新工科视域下土木工程制图课程改革研究

缪宏杰 郑宣恭 黄若鹏

(1.福建农林大学金山学院 福建福州 350002 ； 2.厦门华岩勘测设计有限公司 福建厦门 361000)

0 引言

新工科理念的提出，为打破传统教学体系建立面向未来的全新教学体系奠定基础，同时也推动了土木工程专业的教学改革。土木工程制图是土木工程专业学生最早接触的专业相关课程，诸多学者对该课程进行教学改革实践研究。何蕊等[1]提出以项目为驱动，激发学生主动学习热情，通过对照比较实验班和普通班凸显自主学习模式的合理性和科学性。史俊伟等[2]结合“互联网+”的大背景，基于传统工程制图存在的问题，提出结合MOOC的翻转课堂模式，通过实践取得良好教学效果。李娜等[3]分析工程制图课程目前存在的问题，采取互动教学、团队合作等多元改革措施以增强学生创新能力和学习兴趣。目前大部分研究集中于学生能力和教学模式的课程改革[4-8]，取得了一定研究成果。本文以新工科背景，开展课程内容、考核体系等方面改革，以期培养满足新工科要求的学生。

1 新工科对土木工程制图课程的内涵要求

制图课程作为一门学科基础课,对培养学生综合素质起着至关重要的作用。新工科基于未来产业变化，提出培养新型复合人才的要求，具体可分3个方面 ：一是具备扎实学科知识，在此基础上具有一定的学科交叉能力和素养；二是具有学习新知识新技术并运用知识解决问题的能力；三是具有良好团队合作能力以及人文素养。基于新工科要求结合课程特点，进而明确土木工程制图课程目标。首先，知识方面,掌握投影知识、工程图例等图纸相关知识；其次，能力方面,培养学生空间想象能力，空间三维图形和二维投影相互转换能力，应用知识解决问题能力和创新能力，为以后专业课学习打下坚实基础；再次，在技能方面，学生掌握国家建筑制图标准，掌握绘图识图的科学工作方法；最后，在素养方面，形成良好工程素养，能适应和胜任多变的职业领域。

2 学情分析及存在问题

2.1 学情分析

授课对象为刚进入大学的新生，对于大学的课程和大学学习方法都不甚了解，易将高中的学习方法直接套用于大学学习生活中。针对土木工程制图课程，学生有一定的三视图基础，但土木工程制图课程内容抽象，对空间想象能力以及逻辑要求高，大部分学生学习过程觉得吃力。同时工程制图内容实践性强，与专业联系密切，虽然有很强的新鲜感，但由于新生缺少预备知识(如梁、板、柱等构件分不清)，逐渐给课程贴上“难”的标签。

2.2 教学问题

教学内容方面：首先，无重点的全面讲述知识点的传统制图课程，由于课程学时不断减少，已经难以满足学习要求；其次，传统制图课程内容忽视与实际应用的联系，部分知识点如换面法等难度大，占用大量学时却在实际工程鲜有机会使用；最后，传统的制图课程在画法几何模块以抽象理论解释为主，追求投影知识框架的完整性，重点不突出，大量时间花在投影求时长、倾角等几何问题上，而对轴测图、剖视图等立体内容简单讲解，给学生产生该门课用处不大的误解。基于此传统制图课程急需改革。

成绩考核方面：以往的考核较为单一，主要以期末考成绩作为评判标准，缺乏过程评价和能力素养评价，学生主动性难以充分发挥。在这种考核模式下，学生只会解特定题目，难以将知识迁移应用。学生常出现考完就忘的现象，也鲜有学生能在课程学习中能力得到充分提升，更不用说将所学知识带到未来的工作中。

教学效果方面：虽然大部分学生通过了考试，但是在毕业设计阶段仍出现无法清晰表达设计意图的现象，此外还出现所画出的图纸不足以用于实际生产，常出现线型使用错误、制图不规范等问题。通过走访调研，部分企业反映学生没有养成查阅规范文件的习惯，并且未掌握读图的科学方法，难以通过实际工程图，发现现场施工问题并加以解决，尤其对于结构施工图难以完全看懂。

基于传统教学多方面的问题，传统教学须通过一系列的学习和实践改革手段达到新工科所赋予的内涵要求，以期培养符合新工科要求的复合型人才。

3 教学改革

3.1 优化教学内容，重塑教学体系

传统教学在教学内容上缺少与实际应用的联系，追求投影知识框架的完整性及解题技巧性。从实际和学情出发，以实际应用为导向，以内容少而精为改革原则，对传统制图课程内容体系进行重组。如表1所示，制图课程内容分为三大模块：画法几何模块、规范制图模块、工程制图模块。本次教学体系改革，适当减少画法几何模块的学时，增加工程制图模块学时及规范制图学时。画法几何模块弱化部分实际中用不上的理论和方法如换面法、线面相交问题等。画法几何模块分为投影基础模块和立体投影模块两个子模块，先进行投影基础模块学习，由点、线、面投影层层递进，在此基础上可开展立体投影模块学习，重点结合应用学习组合体视图以及轴测图等。

表1 教学体系模块划分

如图1所示，课程改革中投影基础模块大幅度减少，而其他三大模块学时不同程度上升。其原因在于投影基础模块内容抽象枯燥，对该模块非重点部分进行剔除，同时将部分知识点融合在立体投影模块中讲解。此外为了增强课程实践性，故对规范制图模块和工程制图模块适当增加学时以保证学生绘图识图能力得到提升。

新工科背景下有针对性和科学性进行教学体系重塑，是课程改革关键所在。模块之间并非相互割裂独立，而是相互联系，相互渗透。画法几何模块偏向理论性较为枯燥，而工程制图模块偏向实践性，两大模块中部分知识相互融合。因此，课程改革中有意识加强知识点的组合，如将面的投影和组合体视图融合相互贯通，将三视图与房屋建筑工程图结合等，此做法不仅可以节约学时，还可让学生适应知识的交叉融合，提高综合素质，为培育新工科人才奠定基础。

图1 改革前后各模块学时变化

3.2 改革教学方法，以学生为中心

由于制图知识点抽象，很多时候学生对于老师传授的知识难以消化，出现上课瞌睡、成绩不佳等现象。究其原因，在于以教师为主导单向传授知识的教学方法已不适用于当代学生，课程改革着眼于以学生为中心，采用启发式教学方法，激发学生自主性，提高其对本专业的兴趣和认可度。启发式教学方法强调知识是在教师的启发下，自然而然被学生探索出的，其中学生作为课程学习主体，教师充当学习引导和帮扶的角色。

本次课程改革，针对不同模块知识点的不同特点，采用启发式教学中的研讨启发式和设疑启发式，以激发学生探索和创新热情。研讨启发式是学生组成小组，对老师抛出的问题开展讨论研究，充分发挥小组集体智慧。如在探讨三视投影图之间的关系时，由小组自主寻找实物绘制三视图并从三视图图中发现规律，进而小组派代表进行交流成果。类似对于平面立体与平面立体相交这一难题，通过观察图形讨论出绘制相贯线的做法。研讨启发式能让学生自己小组内部碰撞出知识火花，知识自然而然被学生探索出的，同时有助于培养学生团队合作能力和表达能力。设疑启发式，则是从生活中的事物或现象提出疑问，通过疑问引导学生学习知识的方法。如在剖视图章节中，提问学生如果对具有复杂内部结构的构件，采用普通三视图将会出现多条虚线，给工人造成巨大识图负担，应如何解决。设疑启发法激发了学生学习好奇心和学习热情，有助于养成终身学习习惯，为适应未来工作打下基础。

3.3 改革教学手段 利用现代化教学手段

3.3.1利用智慧教学手段

随着教学手段不断发展，涌现了像超星学习通、雨课堂等智慧教学工具。本课程紧扣时代发展，依托现代信息技术所构成的教学环境，创新性地引入超星学习通平台，以激发学生对学习的内在驱动力。教师可以利用超星学习通平台对课前、课中、课后进教学设计，创建教学空间并且进行课程建设以及课程教学管理。

图2 基于学习通的智慧教学

如图2所示，在课前教师上传教学资源至学习通平台，以供学生自主学习，学生通过学习通 APP 线上随时随地预习，并完成设定的预习任务和课前检测。老师则通过课前检测的结果了解学生预习情况和对新知识的掌握情况。在课中，教师依托现代教学手段开展以学生为主体的交互式学习。教师的作用在于引导启发学生学习新知识，学生则利用学习通APP通过抢答弹幕等功能，通过手机端发表个人见解，全程参与课程。在课后，教师利用学习通平台发布和批改作业，并在线上对学生学习过程的疑惑进行解答。此外，课后教师须追踪课堂教学过程性数据，查看学生参与和当堂检测情况，并基于此进行课程总结反思调整。这种移动教学模式通过增加学生课堂参与度，达到激发学生学习积极性的效果。

3.3.2利用实物模型

现行的工程制图教学多采用板书和多媒体结合的教学手段。制图内容抽象深广，对空间想象力要求高，使用现行的教学手段教学效率低。基于此，课程改革引入实物模型，将实际模型展示在学生面前，降低了空间想象的难度，同时对于空间想象力较差的学生可借助模型跟上课堂进度。此外，对于初次接触专业课程学习的学生来讲，实际工程图纸教学部分具有一定的新鲜感， 但由于缺乏必要专业预备知识，学习时不易把握要点，难以想象实际工程形体，采用实际模型与图片结合可以更好反映实际工程构筑物，增加直观性和课堂趣味性，从而提高课程效率，提升教学效果，进而达到预设的学习目标，如图3所示。

图3 实物模型

3.4 强化学生主体地位，增加实践环节比例

土木工程课程是一门实践性很强的课程，所学知识可直接应用于实习和工作中。在课程改革中以实际应用为目标，增加实践环节，凸显课程实用性。教师以工程制图模块中的建筑工程为例，分发完整实际工程图纸。学生开展绘图识图训练，通过手工绘图、小组内部探讨识图等方式，加深对课堂知识的理解。此外，还结合模型和实际现场参观，三位一体强化教学效果，提高学生实践能力。此外，本课程创新性增加了为期一周的土木工程制图课程设计，学生从网络自主选择一套完整图纸，选择适当比例进行阅读和抄绘。由绘图成绩加答辩成绩来评定最终成绩，通过答辩可防止学生机械抄图，确保学生真正理解图纸。通过实践环节，教师引导学生自主观察分析身边的建筑形体，这不仅使学生对课堂知识有更深刻的了解，而且提高了对土木工程学科的兴趣。

3.5 改革考核形式，注重过程评价

本课程考核改变过往以期末成绩为主的考核方式，而是更加注重学习过程的考核，从而客观全面评价学生整个学习过程。通过学习过程考核评价与期末闭卷考试相结合的方式，评定学生课程综合成绩，课程总成绩则等于各分项分数与分项所占比重的累加值。如图4所示，针对土木工程制图课程特点，学习过程考核分为课堂出勤、课堂参与度、课堂作业、模块检测、课后作业5个分项部分。

T=∑TiWi

(1)

式中：T——课程总成绩;Ti——分项分数;wi——分项所占比重。

图4 各分项组成及比重

传统教学平时成绩难以量化，大多草草打分，难以体现平时学生学习成效。本次课程平时成绩如表2所示，学习过程考核主要依据学习通的课堂数据以及小测成绩，主要用于考察学生在学习过程中表现，养成平时学习认真的习惯，防止学生期末突击复习获取高成绩。

表2 成绩考核体系及依据

3.6 改革效果

通过实施教学改革创新，充分调动了学生积极性和自主性，学生“知识学习、能力培养、素养升华”三部分得到有效提升，近三年，学生获省级以上学科竞赛及创新创业项目10余项，发表学术论文3篇。启发式教学激发了学生积极性，使学生对于自主探究的知识点有更深刻理解；引进的智慧教学工具让学生成为课堂主导，点燃了学生对于课程学习的热情；全新的考核制度，让学生养成平时努力认真的习惯，提高学生阶段性知识总结能力。问卷调查显示，100%学生认为通过本课程学习自身有提升，其中40%学生认为自身提升显著。学生表示，制图课程不仅学习到专业知识，而且自身自主学习能力和解决问题能力得到提升。本课程教学模式、教学手段、考核方式的创新方式，已推广至本专业的核心课程以及相近专业的部分课程。

4 结语

土木工程制图课程是土木工程专业课程体系中重要一环，课程学习效果直接影响专业课学习。本文结合新工科背景，明确新工科对土木工程制图课程的内涵要求，从教学内容、教学方法、教学手段、考核形式方面提出符合学生发展和课程特点的教学改革模式。本课程以工程应用为导向，重组教学内容体系，适当减少画法几何内容，增加工程制图模块内容；改变传统以讲授为主的教学方法，引入启发式教学，同时借助移动教学手段打造“人人参与”的课堂；改革考核评价体系，注重过程评价，通过全新评价体系引导学生养成良好学习习惯，激励学生全方面自我提升。课程经过全方面改革后，教学效果良好，学生课堂积极性显著提升，学生绘图与创新能力都得以提高。新工科背景下课程改革是一项长期工程，须不断反思、探索、改进，以适应未来时代的变化。