“画法几何及工程制图”课程教学改革与实践探索——以西北民族大学为例

王婷婷，孙初锋，王爱军，王志超，刘志远，纳丽萍，李 璐，金 湓，李贵花

(西北民族大学 化工学院，甘肃 兰州 730030)

新工科建设、工程教育专业认证是我国高等工科教育发展的新趋势，以工程教育专业认证为导向的工科类课程改革要以培养卓越工程人才为目标.“画法几何及工程制图”是高校工科类专业学生必修的一门技术基础课，它又称“工程界的语言”，是后续其他专业课学习的根基.作为工程设计的启蒙课，该课程理论性和实践性并重，着重培养学生的空间想象力、创造力、工程图样的绘制能力，并树立其工程设计意识，是非常重要的一门基础课程.面对新的教育改革形势，“画法几何及工程制图”实践教学课程体系的改革迫在眉睫.西北民族大学化工学院每年有化学工程与工艺、高分子材料与工程、制药工程、环境工程、应用化学等5个专业、10个班级的500余名学生学习该门课程.来自全国各地的各民族学生学习水平层次不齐，尤其是偏远地区的学生基础较差，学习接受能力较弱.近年来，我校不断积极推进和探索适合本校的“画法几何及工程制图”实践教学课程体系的教学改革，并取得了一定的成效.

1 课程内容的改革

为培养卓越工程人才，高校人才培养方案随之不断重新修订，工程制图课程课时被不断缩减是一大趋势[2].针对培养方案的变化及我校学生的实际情况，通过修订教学大纲、改革课程内容、优化教学手段、加强实践环节等举措，形成了现有的课程教学模式.我校“画法几何及工程制图”2007版教学大纲，原课程学时安排为54学时，共包含4个部分：制图基础、画法几何、机械图、计算机绘图基础.计算机绘图部分仅有6个学时.“画法几何及工程制图”2019版教学大纲共有36学时，包括：制图基础、画法几何、机械图；原有的计算机绘图部分，另外专门开设了一门18学时的实践课程“AutoCAD制图实训”，原有教学模式和现有教学模式的学时对比见表1.从表1可以看出，画法几何部分的内容进行了精简，制图基础和机械图部分基本保持原有学时不变，另加设的“AutoCAD制图实训”课程加强实践环节的比重，保障了实践环节的学时数.

表1 原有教学模式和现有教学模式的学时对比

在教学学时的安排上，画法几何理论和机械图部分并重.作为绘制实际工程图样的理论依据，画法几何保留了理论部分的核心，以正投影理论为基础，主要讲授点线面的投影、点线面的相对位置以及基本立体的投影、立体表面上点和线、立体的截交线和相贯线、组合体的视图等.在实际授课过程中，对于基础理论部分进行详细讲解，对一些和工程实际联系不大的部分可以简略讲述.在整个教学过程中，始终贯穿“从三维立体到二维平面，从二维平面再到三维立体”的概念，并通过习题反复练习以达到发散学生思维的目的.机械图部分则重点讲解机件常用表达方法、零件图和装配图等内容，这些内容都是后续其他课程学习不可或缺的部分.

2 教学方法和手段改革

2.1 充分发挥多媒体CAI的教学优势

我校“画法几何及工程制图”课程全部采用多媒体教学授课，课堂上充分利用Power point自制课件图像、flash动画、三维实体模型等多种形式，以形象、直观、生动、具体的方式，展示原本枯燥、乏味的投影理论、绘图方法、视图表达等.这种授课方式，显著提高了学生的学习兴趣，进一步加深了学生对课程内容的理解，激发了学生学习的积极性和创造性.例如，在讲解组合体的视图时，针对叠加型组合体，通过动画展示组合之前的各个基本立体，再将其逐个进行叠加；针对切割型组合体，通过动画对原有立体进行逐步的切割演示，整个教学过程更具直观性，计算机辅助教学手段的作用非常明显，大大提高了学生的学习兴趣.对于一些需要着重讲解的作图过程和原理部分，为了保证教学效果，在教学中用多媒体CAI采取逐帧讲解的方式进行细化，力求学生学懂学会.

2.2 有效利用线上教学资源

随着计算机应用技术的大力推广，互联网成为大众沟通、交流、互动、学习的一种常见工具，各种在线学习形式如学堂在线、网易公开课、微课、学习通等丰富了学生的学习资源，学生可以从互联网中获取自己感兴趣的知识来满足个性化学习的需求.尤其是清华大学的“学堂在线”提供的MOOC平台资源众多，MOOC视频短小精练、目的明确、主题突出，通常只抓住一两个知识点进行重点讲解，学生更易集中注意力，对于一遍没有弄懂的地方可以通过回放视频反复学习.尽管名校提供的MOOC资源较为优质，但未必适合所有高校的学生.本研究充分利用优质在线课程教学资源，依托各级各类在线课程平台、校内网络学习空间，筛选贴合我校教学大纲，适合我校学生学习的线上教学资源.教师通过线上教学资源进行“线上+线下”混合式教学，并让学生自主学习，提高了学生的学习效率.

2.3 开展“线上+线下”混合式教学新模式

2020年新冠肺炎疫情防控期间，为实现“停课不停学”的要求，高等院校的在线教学全面铺开.以雨课堂、腾讯课堂、学习通、腾讯会议、钉钉为代表的线上教学，如雨后春笋般蓬勃发展.疫情防控期间，我校顺应形势，充分利用线上平台的灵活和个性化优势进行线上教学，打破了传统教学模式的弊端和制约，有效拓展师生的时间和空间，保障了教学质量和效果.疫情得到控制大部分学生返校后，我校所有的多媒体教室安装上了雨课堂、腾讯课堂、学习通等智慧教学软件.“画法几何及工程制图”课程积极吸取线上优质教学资源，同时，将其与线下课堂教学有机结合，扬长避短，采用“线上+线下”混合式教学新模式，让其成为课堂教学的新常态.以应用“雨课堂”教学为例，“雨课堂”是2016年由清华大学与“学堂在线”推出的一款新型智慧教学工具，以微信和Power point为载体，可谓是轻量级的翻转课堂.作为一种新型的混合式学习方式，它巧妙地将线上的共享资源和线下的传统课堂相结合[3].教师通过“雨课堂”将筛选的优质教学资源推送给学生，让学生随时学习，师生即时互动，教学效果得到了明显的提升.

1)课前预习阶段 通过自制的手机预习课件，插入对应章节相关的微课、MOOC等小视频激发学生的兴趣和探索欲，再提出1～2个问题让学生进行发散性思考.例如绪论部分，对于本课程的研究对象和重要性，引入“西安交通大学”机械工程专业的慕课视频，让学生了解“减材制造(传统的切割法)”、“增材制造(3D打印)”、“中国制造2025”等内容，拓宽学生的视野.再比如，画法几何教学部分，为了便于学生接受，引入和我校教学大纲相一致、教学水平相吻合的一般本科院校的慕课视频，为学生进行投影原理部分的预习.

2)课堂教学阶段 通过课内限时习题、“不懂”按键、随机点名、弹幕、主观题测试等环节实时监督学生的学习状态.例如，在“组合体的投影”教学部分，学生对相贯线的投影“不懂”按键应用较多，此时放慢教学进度，在该部分进行重点讲解.再比如，“尺寸标注”部分较为枯燥，教师通过平台给答题又快又准的学生推送小额红包，明显提高了学生的学习积极性，活跃了课堂气氛，使师生交流互动更加愉悦.另外，课堂教学过程可以实时录制，学生课后可以反复观看复习.

3)课后环节 通过发布课后习题、手机试卷并收集批阅等形式来强化知识点的巩固和督促学生复习，即时掌握学生的学习情况并总结反馈.如画法几何中“点—线—面”投影部分，原理易懂，做题不易，通过线上发布“选择填空题”高效快速了解学生对原理的掌握情况，再加上线下“投影绘图题”实际绘制，巩固加深学生的学习效率.

4)在“雨课堂”中，学生所有的学习行为数据均可被自动采集，通过“雨课堂”对线上教学数据进行收集、分析、反馈.教师通过收集的教学数据了解哪些学生是学习态度问题、哪些学生是学习能力问题，对症下药，督促学生学习，同时也对学生的学习效果进行量化考察，使线上线下教学相互融合促进，提高课堂教学效果.

2.4 结合工业实际，注重工程观念的培养

在日常教育教学工作中注重结合工业实际，注重对学生工程观念的培养，在授课过程中逐步融入新工科理念，让学生在学中做，做中学，培养学生的工程思维能力.例如，讲到“国家标准”的时候，给学生植入严谨、求实的科学观，结合实例谈“失之毫厘谬以千里”的危害；讲解绘图比例时，结合实际生活中的物体，谈放大比例和缩小比例的应用；讲解组合体的构成方式时，给学生展示实际工业设备(如精馏塔、反应器)的图片，大部分化工设备都是由回转体构成，在此基础上进行切割或相贯；讲解视图表达方法时，结合大型设备的细节结构来谈为什么要采用局部视图或旋转视图等等.诸如此类，点滴之间给学生渗透工程观念和意识，这与“画法几何与工程制图”课程要求学生在画图时认真细致，查图时仔细比对，读图时上下联系的要求相互辉映.

3 加强实践教学

“画法几何及工程制图”另设课程“AutoCAD制图实训”共18学时，紧跟在“画法几何及工程制图”课程之后开设.为了保障“AutoCAD制图实训”课程的顺利开展，专门建立了3个机房近100余台计算机，2个专业制图教室提供硬件保障，购买了正版浩辰AutoCAD绘图软件并每年更新以提供软件保障.为了保障实践教学环节的教学效果，我校严格控制实践教学班级人数，每个班级不超过25人，并保证单人单机操作学习.通过AutoCAD绘图实践练习，要求学生能够熟练绘制符合国家标准、投影关系正确、表达清楚的工程图样，学生的动手能力和理论联系工程实际的能力明显得到提升，达到培养学生工程素质的目的.

4 存在的不足

“画法几何及工程制图”教学改革虽然取得了一定的成效，但也存在不少问题.如，教师应用智慧教学软件教学时，在网络上筛选优质教学资源具有一定的随机性，需要加强协同合作，共享资源并择优；部分教师不太适应“线上+线下”混合式教学新模式，习惯于传统教学模式，需要我们克服困难，让这种混合式教学新模式能够常态化.

5 小结

我校对“画法几何及工程制图”课程进行了一系列教学改革与实践探索，取得了一定的成效，学生的工程实践能力有了明显提高.“线上+线下”混合式教学新模式的实践还处于探索起步阶段，需要在实践过程中进一步完善.教学改革是一个长期探索、不断完善的过程，我们将会在教学实践中不断积累经验，继续对本课程的教学体系进一步的深化改革，为新工科建设及工程教育专业认证工作添砖加瓦.