吳黎　唐樂為 　諶霖霖

［摘 要］面向新工科建設(shè)和黨的二十大的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略要求，工程制圖課程需要探索構(gòu)建以信息化資源為支撐的智慧教學(xué)新模式。文章初步探索以多維互動為特征的工程制圖課程時空融合信息化教學(xué)新模式，設(shè)計(jì)融合智慧教室及在線云平臺的課堂協(xié)作探究教學(xué)路徑，即以促進(jìn)學(xué)生三維空間想象能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的發(fā)展為課程教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，采用多維教學(xué)互動方式，強(qiáng)調(diào)并突出學(xué)生探究性和個性化創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。該信息化教學(xué)新模式可為工程制圖課程信息化教學(xué)改革提供思路與參照，對新工科其他專業(yè)工科基礎(chǔ)課程信息化建設(shè)有一定的參考意義。

［關(guān)鍵詞］工程制圖；信息化教學(xué)；多維互動；協(xié)作探究

［中圖分類號］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）09-0054-04

一、課程概述

工程制圖課程是高等學(xué)校工科類專業(yè)本科生的必修課程之一，通過畫法幾何、制圖基礎(chǔ)和工程制圖三個部分內(nèi)容的教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生三維立體空間思維的培養(yǎng)和發(fā)展。湖南大學(xué)的工程制圖課程面向7個國家級一流本科專業(yè)，每學(xué)年平均授課總?cè)藬?shù)上千，從知識、能力、素質(zhì)和思政[1]四個維度設(shè)置課程教學(xué)目標(biāo)（見圖1）。

工程制圖課程圍繞著三維空間立體與二維工程圖樣兩個教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，要求學(xué)生掌握工程圖樣繪制和識圖方法，著重培養(yǎng)學(xué)生的三維立體空間想象能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。根據(jù)新工科建設(shè)要求，工程制圖課程教學(xué)改革從工程教育和信息化改革角度出發(fā)，提出“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”五維全覆蓋課程改革思路[2]。為了培育具備新工科背景的工程創(chuàng)新型高端復(fù)合人才，應(yīng)以工程產(chǎn)品需求為導(dǎo)向、以數(shù)字化模型設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，構(gòu)建新工科建設(shè)下工程制圖課程教學(xué)新體系，將傳統(tǒng)的木模和掛圖等教輔工具逐步轉(zhuǎn)換為數(shù)字化模型和工業(yè)化產(chǎn)品[3]。近年，工程制圖課程面臨的主要困境是課程學(xué)時數(shù)不斷減少和教學(xué)知識點(diǎn)保持不變的矛盾[4]。結(jié)合工程制圖課程的現(xiàn)狀，基于信息化技術(shù)的工程制圖教學(xué)改革需要著重解決三個教學(xué)難點(diǎn)問題：（1）根據(jù)黨的二十大的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，結(jié)合授課學(xué)生基數(shù)大、授課專業(yè)范圍廣的工程制圖課程教學(xué)特點(diǎn)，如何設(shè)計(jì)和開展工程制圖課程的個性化教學(xué)；（2）如何設(shè)計(jì)和實(shí)施工程制圖課程基于時空融合的信息化教學(xué)模式；（3）如何改善和提升課堂網(wǎng)絡(luò)化互動教學(xué)效果。面對新工科建設(shè)的課程要求，筆者探索并構(gòu)建以多維互動為特征的工程制圖課程信息化教學(xué)新模式，以學(xué)生的三維空間想象能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的發(fā)展為課程教學(xué)設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)高校工科專業(yè)本科生的探究式學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。該教學(xué)新模式能夠?yàn)槠渌盒９こ讨茍D課程信息化教學(xué)改革提供思路與參照，對新工科其他專業(yè)工科基礎(chǔ)課程信息化建設(shè)有一定參考意義。

二、工程制圖信息化教學(xué)設(shè)計(jì)

工程制圖課程以圖形系統(tǒng)（包含點(diǎn)、線、面和立體等幾何元素以及文字、符號等）為載體，表達(dá)工程對象客體屬性信息[5]，能夠?yàn)楹罄m(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐工作提供基礎(chǔ)理論和實(shí)踐知識儲備[6]，通過教授工程制圖相關(guān)知識，培養(yǎng)工科類專業(yè)學(xué)生工程制圖投影理論應(yīng)用和工程圖樣繪制能力，推動學(xué)生三維立體空間想象能力的形成和發(fā)展。經(jīng)過60多年的發(fā)展，湖南大學(xué)工程制圖課程教研組根據(jù)課程教學(xué)需求創(chuàng)建了一系列信息化教學(xué)平臺，包含立體化教材體系、校級課程中心、超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺和愛課程慕課教學(xué)平臺，為工程制圖課程信息化教學(xué)改革提供了豐富的信息化平臺基礎(chǔ)資源。面向課程信息化教學(xué)的改革難點(diǎn)和新工科建設(shè)的發(fā)展方向，下面從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)互動三個方面進(jìn)行工程制圖課程的信息化教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）工程制圖教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

針對前述難點(diǎn)問題（1），為了滿足學(xué)生分類分層次的個性化學(xué)習(xí)需求，采用課程實(shí)踐、綜合作業(yè)、專業(yè)競賽和拓展項(xiàng)目四個漸進(jìn)式階段，構(gòu)建工程制圖課程的進(jìn)階式實(shí)踐教學(xué)體系（見圖2），最終實(shí)現(xiàn)知行合一的工程制圖課程個性化實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)。在第一階段，課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容包含線段分析、二維圖繪制、三維建模和部件測繪，分別對應(yīng)課程理論知識點(diǎn)，屬于學(xué)生必須完成的課程實(shí)踐內(nèi)容。在第二階段，綜合作業(yè)采用項(xiàng)目式教學(xué)方式進(jìn)行開放式選題，讓學(xué)生以小組形式協(xié)作完成三維建模、應(yīng)力分析、拓?fù)鋬?yōu)化、優(yōu)化構(gòu)型、3D打印和項(xiàng)目報(bào)告六部分教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容。學(xué)生可以根據(jù)個人興趣參加先進(jìn)成圖創(chuàng)新大賽和拓展項(xiàng)目等課程選修教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目，探索課程高階學(xué)習(xí)內(nèi)容。此外，引入了個性化前沿內(nèi)容，提高工程制圖課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，持續(xù)激發(fā)學(xué)生的探究式學(xué)習(xí)熱情。融入課程思政教學(xué)，與專業(yè)內(nèi)容教學(xué)同向同行，不斷挖掘現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容的課程思政元素，將知識傳授和價值引領(lǐng)相互融合，實(shí)現(xiàn)工程制圖課程的全員、全方位、全過程“三全育人”教育新格局。

（二）工程制圖教學(xué)模式設(shè)計(jì)

針對前述難點(diǎn)問題（2），根據(jù)已建成可擴(kuò)展的交互式數(shù)字化三維立體模型庫，構(gòu)建以信息化資源為支撐的智慧教學(xué)模式（見圖3）。為達(dá)成預(yù)定的四維教學(xué)目標(biāo)，組織課程教學(xué)邏輯設(shè)計(jì)，選用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)或合作式學(xué)習(xí)等教學(xué)方式設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)任務(wù)；通過教學(xué)路徑設(shè)計(jì)，促使學(xué)生參與師生、生生多維互動，利用豐富的信息化資源（信息化平臺、網(wǎng)絡(luò)化資源、交互式數(shù)字化模型和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺等），通過技術(shù)賦能實(shí)現(xiàn)教學(xué)重點(diǎn)動態(tài)調(diào)整、教學(xué)組織形式重構(gòu)和精準(zhǔn)評價及優(yōu)化，助力工程制圖課程智慧教學(xué)水平的提升。通過分析提取測試、討論、作業(yè)和考試中的教與學(xué)大數(shù)據(jù)信息，在超星學(xué)習(xí)通平臺中構(gòu)建基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的工程制圖課程知識圖譜，精準(zhǔn)評價學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，持續(xù)優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)過程。針對課前、課中和課后教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)路徑，結(jié)合在線課程慕課/學(xué)習(xí)通教學(xué)資源和信息化教學(xué)實(shí)踐平臺（虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺），進(jìn)一步提出工程制圖課程的協(xié)作探究式課堂教學(xué)模式（見圖4），構(gòu)建師生、生生互動新形態(tài)。

課前教學(xué)主要依托工程制圖在線慕課和超星學(xué)習(xí)通平臺線上班級開展在線學(xué)習(xí)和互動討論；課中教學(xué)設(shè)計(jì)了融合智慧教室及在線云平臺的課堂信息化協(xié)作探究教學(xué)路徑；課后教學(xué)利用自主設(shè)計(jì)的信息化資源網(wǎng)站布置個性化課后作業(yè)，并上傳到校級課程中心，進(jìn)行師生、生生互評。

以信息化資源為支撐的課堂協(xié)作探究教學(xué)路徑分為四步。第一步，問題反饋牽引。通過信息化教學(xué)平臺的在線討論、課前測試和專項(xiàng)訓(xùn)練功能反饋學(xué)生的課前學(xué)習(xí)情況，分析線上學(xué)習(xí)重難點(diǎn)，確定課程教學(xué)目標(biāo)和對應(yīng)的不同教學(xué)路徑。第二步，測驗(yàn)與分析。教師通過雨課堂發(fā)布課堂測驗(yàn)習(xí)題，實(shí)時了解學(xué)生的動態(tài)學(xué)情，學(xué)生通過手機(jī)或平板移動端掃描二維碼實(shí)時查看交互式三維立體模型并回答課堂測試問題。第三步，協(xié)作探究學(xué)習(xí)。教師通過在線云平臺講解課程重點(diǎn)內(nèi)容，采用基于云平臺的線上線下協(xié)作探究教學(xué)新方法，借助希沃品課小程序開展課堂討論，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺讓學(xué)生獲得沉浸式仿真實(shí)踐體驗(yàn)。最后一步是評價與總結(jié)。教師通過雨課堂實(shí)時收集學(xué)生的課中學(xué)習(xí)反饋，整理課堂教學(xué)數(shù)據(jù)，用于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程評價，并根據(jù)教學(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果展開教學(xué)反思和總結(jié)。

（三）工程制圖教學(xué)互動設(shè)計(jì)

針對前述難點(diǎn)問題（3），采用師生和生生多維度互動教學(xué)方式（見圖5），并創(chuàng)建交互式數(shù)字化教學(xué)資源庫。根據(jù)不同的教學(xué)互動對象，將工程制圖課程互動教學(xué)方式分為人機(jī)互動、人—平臺—人互動和人際互動三個維度。

通過實(shí)時查看本地交互式模型和在線數(shù)字化模型、參與虛擬仿真教學(xué)實(shí)踐平臺實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動，滿足學(xué)生的個性化自主學(xué)習(xí)需求，助力學(xué)生三維立體空間想象能力的提升。創(chuàng)建交互式數(shù)字化模型資源庫，通過PDF閱讀器、IE瀏覽器和在線云平臺，可視化三維呈現(xiàn)零部件的內(nèi)部構(gòu)造和工作原理，提升學(xué)生的三維立體空間想象能力。其中，在線云平臺通過云圖三維在線建模網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)了云端在線網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同建模、實(shí)時查看云端數(shù)字化模型的功能，打破了傳統(tǒng)專業(yè)建模軟件的模型類型限制。通過自主開發(fā)的工程制圖課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，創(chuàng)建沉浸式虛擬仿真環(huán)境，考查學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力，反饋教學(xué)效果，用于教學(xué)設(shè)計(jì)持續(xù)改進(jìn)。

為了適應(yīng)新冠疫情時期融合線上線下混合式教學(xué)新要求，教研組積極探索基于在線云平臺的協(xié)作式人際互動新方式（見圖6），顯著提高了疫情時期線上教學(xué)互動效果。采用小畫桌協(xié)作式畫圖網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)線上線下生生、師生教學(xué)實(shí)時互動，適用于在工程制圖課程中開展工程圖樣繪制的協(xié)作探究教學(xué)新模式。人際互動主要體現(xiàn)在課堂教學(xué)階段，包含提問、分析和討論三個典型師生和生生互動環(huán)節(jié)。

三、教學(xué)效果

通過以上信息化教學(xué)設(shè)計(jì)措施，有效解決了工程制圖課程的現(xiàn)有信息化教學(xué)難點(diǎn)問題，并取得了顯著的教學(xué)成效，助力學(xué)生三維立體空間想象能力的提升。首先，采用進(jìn)階式個性化創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，顯著增強(qiáng)了工科類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，指導(dǎo)大學(xué)一年級本科生參加大學(xué)生A類競賽并斬獲國家級獎項(xiàng)共5項(xiàng)。其次，采用基于在線云平臺的協(xié)作探究教學(xué)新模式，使得工程制圖課程的教學(xué)信息化程度大幅提高。其中，湖南大學(xué)的工程制圖慕課至2023年1月已開課5次，參與學(xué)習(xí)人數(shù)累計(jì)3萬多，并在2020年獲批湖南省省級精品在線開放課程；教研組獲批教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目2項(xiàng)，積極建設(shè)基于VR教學(xué)云平臺的工程制圖課程優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，并取得了一定的教學(xué)成果。教研組成員還積極參加國內(nèi)外圖學(xué)會議，學(xué)習(xí)工程制圖課程前沿信息化教學(xué)方法，不斷提升課程信息化教學(xué)水平。最后，工程制圖課程的信息化教學(xué)改革始終以學(xué)生為中心，經(jīng)過多年建設(shè)，持續(xù)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情穩(wěn)步提高。

四、總結(jié)

工程制圖課程屬于工科類專業(yè)學(xué)生的入學(xué)必修課程之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生的三維立體空間想象能力。根據(jù)新工科建設(shè)需求，教研組將傳統(tǒng)的木模等教學(xué)模型轉(zhuǎn)換為基于在線云平臺的交互式三維數(shù)字化模型，為學(xué)生個性化線上學(xué)習(xí)提供了基礎(chǔ)保障條件。為了進(jìn)一步解決工程制圖課程信息化教學(xué)改革難題，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)互動三個方面開展工程制圖課程信息化教學(xué)設(shè)計(jì)。

首先，構(gòu)建了進(jìn)階式實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生個性化實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)，以達(dá)成知行合一的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)。

其次，創(chuàng)建了以信息化資源為支撐的協(xié)作探究課堂教學(xué)新模式，解決了線上線下混合式教學(xué)模式中線上教學(xué)互動不足的難題，顯著提升了疫情時期課堂線上教學(xué)互動效果。

最后，設(shè)計(jì)了多維互動教學(xué)方式，構(gòu)建了師生和生生互動新形態(tài)，采用在線云平臺實(shí)現(xiàn)課堂師生、生生網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時互動，大幅提升了時空融合的信息化教學(xué)新模式下學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。

上述信息化教學(xué)模式有效解決了工程制圖課程課時數(shù)減少但教學(xué)知識點(diǎn)不變的教學(xué)困境，使教師能夠充分利用課堂教學(xué)學(xué)時開展一系列的探究教學(xué)活動，持續(xù)提高學(xué)生的三維立體空間想象能力，對其他工科基礎(chǔ)課程信息化建設(shè)具有一定的參考意義。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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[2］ 教育部高等教育司.教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知[EB/OL].（2017-02-23）[2023-01-05]. http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html.

[3］ 唐樂為，熊德紅，黃星梅，等. 以工程需求為導(dǎo)向的工程制圖測繪實(shí)踐教學(xué)模式探索[J].大學(xué)教育， 2020（11）： 91-93.

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［責(zé)任編輯：周侯辰］