问题驱动的新工科教学改革

张孟玫　丁乔

摘  要：新工科工程教育中的每门课程中都有各自的难点问题，围绕这些难点问题的课程内容构成该门课程的核心，学生在学习过程中以及在今后实际工作中遇到的许多问题也大都与这些难点内容相关。文章提出以问题驱动教学改革，并以《工程制图》课程为例，针对教学过程中遇到的问题开展教学研究，探索解决课程中难点问题的教学方法和教学手段，在新工科教学改革过程中进行了有益的探索。

关键词：新工科;工程制图;比较教学法;三维造型

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）01-0140-03

Abstract： Each course in the new engineering education has its own difficult points that form the course. The problems that encountered by students in their study and work are relevant to these difficulties. This paper， illustrated by Engineering Drawing， puts forward problem-based teaching reform， and studies how to resolve the problems in the teaching process. Moreover， it also seeks to explore teaching methods to address problems in the courses， which represent a beneficial exploration in the new engineering education reform.

Keywords： New engineering; Engineering drawing; Comparative teaching method; Three-dimensional modeling

2017年2月以来，国家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”，构成了新工科建设的“三部曲”，开拓了工程教育改革的新路径。与“老工科”相比，“新工科”更强调学科的实用性、交叉性与综合性，尤其注重信息通讯、电子控制、软件设计等新技术与传统工业技术的紧密结合。在此形势之下，一些传统工科课程在专业的升级改造过程中面临新的问题。以工程制图课程为例，该课程是工科类课程体系当中的一门专业基础课，它的主要任务是学习和掌握有关工程图样的知识和技能，培养学生的工程素养，为各专业的进一步学习打好基础。其主要内容包括学习画法几何及工程制图的基本知识，学习国家制图标准，掌握计算机绘图的基本知识和技能。作为一门传统的专业基础课程，工程制图的教学在新的形势下面临机遇和挑战，既要分析解决教学过程中遇到的一些老问题，同时也要吸收图学领域的新技术成果，进一步拓展该课程的内涵，在教学过程中探索应用现代新技术解决老问题的方法，使工程制图这门传统理论课程更加具有实用性和技术性。

在教学改革的实践过程中，我们感到学生不管是在学习中，还是在今后实际工作中用到该门课程的知识时，出现的问题往往都是围绕着课程中的一些关键内容，如果在学习过程中对课程中的难点问题没有能够真正理解掌握，以后当需要用到这些知识去解决实际问题时，学生就会感到无从下手。这其中既涉及到学生自身的能力，也有教师的教学方法的问题。如果教师能够在课堂上较好的解决这些难点问题的教与学，就会大大提高课程的教学质量。

基于上述考虑，我们搜集了工程制图课程在教学中和后续应用过程中学生出现的各种问题，分析问题所指向的教学内容，研究每一个难点内容的不同特点，探索更适合解决问题的教学方法和教学手段。例如在课堂上进行分段式教学，调整课堂节奏，把课堂讲授、分组讨论、绘图实践、教师示范、学生展示等不同小阶段有机结合起来，通过不断创造兴奋点，解决学生上课过程中注意力集中时间短，课堂拖沓疲惫的问题。而对于有的内容，在课堂讲解中引入中学语文课程中经常使用的比较教学法，把复杂的道理说得更加清楚明白。随着科学技术的不断发展，在教学过程中我们积极吸收采纳新技术作为辅助教学手段，助教师的“教”和学生的“学”一臂之力，使学生既学到了知识，也学到了技术。在培养训练学生具有严谨细致的工作作风的同时，又使他们体会到先进技术的强大威力，体会到本课程传统与现代相结合的魅力所在。

一、問题的来源与梳理

作为工程技术人员必须掌握的一项重要技能，就是要能够识读并绘制各种工程图。例如作为产品研发人员，想要表达自己的设计意图，首先需要绘制出产品的工程图，而从事生产加工的技术人员，也需要能够准确识读工程图，才能开始进行后续的产品生产加工。在整个产品的设计、生产及加工过程中，工程图作为工程技术人员之间交流的重要工具，被称作是“工程师的语言”，而培养训练学生学习掌握工程图的读图和画图等相关知识，主要由大学阶段的一门重要的理论课程——工程制图课程来完成。通过该课程的学习，要实现以下教学目标：

课程教学目标1：掌握工程制图基本知识。本课程通过课堂讲授、课内外作业练习以及手工绘制工程图，使学生系统学习画法几何及工程制图的基本知识，学习国家制图标准，培养学生正确、规范地绘制图纸等技术文件。

课程教学目标2：具有较强的空间想象和思维能力。本课程学习空间形体的投影作图，以及根据投影图想象空间形体的形状，培养学生逐步建立起平面工程图和空间立体之间的对应关系，使学生具有较强的空间想象和思维能力。

课程教学目标3：具有使用绘图工具和计算机绘图软件绘制工程图的能力。通过课堂教学环节以及上机绘图等实践环节，培养学生能够正确、熟练地使用绘图工具和计算机绘图软件绘制机械零件图及装配图，并进一步激发学生的学习兴趣，为后续课程的学习做准备。

课程教学目标4：具有获取与运用国家制图标准、规范等有关技术资料的能力。培养学生形成工程意识，能够执行国家标准，熟悉和查阅有关的技术资料和手册。根据有关国家标准，逐步正确、规范地绘制使用图纸等技术文件。

为了反思教学中存在的问题，近年来，我们广泛收集了来自学生、课程设计老师和毕业设计指导教师遇到的与制图课程相关的各种问题，问题来源主要有以下几方面：（1）课后作业中出现的问题;（2）期末考试中分数普遍偏低的题目所对应的教学内容;（3）高年级学生在做课程设计时，遇到的制图问题。例如不清楚工程形体怎样正确表达，专业课教师对不同的表达方案也不能给出合理解释;（4）学生在毕业设计的图纸中出现的各种与制图相关的问题，如图线、标注不符合国家标准、表达方法不正确，视图画法有错误等。

上述既有在教学过程中遇到的问题，也有学生在实际工作中出现的与工程制图课程有关的问题。我们发现上面4类问题都指向了工程制图课程中的2个内容，即“组合体读图”和“机件的表达方法”。其中“组合体读图”的教学要求是根据给出的视图想象出物体的形状，并补画第三视图，它要求学生既要有较强的空间想象能力、分析能力，同时还要求学生熟练掌握视图之间的投影规律;而“机件的表达方法”内容主要包括视图、剖视图、断面图和简化画法及规定画法等各种表达方法，为了正确、完整、清晰、简便地将机件的内外形状表达出来，必须根据机件的结构特点选用适当的表达方法，并按照相关的国家标准正确地画出工程图。这两部分既是工程制图课程的难点内容，也是工程制图课程的核心内容，同时也是学生今后和实际工作联系最紧密的内容。找到了问题的所在，也就确定了我们教学改革的主攻方向，以下进一步说明我们教学改革中的主要特色。

二、适合教学内容的教学方法探索

（一）“分段式”教学，“分层次”指导

高等院校的制图课程一般是一次上2小节课，共90分钟。所谓分段式教学，就是要把90分钟的2节课，分为3～4个阶段进行，每一个阶段有不同的内容和目标，理论和实践相结合，包括利用课件进行基本概念讲述、教师进一步在黑板上画图示范、学生课堂绘图练习，小组讨论、教师当场答疑等环节。分段式教学的主要目的就是避免课堂上始终采用单一的教学模式，容易造成学生拖沓疲劳，通过分段式教学，在课堂上不断变换兴奋点，调整课堂节奏，从而提高学生课堂学习的兴趣和学习效果。

分层次指导是指，一个专业教学班有60人左右，学习状况分为好、中、差三个层次，针对不同层次的学生，教师要有不同的指导重点：比如对于程度较差的一部分学生，他们往往还不能根据视图想出立体的形状，教师对这部分学生的要求是先找基本体，抓大放小，使学生先达到基本要求;对于中间的大部分学生，他们通过读视图，能想出来物体的大致形状，但画不出来或有难度的地方画不出来，对这部分学生，教师的策略主要是通过大量练习，训练学生边想边画，心手一致，逐步培养学生用“图”说话的能力;对于最好的一部分学生，他们的情况是根据已知的视图既能想出来物体的形状，也能画出来未知的视图，这时候老师的指导是要求他们注意细节，追求完美。

分段式教学与分层次指导要相互结合进行，由于有了分段式教学，教师才能有时间进行分层次指导，两者相辅相成，要根据具体情况不断调整。

（二）引用“比较教学法”确定最佳表达方案

比较思维方法是确定研究对象之间共同点和不同点的一种逻辑方法，将比较思维应用到课堂教学活动中，就是“比较教学法”。其思路是在教学活动中将两个或两个以上的认知对象放在一定的条件下进行对比，从而确定认知对象属性的异同、地位的主次、作用的大小、问题的难易或认识的正误深浅，以达到辨识、了解和把握认识对象之目的。

在讲解机件的不同表达方法时，可以将其比作成学生熟悉的文章写作的各种表达体裁，我们知道初学写作时，一般写成记叙文比较简单，但要表达更加复杂的情形时，作者就需要写成议论文或小说才能表达的更加清楚。同样的道理，通过工程图表达工程形体时，三视图是比较简单的表达形式，可以比作是写作体裁中的记叙文，是最基本的表达方法，随着学习的深入，就要根据工程形体的特点，选择剖视图、断面图等更适当的表达方法。这样通过用学生熟悉的事情进行比较，对于课程中各种表达方法之间的关系，就能讲得更加明白、透彻。

例如图1中的一个物体，可以用4种不同的表达方法画出主视图，哪一种是最佳方案呢？首先按照三视图的画法进行表达，外形画实线，内部画虚线，中间的棱线画成实线，内部四棱柱孔的虚线被实线遮住，这不利于对内部形状的反映及尺寸标注;第二种是按照全剖视图表达，只能表达内部形状不能反应出物体的外部情况;第三种按半剖视图表达，由于规定了半剖视图中左右对称必须画中心线，所以中间的内外的轮廓线都无法表达了;最后是局部剖视图，既保留了外部的中间轮廓线，又把内部四棱柱槽的中间棱线表达出来了，所以采用局部剖视图是表达该物体的最佳方案。以上通过比较教学法，把工程制图中机件的表达方法的概念解释得透彻明白，逐步培养学生分析问题解决问题的能力。

三、利用新技术解决教学难点

现代科技的不断发展，为教学过程中的传统难点问题提供了新的解决方法。例如图2为组合体的三视图，要求根据给出的三个视图想象出立体的形状。传统的读图过程是在反映形状特征比较明显的视图上按照线框划分为几个部分，利用“对线框，想形体”想象并组合出物体的形状。由于这一内心思维过程是一种抓不住、摸不着的东西，要求学生要具有很强的空间想象力，由于学生之间存在个体的差异，有些学生空间想象能力较弱，因此组合体读图成为了一些学生跨不过去的一个坎儿。针对这类难点问题，我们在课堂上引入三维造型技术，在学习了三视图和尺寸标注的基本内容后，利用三维造型技术进行复杂形体的读图，图3为采用计算机三维造型软件绘制的图2的三维模型。在进行三维造型的过程中，可以边想象边造型，直接帮助到学生的思维过程，使脑海里的想象的每一步都落在实处，变成看得到的东西，由简到繁，逐步叠加，直到完成整个组合体。

相贯线、组合体读图等内容是工程制图课程中的传统难点问题，同时这些难点内容也是工程制图课程中的核心内容，读图能力是阅读工程图样的基础，是工程制图课程必须要完成的教学目标之一，利用现代新技术解决工程制图课程中的难点问题，在三维造型的过程中进一步阐述复杂组合体的读图方法，不仅能使平面的视图和空间的立体之间瞬间联系起来，大大降低了读图的难度，使组合体的读图过程变得生动有趣，而且也能在三维造型的过程中促进学生进一步理解相贯线的形成及意義，达到举一反三、事半功倍的效果。

四、结束语

大学的课堂教学是学生学习科学知识的主要来源，在评价教学效果时，有人曾提出过一个公式： 教学效果=教师的专业知识×教学方法，不言而喻，无论是学与教， 方法问题都是至关重要的。采用适合教学内容的教学方法，往往就会达到事半功倍的效果。在高等学校的课程教学过程中，很多课程都有自己特定的重点及难点内容，而学生在此也往往遇到了很大的困难，我们从解决这些问题出发，根据教学内容研究采用更加贴切的教学方法。同时进一步丰富教学手段，吸收新技术解决教学过程中的难点问题，把课堂和当代技术的发展联系起来，使《工程制图》这门传统理论课程的课堂教学变得更加生动且充满活力。

参考文献：

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