基于反馈的工程制图课程教学改革

王晓菲 穆浩志 牛兴华 薛立军

（1.天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，天津 300384；2.机电工程国家级实验教学示范中心（天津理工大学），天津 300384）

基于反馈的工程制图课程教学改革

王晓菲1，2穆浩志1，2牛兴华1，2薛立军1，2

（1.天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，天津 300384；2.机电工程国家级实验教学示范中心（天津理工大学），天津 300384）

工程制图课程是许多工科专业的基础课，对于奠定学生的专业基础和培养学生工程素质起着非常重要的作用。以机械类工程教育认证为背景，在学生为中心，成果为导向的教育理念引导下，对基于课程达成度分析、网上反馈及其它反馈的工程制图课程教学改革进行了思考与探索。论述了反馈建立的意义、内涵及有效运用，讨论了工程制图的课程组织、教学方式、现代教学手段、教师能力提升等方面的改革设想与实践。在教学过程中，应树立以学生为本的教学理念，重视反馈，时刻倾听学生的呼声，适时进行教学改革，不断提高教学质量，为培养具有工程能力和工程素养的人才做出贡献。

工程教育；成果导向；反馈；工程制图；课程达成度

一、引言

自2016年我国成为《华盛顿协议》正式成员以来，通过工程教育认证，先进的教育理念推动着我国工程教学的改革[1-2]，成果导向教育（Outcome-Based Education简称OBE）的教育理念正在深入人心。成果导向即考量学生毕业时是否能够满足毕业要求，毕业一段时间后，是否满足培养目标要求。签订《华盛顿协议》的各个成员间所承认的就是毕业生具备的职业能力和素养。

工程教育认证标准有学生、培养目标、毕业要求、课程体系、师资队伍、支持条件及持续改进等七个要素，其中，毕业要求是本科生毕业时需达到的标准。结合社会发展、区域发展以及本校本专业的特点等方面，将专业认证提出的十多条毕业要求，根据专业的特点，细分为若干指标点，并进一步构建能覆盖所有指标点的课程体系，课程体系中的重要环节则是良好的课程教学。只有学生达到了课程教学的目标，课程体系才能有效支撑毕业要求指标点。而课程目标则体现在教学大纲中[3]。教师根据课程特点，按照教学大纲对课程进行设计，最终完成课程教学。

工程制图是许多工科专业的基础课，它的教学质量优劣不仅影响到学生的识图绘图能力，对后续课程的学习影响较大，而且影响到学生的创新能力和工程素质的培养。学生通过工程制图课程的学习，将掌握工程领域的基本技能，具备较好的识图绘图能力和空间思维能力。要保证课程教学对工程教育专业认证指标的有效支撑，有必要建立有效的教学保障，了解课程目标是否实现，获得这些信息就需要来自学生的反馈。通过反馈，教师可以很好地了解学生“学”得如何、是否达成课程目标，从而充分发挥教师的主导作用，对课程进行持续改进。

二、教学过程中反馈机制的内涵和意义

教学过程实际上是一个有明确目的的知识传递过程。可抽象为一个信息传输系统，知识输出和接收的主体分别是具有思维的教师和学生。教学反馈过程则是学生对接收的知识进行加工处理后（包括知识的接收、消化和吸收等），以一定方式反应给教师的过程。教学反馈过程的示意图如图1所示。

图1 教学过程中反馈机制示意图

教师与学生的位置在教学活动中分别是主导地位和主体地位。图1中的实线空心箭头表示教师的有关课程信息来源，它来源于教师自身的受教育过程、阅读参考书等知识积累与更新的渠道；教师经过备课对自己掌握的知识进行系统地加工，形成内容丰富、逻辑性强、有条理的思路，通过各种教学环节，将知识传输给学生，如图1中的粗黑实箭头所示；学校的教学活动是学生接受知识的主渠道，同时学生也可通过参阅参考书、网络查询等获取一定的课程信息 （图1中的虚线空心箭头）。图1中的细实线箭头则表示学生对于获取的课程信息进行消化吸收后，通过各种形式将自己对课程理解的信息反馈给教师的过程。反馈的信息中有正面信息（用“＋”号表示）和负面信息（用“－”号表示），分别称为正反馈和负反馈。正反馈包括对教师教学内容的讲解、教学方式的运用的肯定，也包含学生对知识点深化后的有益想法。教师应把它作为对自己进一步搞好教学的鞭策，鼓励学生大胆设想。负面反馈则是对教师教学过程中提出意见或建议，或者是学生在自修后仍感觉困惑的内容。对于负反馈和提出有益想法的正反馈，教师应予以高度重视，充分利用这一宝贵资源不断地适应教学主体，改进教学，启发学生的思维，提高教学质量。

反馈实质上是教师、学生间的教学交流和互动，是教学活动中教师为主导、学生为主体的过程保证，是保证教学质量、有利于学生主动思维和创新意识培养的必不可少的环节。含反馈过程的整个教学过程，就构成了一个教学闭环系统，有利于教学成果的优化，反之，则是开环系统，对教学成果的提升不利。

教学过程中建立良好的反馈有利于教师自我完善。教师只有结合学生的反馈信息，从诸多方面知晓教师自身有待改进的地方，及时调整和优化，才能实现教师授课水平的自我提升。对于学生在具体知识点反馈信息中的非共性问题，教师可采用启发的方式和讨论引导方式，深化学生的思维，解答学生所提问题，对于共性问题，在分析其产生原因的基础上，针对性地改进自身教学或与学生进一步讨论。

教学过程中建立良好的反馈有利于激发学生的学习兴趣。学生在学习过程中有好的想法和思路，通过反馈可以与教师进行沟通讨论，及时得到教师的评价与指导，这对学生来讲，可以很大程度地建立课程学习方面的自信心。学生在学习过程中碰到问题，通过反馈得以及时解决，可使学生避免问题的累积，从而轻松学习，增强学习兴趣，提高学习效果。

教学过程中建立良好的反馈，为教师和学生提供了师生互动的渠道，教师能根据学生对课程内容掌握的整体情况实施有的放矢地教学。不断地更新知识、反思自身的教学、有效运用现代教学手段，增加教学活动的感染力和吸引力。反馈使得学生的主动思维活动及时受到激励，对学生创新意识循序渐进地形成起到了非常重要的作用。

三、基于反馈的教学改革

OBE教育理念中，以成果为导向，对课程进行反向设计，设计的出发点是学生。根据工程教育认证的标准，学生是否能满足毕业要求，取决于专业的课程体系是否能支撑指标点，这一环节实现与否是由课程教学效果来评价的，即学生是否实现了课程目标，这就需要从学生的“评学”等反馈的渠道而获得。

1.教学过程中主要的反馈方式

在工程制图教学中，我们充分运用了平时作业反馈、课程达成度分析、课堂实时反馈、口头和书面反馈以及网上浏览反馈等诸多反馈方式。而平时作业反馈和课程达成度分析是通过对学生掌握知识等方面的评价而获得反馈信息的，所以可将二者称为“评学”反馈方式。从教学成果导向角度进行分类，“评学”反馈方式属于可量化反馈方式，而课堂实时反馈、口头和书面反馈以及网上浏览反馈等则属于非量化反馈方式。

在工程制图课程教学中，学生识图绘图能力的训练包括课内练习与课外作业练习等环节，作业与课堂教学内容适时相关联。学生通过作业的练习巩固所学内容，了解自己对知识点的掌握情况。教师根据课程内容，制定相应的详细评分标准，以便更准确地获取学生对知识点的掌握情况，更准确地了解学生对知识消化和吸收的效果。

课堂教学是有温度的教学，教师可以通过学生的眼神、表情等了解学生对当时所讲内容的理解情况，这种反馈方式，可称为课堂实时反馈。学生也可根据自己的学习情况、教师的授课情况直接向教师进行口头反馈或书面反馈，也可通过对教师的教学等环节进行量化“评分”。

除了以上两种常见的反馈外，还有课程达成度分析和网上反馈的方式。

（1）课程达成度分析

课程达成度评价是衡量课程教学质量的重要手段，对教学活动的持续改进和专业教学改革有着指导作用。其具体方法是：将工程认证标准中的12条毕业要求细化为若干可衡量、可操作、可评价、有逻辑性的指标点，再列出指标点分解及达成矩阵并赋予权重值，根据课程的试卷、作业、实验等考核材料进行量化分析。

以天津理工大学机械类工程制图为例，该课程与毕业要求的支撑关系如表1所示，表中H表示支撑度高。以支撑的毕业要求6为例，毕业要求6分解为3个指标点，对应同一指标点的所有课程的权重值之和为1，如表2所示。工程制图课程对毕业要求6的指标点6.1有支撑作用，权重值为0.4，其中考试对应的权重值为0.3，作业对应的权重值为0.1。

依照课程对毕业要求指标点的支撑关系，完成对课程的达成度分析。根据学生人数，随机抽取具有统计意义的1个教学班的试卷和作业作为样本，再按照公式1[4]完成达成度评价值的计算，从而了解学生完成课程的目标情况。

表1 工程制图课程对毕业要求的支撑关系矩阵

表2 毕业要求6对应的课程及其权重值

其中，指标点和权重值是由学院相关人员依据本专业的培养目标而确定；评价值的标准是根据本专业人才培养体系而设置[5]。这种判断指标点是否达成的可量化评价方式为课程考核达成度分析。

以2016级一个机械类教学班考试试卷和作业为例，说明达成度的计算方法，如表3所示。

表3 支撑毕业要求指标点6.1的作业及考试成绩数据采集表

作业（剖视图）和作业（尺寸标注）对应满分为100分，样本平均分为88.43，则该课程中对应指标点6.1的达成度评价值为：作业评价值＝0.1×88.43/100＝0.084。考试试卷中剖视图和尺寸标注对应的满分为37分，样本平均分为24.31，则该课程中对应指标点6.1的达成度评价值为：考试试卷评价值＝0.3×24.31/37＝0.19。 则工程制图课程对毕业要求指标点6.1的达成度评价值为：评价值＝0.084+0.19＝0.27。

根据毕业要求评价为“达成”与“未达成”两种情况，学生获得60分（即折算为0.6）即为“通过”。设定0.65作为“达成”的评价标准，评价值≥0.65即“达成”，说明达到了要求；评价值＜0.65，则为“未达成”。则2016级样本的评价值为：0.27/0.4＝0.67＞0.65，即课程达到预期，但还需要改进。

通过样本的分析，获得该课程对相应指标点的支撑度，从而判定确定课程目标是否实现。通过达成度评价值不仅有利于整体了解所有学习该课程学生的学习情况，从宏观上对课程大纲等的改革，更有利于教师了学生的掌握知识点的薄弱环节，从而在下次授课时针对性地进行改进。

（2）网上课程反馈

建立线上教学平台，教师可从平台中了解学生自主学习的情况，如表4所示。通过网上学生浏览情况可以了解学生对知识点地关注程度、学生是否进行自主学习等方面的情况。并结合学生上课的课堂、作业情况，更加全面的了解学生的学习情况。

表4 学生网上学习情况

学生可以通过网络，随时提出问题，教师就学生的提问进行及时解答，如图2所示。同时，教师也可以通过网络提出问题、引申，以便给课堂的讲解设置一定的悬念，引导学生自主思考。

图2 师生网上交流

在上述反馈中，平时作业反馈、课堂实时反馈、口头和书面反馈以及网上课程反馈等方式是具有较好的实时效果，教师可借助于这些方式的反馈信息对教学进行实时调整改革。课程达成度分析则是基于作业和考试的评价结果，只能在下学期授课时改进。

2.基于反馈的教学改革

在工程制图教学中，我们充分运用了反馈，反向设计教学。结合学生的反馈意见对课程从内容的讲解到现代教学手段的应用等多方面进行了及时的调整改革和针对性的设计，在教学活动中，更好地引导了学生，保证了课程的教学质量，实现了课程教学成果的提升。

基于课程的反馈信息，针对许多学生对截切知识点感觉很枯燥、难以掌握的情况，我们一方面在橱窗、模型教室展示三维实体模型，增加电子三维模型；另一方面，在课堂上，结合实际生活中所用到的实例进行讲解。针对学生感觉课堂内容无法随时随地再现、遇到问题往往得不到及时解决的情况，我们顺应时代的发展，开发了基于MOOC理念的工程制图在线课程，将现代教学手段应用到课程中[6]，学生可随时随地学习课程内容，拓展了学生自主学习的空间和时间。针对有些学生感觉工程制图内容“陈旧”、“学无用武之地”的情况，我们增加了具有综合性、设计型特点的“项目”实践教学环节，如“鼠标设计”、“扳手设计”等，该教学环节的增设，有利于提升学生利用所学知识解决复杂工程问题的能力和创新能力。

基于在校生、毕业生的反馈，结合工程教育认证标准中的达成度分析，我们认真思考了目前的工程制图教学。通过工程制图课程的学习，学生普遍具有较好的识图绘图基础，然而，在工程素质和创新能力方面还有较大的提升空间。诚然，工程素质和创新能力取决于多方面因素，但作为衔接基础课和专业课之间的重要专业基础课，工程制图理应承担起奠定学生识图绘图基础、培养学生空间思维和创新思维能力的任务。结合天津理工大学机械类工程制图的达成度分析等诸多反馈信息，就工程制图课程教学的深层次改革进行了以下思考。

（1）课程组织的调整

传统工程制图教学有其优势，以识图和绘图为主线，教学活动侧重于学生对知识点的掌握。但目前人工智能的迅猛发展以及社会对具有较强创新能力人才的需求，对工程制图的教学改革提出了更高的要求。工程制图课程应从以知识传授为主的培养模式转变为知识、能力、素质的综合培养，因此，有必要对传统的教学内容组织模式进行调整改革。鉴于工程制图课程的特点，在教学活动中，应注重削枝强干，在强调基本知识点的基础上，加强“形体分析”，突出工程应用，使学生很好把握事物之间的联系。工程制图课程应加强对一些结构的“整体-局部-整体”的剖析思路，即从一些特定的 “复杂几何体”研究对象入手，对这些“体”结构进行分解，将其分解为一些简单几何体的组合，再对这些简单几何体，引入投影、画法几何、三视图、剖视图等概念，与学生研讨它们的表达方法，然后，再将已表述的这些简单几何体“合成”为原来的“复杂几何体”实体，如图3所示。

图3 工程制图课程“整体-局部-整体”示意图

这样，不仅有利于学生对知识点的掌握，更有利于学生建立事物之间的联系，增强了学生 “宏观”意识和把握结构“全局”的能力。

（2）改革教学方式

根据课程特点，在基于教材的课堂教学之外，采取“走出去、请进来”的教学方式，努力营造能有效激发学生的兴趣和学习热情的学习氛围。“走出去”就是到生产第一线，让学生亲身感受所学知识的“用武之地”，让学生亲眼看到实实在在的工程机械构造，增强学生的创新意识。目前，随着科技的发展，各种新型结构层出不穷，如医疗机器人、太空机器人及各种大型设备等，都给工程制图课程的教学提供了良好的素材。“请进来”就是请有经验的工程师或学校里学科带头人给学生介绍有关领域的发展，结合实际工程应用，与学生互动讨论知识的重要性、创新的必要性和可能性，较授课教师一家之言，借“他人”之口，讲解结构的多样性和巧妙性，拓展学生的知识视野，使学生感受到所学知识的广阔应用领域和科技发展的挑战性。同时，积极组织学生参与教师的科研项目，通过科研，“启迪”学生的创新意识和思维。

在线课程应结合学生反馈意见，不断完善、扩充。在线课程设计过程，应力求做到变枯燥为有趣，增强互动性。目前，正在尝试在已有的在线课程中再增加一些更具趣味性的内容、增设更多的交互窗口等，力求最大限度减小课程的枯燥乏味性，实现寓教于乐。图4给出了具有互动环节的绘制第三视图的流程。同时，为满足学生碎片化时间的应用，以在线课程平台为依托，编写基于二维码技术的实验指导教材。学生可通过扫描二维码，来获取相应的教学视频，实现实时在线帮助，弥补课堂上学习的不足。

（3）进一步提升教师素质

图4 根据已知的两个视图绘制第三个视图流程图

教师处于教学的主导地位，要培养出高质量的学生，教师的作用毋庸置疑，正所谓强将手下无弱兵。要不断强化教师的工程意识和创新能力。在高等院校，应鼓励授课教师积极参与科研项目，使教师站在科技发展前沿。同时，还应积极创造条件，鼓励授课教师走进企业，实现理论与生产实际相结合。一方面，教师能不断地掌握实实在在的实践知识，始终保持充分的、最新的知识储备，从而在授课过程中，能与时俱进地培养学生的科学思维和工程素养；另一方面，教师这种不断汲取人类科技进步的成果、不断探索的精神，在教学活动中，会感染学生，能有效激发学生探索未知的欲望。

四、结束语

工程教育认证对工程制图课程提出了新的要求，教学活动中应以教学成果为导向，以培养合格的、具有较好工程素质的人才为出发点。工程制图课程作为工科类专业的基础课，不仅在人才培养方面具有重要作用，同时该课程支撑工程教育认证的指标点，这就意味教学过程必须是具有反馈的闭环教学系统。根据工程制图教学的发展趋势，结合课程教学的实践经验，在基于反馈的工程制图教学改革方面（包括课程组织、教学方式、现代教学手段、教师素质等方面）进行了一些思考与探索。在成果导向的教育理念的指导下，充分运用多种反馈方式，使教师真正了解学生的学习情况，从而对课堂教学进行针对性地改革，实现课程目标，提高教学质量，使学生满足毕业要求，实现了教学成果最大化。

随着时代的发展，科技进步，教学改革永远在路上。教师应时刻注意接收学生的反馈信息，适应教学主体和时代发展，不断地进行教学改革，有效培养学生的工程素质和创新能力。

[1]李志义.对我国工程教育专业认证十年的回顾与反思之一：我们应该坚持和强化什么[J].中国大学教学，2016（10）：10-16.

[2]林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究，2015（2）:10-19.

[3]穆浩志，薛立军，牛兴华.工程教育专业认证背景下工程制图课程大纲的改革与实践[J].图学学报，2016，37（5）：711-717.

[4]欧红香，葛秀坤，邢志祥.毕业要求达成度评价体系探究[J].黑龙江教育，2015（5）:4-5..

[5]高相胜，昝涛，王民.工程教育认证毕业要求达成度评价方法和步骤[J].教育教学论坛，2016（51）:206-208.

[6]张宗波，王珉，吴宝贵，等.“线上+线下融合式”工程图学课程建设与教学实践[J].图学学报，2016，37（5）:718-725.

Engineering Drawing Course Reform Based on Feedback

WANG Xiaofei1，2,MU Haozhi1，2,NIU Xinghua1，2,XUE Lijun1，2
（1.Tianjin Key Laboratory of the Design and Intelligent Control of the Advanced Mechatronical System,Tianjin 300384,China;2.National Demonstration Center for Experimental Mechanical and Electrical Engineering Education （Tianjin University of Technology）,Tianjin 300384,China）

Engineering drawing,as a basic course of many engineering specialties,is very important for students in laying a solid foundation for their study and work and improving their engineering quality.Taking the engineering education accreditation,the concept of student-centered and outcome-based education into consideration,this paper presents some thinking for reforming the course,based on the discussion of course achievementevaluation and network feedback,etc.The reform should include changing the course contents and teaching methods,using modern teaching means,and improving teachers’abilities.Meanwhile,the teachers should firmly follow the student-oriented concept and listen to the voice of the students by means of feedback at any time.Thus,the teaching can be reformed,quality can be improved and the engineering ability and quality of the students can be cultivated.

engineering education;outcome-based education;feedback;engineering drawing;course achievement evaluation

G642.0

王晓菲（1984—），女，讲师，研究方向：工程图形、机器人学。

天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划（171006004F）；天津理工大学教学基金项目（ZD17-03、YB17-02）。

张华凡）