新工科人才培养目标下《工程制图》开放式教学内容体系优化研究

方海燕，李明玲，李宏林，程 磊

(巢湖学院 化学与材料工程学院，安徽 合肥 238000)

2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”。并颁布了“关于开展新工科研究与实践的通知”，提出要全面探索能够引领世界的工程教育。形成中国的经验和中国的模式，以帮助建设一个高等教育强国[1-2]。新工科旨在培养未来多元化和创新型的工程卓越人才[3-4]。“新工科”的提出与建设对高校工科专业教育专业的发展提出了新的方向和挑战，推动现有工科专业的改革创新势在必行，工科专业课程教学模式改革与创新，教学内容体系的整合与优化至关重要。

《工程制图》课程是工科院校学生必修的一门专业技术基础课，是工科院校实现人才培养目标的重要基础课程之一。该课程的改革将直接影响后续课程设计等实践实训环节的实施与创新，关系到“新工科”应用型卓越人才培养目标的实现。但目前《工程制图》课程多采用传统的教学模式，内容单一，学生的工程素质培养淡化，不能够满足新工科人才培养目标的需要，教学改革势在必行。开放式教学模式因教学方法多样性、教学内容多元化等特点，已经越来越多地被用于课程教学中。开放式教学模式能充分发挥现代化教学手段的优势，更全面培养学生的综合绘图设计能力和创新设计能力。目前国内外对开放式教学在《工程制图》教学中的应用有一定研究，但多集中在教学方法和手段研究[5-8]，对开放式教学在《工程制图》教学中教学内容整合与优化没有系统研究。笔者以无机非金属材料工程专业为试点，对《工程制图》课程的教学模式、开放教学环境的设计、开放环境下的教学内容体系优化等进行研究，工程制图开放式教学模式的实践与探索也为类似院校的工程制图教学提供了参考。

1 工程制图教学模式转变

1.1 传统教学模式

基于《工程制图》专业核心课程的地位，其教学质量高低直接决定了学生对后续课程的理解接受能力和工程素质的高低。因此就怎样解决一线教学中面临的问题、如何提高教学质量、如何适应新工科的要求是《工程制图》课程教学研究的重要课题[7]。

目前传统教学已不能满足《工程制图》课程的现代教学要求。(1)教学内容专业特色淡化，没有针对性，与后续专业知识难以衔接。教学内容基本就是画法几何和机械制图，缺少专业特色，对专业图样(如厂区分布图、车间设备布置图等图样)的相关画法学习太少，导致课程知识体系欠缺契合性和系统性， 使得学生在毕业设计以及以后的工作中，在专业图纸的绘制及阅读方面存在缺陷；(2)教学方式与手段跟不上课程本身的发展趋向。 教学中对于三维绘图技术的应用、在培养学生作为创造性思维、空间想象力上有一定的不足，并且在激发学生学习兴趣方面没有引起足够重视；(3)对实践教学不够重视，忽视学生的创新能力和工程素质的培养。教学中学生主要是二维图样的绘制，而工程素质的基本训练和积极学习兴趣的激发培养较弱，更没有创新能力的培养；(4)课程考核评价方式过于传统，主要是试卷考试，使得学生为考试而学习，忽视了创新能力和工程素质的培养。

1.2 开放式教学模式

开放式教学是一种新型的教学模式和新的教学理念。以教师为主导、学生为主体。开放式教学中，学生在学习中的能动性和探索欲望可以被充分发挥和激发，其创新意识和工程素质得以提高，使学生不但具备无机非金属材料专业的理论知识，而且具备较强的实践技能，并熟知相关专业产品研究、开发、性能检测和质量控制等方面知识，满足企业对应用型人才的需求。

图1显示了工程制图课程的开放式教学模式框架。在开放式教学模式中，目标是培养高素质的“新工科”应用型人才。在专业特色的指导下，基于开放式教学环境，对无机非金属材料工程专业工程制图课程的教学内容、教学方法和手段、课程考核体系等进行研究和改革。充分发挥学生在学习中的能动性，提高学生创新意识和工程素质，使学生真正成为满足企业需求的高素质应用型专业人才。

图1 “工程制图”开放式教学模式框架

Fig.1 Open teaching model framework of engineering graphics

在现代教育思想和教学理论的指导下，开放式教学模式能结合本校实际情况和本专业领域对人才的要求以及本专业特色，在生产实践中寻找项目情境，以工程素质教育为主线，对本专业《工程制图》课程的教学目标重新进行定位。在教学方式、教学方法、教学资源和内容以及考核方式上进行改革，全面培养学生的绘图能力、读图能力、对专业图样的绘制及阅读能力，提高学生的创新设计能力，培养工程文化素质。将专业技术教育与自然科学基础和人文素质教育相融合，将工程意识和工程能力与学习习惯和学习能力的培养相结合，在“新工科”中培养具有“工程素质和创新能力”的卓越人才。

2 开放教学中的内容体系

2.1 开放式教学环境设计

《工程制图》课程教学改革要实现高技能应用型人才的培养目标，就要以能力培养为依归、以企业需求为出发点，通过工学结合、校企合作实习等综合性的实践活动，让学生切实体会生产的环境、氛围和流程，建立以工程为导向，任务驱动的“工程制图”开放式教学模式[8]。构建理论与实践教学相结合的开放式教学环境，包括多媒体投影教室、实物展台、测绘工具量具、教学模型和测绘模型、多媒体课件、习题解答课件等，建立集“教、学、练“于一体的多功能立体化开放式教学新平台，实现教学硬件、软件教学资源共享[9]。

建立理论与实践教学为一体的开放式教学场所，包括多媒体教室、实物展台等，机械零部件、测绘工具量具、测绘装配体、各种教学模型及课堂教学的多媒体CAI科技、零部件测绘课件、在线学习互动平台等。

2.2 开放环境下的教学内容体系优化

在开放式教学中，根据预设教学目标、材料学科特点和《工程制图》课程特点、学生认知规律及开放式教学方式，结合教学内容和资源间关系，把教学内容及资源单元化、颗粒化，根据生产实践和能力培养目标设置教学情境，形成工程制图知识的模块集。

建设完成既提高教学效果又符合专业特色、满足人才培养目标和开放式教学模式要求的教案及多媒体课件。将章节式、学科式教学内容单元化，扩充任务驱动式、模块式、创新项目式教学内容[10]。增加尺寸标注、技术要求训练学时，整合几何绘图、机械设计、机械加工工艺、材料制备工艺等内容，使工程制图与金工实习、零部件测绘、材料生产工艺及AutoCAD有机结合，加强学生对工程设计的整体认识，激发学生对工程制图和设计的兴趣，加深他们对材料学科内容的理解和掌握。

根据专业特色，将工程制图与材料学科相结合，加入无机非金属材料专业图样(如厂区分布图、车间设备布置图等图样)的相关画法及阅读，使学生在毕业设计以及以后的工作中具有一定绘制与阅读专业图纸的能力。与实习实训基地共同开发实验实训项目，工学结合，引入工程案例，扩展教学外延，培养学生解决实际问题的能力和工程素质[11]。制定针对材料专业的教学计划，体现专业特色，实现专业培养目标。从课程目标和专业培养目标出发，制定 ”一个规范—二个目标—三个技能“的制图能力培养方法框架[12]，如图2所示。

图2 工程制图能力培养方法框架

Fig.2 Model framework of engineering drawing ability training

教学中注重基本绘图能力的训练，基本绘图技能是课程的基础，机械图样绘制与识读是课程的提升部分，而专业图样绘制与识读是课程的延伸，在教学中对学生能力的培养逐级提高。

开展“三维”教学资源建设，建立与主要教材相配套的电子教案、电子模型库、电子问答库和创新项目库。为课堂教学提供完整的解决方案，提高教学效果。另外，还加强网络教学资源建设，利用三维CAD技术和虚拟现实技术，进行虚拟项目训练。

图3 所示为开放式教学中《工程制图》内容体系导图。重点研究如何培养学生的创新能力、空间思维能力、空间构型能力、绘图能力和阅读能力，优化原创课程内容，建立模块化教学内容体系。在新的工程制图内容体系中，课程内容分为四个模块，每个模块都有自己的特点和功能，培养学生不同的能力和素质。

图3 《工程制图》课程内容体系导图

Fig.3 Engineering drawing course content system mapping

新的内容体系将理论和实训实践相结合，将工程制图和专业特色相结合，重视学生的创新能力、综合绘图能力和读图能力的培养，提高学生的工程创新能力和综合专业素质。

2.3 课程MOOC教学开发

随着互联网技术的迅速发展传统的学习模式和知识传播模式被颠覆，大规模在线公开课程MOOC(Massive Open Online Course)和SPOC(Small Private Online Course)在高等教育领域快速兴起，这对传统课堂教学模式也产生巨大的冲击，随之涌现的各种线上教学新模式快速发展[13-14]。学校SPOC开放平台的建立，也为学生学习《工程制图》提供了优质有效的学习资源和途径。

相应教育部提出的“金课双万计划”推动课程资源广泛共享，建设《工程制图》在线开放课程。从而实现学生个性化学习，零散的、碎片时间可以被充分利用起来，课外也生活更加充实。每个教学单元包括教学视频、音频、网上参考文献资料等，插入随堂测验和讨论，实时考查学生对刚学习的知识是否掌握，检查学习者的学习效果。 另外设置网络进阶式学习模式[15]。网络进阶式学习模式即在每个课程单元设置任务点和知识测验，学生完成这一阶段的学习任务，并通过测验，才可进入下一阶段的修习，就像游戏闯关，完成前一关下一关方能解锁。 该模式在部分在线教育实践中已被证实能有效激发学生的学习热情，并且教师可以清楚的了解学生的学习情况[16]。

开发工程制图在线课程，建设学习资源，除了模块测验、模块练习、主题讨论，还设置单元测验、主题测验等。此外，每个测验和练习项目的完成情况，都会在学生完成学习后及时反馈。这不但提高学生学习的积极性，教师也能及时知道学生对知识点的掌握情况，从而形成一个师生互动、在线学习和交流的平台。

《工程制图》在线开放课程可以将内容富媒体化、知识单元化，课调动学生多方面的学习能力，提高学生的学习兴趣。

①内容富媒体化。在线开放课程资源可用于构建以课程内容为中心的课程资源包。授课内容以教学视频为主，还包括PPT+授课录音、教材图书、相关论文、文本、图纸图片、动画等富媒体内容。另外课程资源中还提供课程的参考文献资料、扩展学习资料、名校名师教学资料等，学生与教师均可在线阅读学习。②知识单元化。在线开放课程内容的组织形式与传统教学不同，不再按照常规授课学时进行，相反，课程内容分为几个知识单元，每个单元都教授一个特定的知识点。学生可以根据自己对课程内容的掌握情况，选择知识点进行选择性学习。

该课程在线课程资源中涵盖课程主要内容，包括：制图的基本规范、基本几何元素的投影、基本几何体的投影、截交体与相贯体、组合体的投影、图样基本表示法、零件和装配图的基本表示，专业图纸、计算机绘图和阅读。每个教学单元包含若干个知识点，每个知识点以视频、音频、文档、测验等多种形式呈现，建成了集声、图、图像、文字于一体的教学资源库。每个知识单元的内容可设置为学生的学习任务；每个知识单元设置考核点，可以是作业、测验和讨论等。

3 结论

以培养“新工科”应用型卓越人才为目标，以无机非金属材料工程专业为依托，围绕“新工科”建设与发展的要求，将传统教学模式与开放式教学模式相融合，构建和优化《工程制图》教学内容体系。新的教学内容体系具有以下特点：

(1)结合“新工科”建设和发展方向，将传统教学与开放式教学相融合，材料专业学科知识与工程制图相交叉，以培养新工科卓越人才为目标，充分考虑基本绘图技能的教学和实践实训教学的关系，重在培养学生的创新能力，空间构型和思维能力，综合绘图能力和阅读能力，建立个性化的“工程制图”教学模式和内容体系。培养学生的创新能力和综合素质。

(2)引入MOOC教学模式，使《工程制图》课程内容增加富媒体化、知识单元化，通过线上资源和线下教学相结合，真正优化课程内容体系，提高学生个性化学习和自主学习能力，学习时间和空间不受限制。

(3)将工程制图与专业特色相结合。在工程制图教学中，结合无机非金属材料工程专业特点，选择相关专业图例进行课堂与实践教学。把专业图样的绘制与阅读引入工程制图教学内容，构建新的开放式教学模式，加强学生的实训实践学习，实现专业培养目标。

(4)课程教学和学习资源多元化。教学资源除了教材、习题集以外，还包括项目库、模型库、习题答案库、教学视频、音频、网络资源等，满足学生多方面学习需求。