)圖紙圖面的審核，大四的畢設(shè)中為學(xué)生圖紙進(jìn)行修改等。成圖大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、工程能力競賽等多項比賽都對圖紙有要求，我們團(tuán)隊還負(fù)責(zé)了所有賽項中圖紙的審核任務(wù)。

制圖教師除了在課內(nèi)的授課，大學(xué)四年都在不間斷的進(jìn)行課程輸出，使學(xué)生的課內(nèi)知識反復(fù)訓(xùn)練，減少“考完就忘”現(xiàn)象的發(fā)生。

4 教學(xué)評價

4.1 短期評價

上課期間的評價方式采用全員、全過程、全方面的多元化學(xué)習(xí)成效評價體系。評價方式分成教師評價、生生互評、小組互評等。評價內(nèi)容包含知識、作品、動手、協(xié)作等多方位。評價指標(biāo)包含國家標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行、項目的廣度深度、實物的可行性等。評價范圍包含平時作業(yè)、線上試題、實踐項目、單元檢測、模擬自測、和期末考試。最終形成百分制的成績。

4.2 長期互評

“十年樹木百年樹人”教育是一個見效慢的長期過程。因此我們對畢業(yè)后的學(xué)生設(shè)計了調(diào)查問卷，并堅持長期跟蹤與調(diào)查，在他們步入工作崗位一段時候后反饋回對課程和知識的評價。不僅有利于我們課程的改革，也使我們了解到現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)的方向與需求。

5 信息技術(shù)融合

5.1 虛擬仿真系統(tǒng)

基本體這章開始出現(xiàn)三維立體。學(xué)生需要具備三維立體和二維工程圖的轉(zhuǎn)換能力。因此從本章開始，建立了基本體截切相貫虛擬仿真軟件，如圖4所示。幫助學(xué)生從一開始就逐步建立空間構(gòu)思能力，部分解決空間構(gòu)型薄的問題。本軟件是作者2020年省級教改研究成果，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。

圖4 虛擬仿真軟件

5.2 三維展示平臺

為了方便學(xué)生觀察立體內(nèi)部形態(tài)，鍛煉空間構(gòu)型能力，建立了多個二維碼模型，如圖5所示。學(xué)生通過手機(jī)掃描二維碼，可以在手機(jī)中看到三維立體模型的展示平臺。對掃描后的三維模型，可以進(jìn)行查看邊界線、剖切觀察內(nèi)部、放大縮小、旋轉(zhuǎn)等操作。真正做到信息技術(shù)助力課堂教學(xué)。這一方法，有助于學(xué)生思維在三維模型和二維工程圖之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，幫助他們建立良好的空間思維能力。解決課程中空間構(gòu)型薄的的問題。同時為了展示方便，也建立了部分AR模型，用做與二維碼模型相互補(bǔ)充使用。

圖5 三通管二維碼模型

5.3 測繪實訓(xùn)軟件

針對測繪實訓(xùn)室占地小，學(xué)生使用時間緊張，制作了測繪實訓(xùn)軟件，如圖6所示。學(xué)生可以通過軟件學(xué)習(xí)測繪儀器的使用、測繪裝配體的組成、草圖繪制規(guī)范、零件圖裝配圖的出圖要求等。軟件是作者2019年校級教改研究成果。

圖6 測繪實訓(xùn)軟件

5.4 智能組卷系統(tǒng)

自主研發(fā)的機(jī)械制圖智能組卷系統(tǒng)，集合了老師們多年收集的各類型題目。通過系統(tǒng)的錄入與智能化的導(dǎo)出，實現(xiàn)了試卷的自主選題與排版，方便教師的教學(xué)。

5.5 網(wǎng)頁、微課與公眾號建設(shè)

運(yùn)營微信公眾號“二維工程圖與三維建?！保欢〞r發(fā)布機(jī)械相關(guān)行業(yè)知識與制圖技能。并把本課程微課發(fā)布在微信公眾號，方便學(xué)生反復(fù)觀看。

5.6 學(xué)銀在線

課程已經(jīng)在學(xué)銀在線上線，經(jīng)過幾輪的實踐，教師學(xué)生反應(yīng)良好。課堂中充分運(yùn)用學(xué)銀在線完成抽查點名、隨堂練習(xí)、主題討論、小組互評等環(huán)節(jié)，使得課堂教學(xué)過程更加規(guī)范，并及時保存了過程資料，為之后的評價提供依據(jù)。

6 結(jié)語

對畢業(yè)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問卷，回收的200多份調(diào)查問卷顯示，學(xué)生對制圖課程的認(rèn)可度較高。主要表現(xiàn)在：實用性強(qiáng)；知識點記憶深刻；知識結(jié)構(gòu)邏輯清晰；學(xué)生對教師滿意度高達(dá)90.68%，對課程滿意度達(dá)

89.66%。

在校學(xué)生成果主要表現(xiàn)在學(xué)科賽。近年來，作者指導(dǎo)學(xué)生獲得省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎1次；指導(dǎo)學(xué)生獲得全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽國賽團(tuán)體二等獎3次，個人一等獎2次，個人二等獎4次，個人三等獎10次；指導(dǎo)學(xué)生獲得機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽全國一等獎1項，省級一等獎5項。

作者2016年獲得省本科院校中青年教師教學(xué)競賽二等獎，榮立省個人一等功。2017年榮獲省教學(xué)成果獎（高等教育）一等獎。2019年榮獲教科文衛(wèi)體系統(tǒng)五一勞動獎?wù)隆?021年獲得全國首屆高校教師教學(xué)創(chuàng)新大賽二等獎。成功申報省級教改項目1項，先后發(fā)表教改論文3篇，申報教學(xué)用具專利一項。

“立體教學(xué)法”在經(jīng)過多輪的實踐后，學(xué)生與團(tuán)隊教師反映良好，已推廣至“工程制圖”“計算機(jī)繪圖”等課程。覆蓋我校所有工科專業(yè)學(xué)生，每年受眾包括46個班級，近2000名學(xué)生。作者受邀在校內(nèi)校外分享和推廣教學(xué)創(chuàng)新模式5次，帶動了青年教師的教學(xué)熱情。