賈涵杰　何澤銀　王正倫　梁棟　羅召霞

摘 要：新工科建設(shè)是我國在當(dāng)今世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革形勢下工程人才培養(yǎng)改革的重要部署，開創(chuàng)了我國工程教育的新路徑。機械制圖是高等院校機械類專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程，兼具較強的理論性和實踐性。由于傳統(tǒng)機械制圖教育未能很好適應(yīng)培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程科技人才的新工科建設(shè)需求，本文從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段三方面介紹了我院機械制圖課程綜合改革的探索過程，可為其他兄弟院校的機械制圖課程改革提供參考。

關(guān)鍵詞：新工科 機械制圖 工程教育專業(yè)認證

1 引言

當(dāng)今世界正在經(jīng)歷新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，綜合國力的競爭愈加激烈，為應(yīng)對金融危機挑戰(zhàn)、擴大實體經(jīng)濟、搶占未來全球創(chuàng)新生態(tài)的制高點，主要發(fā)達國家都將重振制造業(yè)作為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略目標。為應(yīng)對新的國際形勢，我國政府發(fā)布了《中國制造2025》，制定了制造強國建設(shè)的戰(zhàn)略部署，促使從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變[1]。高等教育水平是一個國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦酥?，工程教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系、相互支撐。新工科建設(shè)是為響應(yīng)制造強國戰(zhàn)略需求，支撐服務(wù)新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，突破核心關(guān)鍵技術(shù)所開展的高等工程教育改革。2017年2月，教育部發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，指出發(fā)展建設(shè)新工科要圍繞新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展[2]。隨后，《復(fù)旦共識》《天大行動》《北京指南》的新工科“三部曲”，標志著中國的新工科建設(shè)從思想到行動，已正式拉開帷幕。

新工科建設(shè)以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，創(chuàng)新性地優(yōu)化工程技術(shù)人才培養(yǎng)體系，一方面是新建包括大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、空天技術(shù)等領(lǐng)域的新工科專業(yè)，另一方面是以智能建造、智能制造、云計算、人工智能、機器人、智能醫(yī)學(xué)等新技術(shù)驅(qū)動傳統(tǒng)工科專業(yè)升級改造[3]。前者指一個全新的領(lǐng)域，后者指傳統(tǒng)工科專業(yè)的理念、內(nèi)容、標準、方法技術(shù)都需要更新改造。機械制圖作為所有機械大類學(xué)生的專業(yè)核心基礎(chǔ)課，它是工程教育的基礎(chǔ)，必須開展理性自覺的教學(xué)改革，以適應(yīng)新工科背景下對課程教學(xué)的新要求。

2 新工科對機械制圖教學(xué)提出新要求

新工科對機械制圖教育提出了新要求，具體體現(xiàn)在以下四個方面：

（1）對機械制圖教學(xué)內(nèi)容提出了新要求。在工業(yè)4.0和互聯(lián)網(wǎng)+的時代背景下，數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化等新趨勢給工程設(shè)計方式帶來革命性的變革，用人單位對畢業(yè)生的制圖技能提出了更高要求，傳統(tǒng)的機械制圖教學(xué)內(nèi)容已不能滿足新工科建設(shè)的新要求。

（2）對制圖知識與其他機械課程的交叉融合提出了更高要求。機械制圖涉及生產(chǎn)過程方方面面的知識，如金屬材料與熱處理、公差與配合、機械加工工藝、機械設(shè)計等領(lǐng)域的初步知識。新工科建設(shè)需要打破不同課程之間的壁壘，以問題為導(dǎo)向加強機械制圖與相關(guān)課程的交叉融合。

（3）在機械制圖教育中需更加注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。新工科建設(shè)是高等工程教育應(yīng)對國家制造強國和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的改革行動計劃，它所培養(yǎng)的人才應(yīng)該具有較強的創(chuàng)新思維和實踐應(yīng)用能力，能夠推動我國新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，增強我國在相關(guān)領(lǐng)域的國際競爭力。

（4）提高機械制圖對解決復(fù)雜工程問題能力的支撐作用。隨著我國加入《華盛頓協(xié)議》，如何提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力已成為高等工程教育關(guān)注的重點。機械制圖的學(xué)習(xí)應(yīng)使學(xué)生養(yǎng)成嚴謹、嚴肅、嚴格、嚴密的工程素養(yǎng)，獲得準確交流設(shè)計思想的溝通能力，而這些素養(yǎng)和能力在解決復(fù)雜工程問題中將起到基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的作用。

3 機械制圖教學(xué)現(xiàn)狀分析

3.1 教學(xué)理念陳舊

要滿足新工科建設(shè)背景下工程科技人才培養(yǎng)的新需求，作為機械制圖教師必須首先改變認識、革新教學(xué)理念。傳統(tǒng)的機械制圖課堂以教師為中心，老師滿堂灌，學(xué)生被動學(xué)，不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性[4]；傳統(tǒng)的機械制圖教學(xué)以完成知識體系講授為目標，較少關(guān)注學(xué)生工程能力的獲得情況；傳統(tǒng)的機械制圖課程建設(shè)取決于教師的個人素質(zhì)，對教學(xué)效果的持續(xù)改進缺乏制度性保障。

3.2 教學(xué)內(nèi)容局限

工程科技人才需要具有很強的實踐動手能力，在傳統(tǒng)的機械制圖教學(xué)體系下，教學(xué)內(nèi)容與工程實踐脫節(jié)較大，缺乏最新的工程應(yīng)用案例，學(xué)校教學(xué)與企業(yè)需求依然存在差異[5]。目前，我校的《機械制圖A》課程分兩個學(xué)期進行學(xué)習(xí)；大一上學(xué)期40個理論學(xué)時外加8個實踐學(xué)時，主要學(xué)習(xí)投影關(guān)系和制圖規(guī)范；大一下學(xué)期24個理論學(xué)時外加8個實踐學(xué)時，主要學(xué)習(xí)零件圖與裝配圖相關(guān)內(nèi)容。實踐學(xué)時的教學(xué)方式為上機練習(xí)，主要通過抄圖讓學(xué)生實踐和鞏固理論課學(xué)習(xí)的知識點，以及熟悉CAD軟件的操作環(huán)境。學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)CAD軟件時興趣都比較高，但隨著對軟件操作逐漸熟悉，簡單的抄圖無法進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力?？偟膩碚f，傳統(tǒng)的實踐教學(xué)安排，理論學(xué)時偏多，實踐學(xué)時偏少，理論性、概念性、規(guī)范性的內(nèi)容偏多，實際應(yīng)用性的內(nèi)容偏少，尤其缺少將制圖知識與機械設(shè)計融合的內(nèi)容。同時，大一年級新生大多數(shù)沒有實地參觀過機械制造企業(yè)，對機械制造業(yè)缺乏感性認識，不利于學(xué)生深刻理解課程內(nèi)容。

3.3 教學(xué)手段單一

當(dāng)代大學(xué)生思想活躍、個性鮮明，有著較強的求知欲和表現(xiàn)欲，對傳統(tǒng)的教師講授學(xué)生接受的教學(xué)模式認同感較低，渴望與教師之間的互動[6]。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，機械制圖技能的傳授主要依靠課堂，受課堂條件限制，教學(xué)手段主要以PPT、視頻以及板書為主，采用以教師為中心單向傳授知識的方式，課堂互動性較差，不利于學(xué)生展現(xiàn)個性、發(fā)揮主動性，學(xué)生學(xué)習(xí)效率較低。

4 機械制圖課程綜合改革措施

4.1 教學(xué)理念與時俱進

我國已是《華盛頓協(xié)議》正式成員國，構(gòu)建了具有中國特色以及國際實質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認證體系，但工程教育專業(yè)認證仍需實現(xiàn)從“形似”到“神似”的轉(zhuǎn)變[7]。實現(xiàn)轉(zhuǎn)變的前提之一是要讓新的教學(xué)理念在一線教師中形成廣泛共識和深刻認識。為此，機械制圖教研室每月組織一次教學(xué)研討例會，通過案例分享、交流討論不斷加深對“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”三大教學(xué)理念的理解。同時，學(xué)校和學(xué)院層面還通過職稱政策、績效政策引導(dǎo)老師進行教學(xué)改革研究，使新的教學(xué)理念入腦入心。最后，我們制作并采用了統(tǒng)一的畢業(yè)要求支撐度及課程目標達成度分析工具，并將這兩項指標的分析過程以及根據(jù)分析結(jié)果撰寫的持續(xù)改進報告作為課程歸檔的必須材料，使課程續(xù)改進工作得以制度化、標準化。

4.2 教學(xué)內(nèi)容緊追前沿

機械制圖教研室結(jié)合多年教學(xué)實踐經(jīng)驗，分別從教材建設(shè)和實踐教學(xué)改革兩個方面解決教學(xué)內(nèi)容局限的問題。在教材建設(shè)方面，為了順應(yīng)時代潮流培養(yǎng)具有國際視野的工程科技人才，教研室正在編寫機械制圖中英文雙語教材，并且邀請了資深的企業(yè)專家參與雙語教材的工程案例庫的建設(shè)。新教材將體現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+教材”和“數(shù)紙融合”等理念，以立體動畫、行業(yè)典型前沿應(yīng)用、企業(yè)專家談工程、相關(guān)知識點關(guān)聯(lián)與應(yīng)用等更加豐富的底層內(nèi)容呈現(xiàn)。

在實踐教學(xué)改革方面，我們保留了大一上下學(xué)期各8個學(xué)時的學(xué)時安排，但實踐內(nèi)容從原來簡單地運用CAD軟件進行抄圖練習(xí)，改為了“三維轉(zhuǎn)二維”的表達方案練習(xí)，以及“二維轉(zhuǎn)三維”的小組大作業(yè)。在三維轉(zhuǎn)二維訓(xùn)練中，學(xué)生通過掃碼使用手機查看零件三維模型，查看零件時可以對其進行任意角度的旋轉(zhuǎn)，然后選擇合適的表達方案并遵循相關(guān)國家標準繪制二維零件圖，如圖1所示；在二維轉(zhuǎn)三維中訓(xùn)練中，已知機械產(chǎn)品的裝配圖和零件圖，學(xué)生以小組分工合作的方式，分別完成零件三維建模和產(chǎn)品虛擬裝配，通過實踐教學(xué)改革試點，發(fā)現(xiàn)這類有挑戰(zhàn)的實踐內(nèi)容更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課后提問的同學(xué)對傳統(tǒng)班明顯增加。

4.3 教學(xué)手段靈活多樣

為了充分發(fā)揮學(xué)生的個性，做到因材施教，機械制圖教研室經(jīng)過多年持續(xù)改進，形成了豐富的線上教學(xué)資源，采用線上線下混合式教學(xué)模式，并大力開發(fā)第二課堂，為學(xué)有余力的同學(xué)提供進一步提高和展示自己的機會，使得機械制圖學(xué)習(xí)在學(xué)生中形成話題，進而塑造比學(xué)趕超的良好氛圍。

采用線上線下混合式教學(xué)模式是為了幫助教師高效地實現(xiàn)教學(xué)目標。新工科背景下的機械制圖課程，不僅要訓(xùn)練學(xué)生讀圖與繪圖的能力，并且還要激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)與解決復(fù)雜工程問題的能力。這些教學(xué)目標的實現(xiàn)，需要使學(xué)生對機械設(shè)計/制造過程具有感性認識，對機械與環(huán)境/安全關(guān)系具有初步意識，對學(xué)科前沿?zé)狳c擁有了解，并擁有足夠嚴格的制圖訓(xùn)練，進而形成嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和對機械專業(yè)的熱愛。為了在學(xué)時不增加的前提下實現(xiàn)這些目標，必須采用線上線下混合式教學(xué)，并注重精略結(jié)合。線上部分注重知識面寬而新穎，作為教室學(xué)習(xí)的補充主要用于發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、提供學(xué)習(xí)資源；線下部分則注重師生互動，主要用于項目研討和疑難精講，隨堂檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，解答學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的疑問。

開發(fā)第二課堂可以幫助優(yōu)秀的學(xué)生進一步發(fā)揮個性，實現(xiàn)從優(yōu)秀到卓越的轉(zhuǎn)變。在新工科建設(shè)的大背景下，我們需要大量高素質(zhì)的工程科技人才，提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量一方面要提高培養(yǎng)的整體質(zhì)量，另一方面也要提高頭部學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。機械制圖教研室采用以賽促學(xué)，依托“全國大學(xué)生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽”，先在學(xué)院組織海選擴大參與面，報名海選的學(xué)生都利用課余時間參加教研室組織的統(tǒng)一集訓(xùn)，集訓(xùn)題目的難度及強度均大于正常教學(xué)環(huán)節(jié)。最終，通過統(tǒng)一集訓(xùn)，學(xué)生整體的制圖水平有了提高，特別是參加了省賽和國賽的同學(xué)，經(jīng)過自身的主動學(xué)習(xí)和刻苦訓(xùn)練，制圖技能和軟件技能均已比較出眾，并在本科階段后續(xù)的“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽及各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中均表現(xiàn)出較好的工程素養(yǎng)和解決問題的能力，能夠通過嚴謹?shù)乃伎歼M行合理的機械設(shè)計并準確地表達自己的設(shè)計意圖。

5 結(jié)語

機械制圖是未來工程科技人員不可或缺的重要基礎(chǔ)技能。新工科建設(shè)對機械制圖教育提出了新要求，本課程面向全體機械大類學(xué)生，是大學(xué)生最先接觸的專業(yè)基礎(chǔ)課，并承載著對學(xué)生建立工程概念的啟蒙。本次改革基于新工科建設(shè)需求，從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段三方面展開，其根本目的是要培養(yǎng)適應(yīng)時代需要的高素質(zhì)工程人才。

基金項目：重慶交通大學(xué)教學(xué)改革研究基金資助項目《“新工科”建設(shè)背景下以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的機械制圖課程教學(xué)改革研究》（項目編號：2103025）。

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