以核心素养为导向的“工程制图”课堂教学深度变革研究

李锡柱

(内江师范学院 物理与电子信息工程学院,四川 内江 641199)

“工程制图”是一门有理论又有实践的基础课程,也是学生掌握理论知识应用到实践、自主解决问题的一项重要学习内容。对于工科专业的学生来说,“工程制图”课程是学生成为一流卓越工程师的奠基石,越来越多的专业把“工程制图”纳入到课程体系中。目前,许多学者对“工程制图”课程的教育教学进行了研究,有学者基于BOPPPS(Bridge-in、Objective/Outcome、Pre-assessment、Participatory Learning、Post-assessment、Summary)模型的授课模式的设计,提高了课程的教学质量[1-2],有学者基于成果导向教育理念对课程内容进行优化、完善了教学目标、构建了课程评价体系[3-4],还有学者开发了“工程制图”的教学工具,用于教学也取得了不错的效果[5]。此外,Cerra等[6]介绍了一种基于方法学的交互式图形工具在“工程制图”教学中的应用。穆浩志等[7]在工程认证背景下,对教学大纲进行达成度的改革。还有从课程思政的角度对课程进行的研究[8-10]。在具体教学方面,Ali等[11]提出采用虚拟学习环境的方法,研究发现该方法可以促进提高“工程制图”教学的效率和质量。Gorgani等[12]采用模糊决策方法来确定影响“工程制图”教学质量的因素以及它们之间的相互作用。Ruhizan等[13]在教学中实施问题解决策略,对学生的问题解决技能产生积极影响,成功地提高了学生的成绩和问题解决能力。本文以“工程制图”课程为对象,以核心素养为导向、思政元素为内涵、研究性学习为教学方法对课程进行研究。

1 课程改革的必要性及内在驱动力

“工程制图”课程改革建设是在“新工科”建设的背景下进行的。“新工科”教育是创建工程教育的中国模式,要从理论、方法、教学和实践上创新,创立多学科交叉融合的新型技术师资培养“新工坊”。发展“新工科”教育,要重视与时代同步、与企业接轨、与世界看齐。此外制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。课程建设的内涵要求是坚持把立德树人作为中心环节,把思想政治工作贯穿于教育教学与人才培养的全过程,推动课程的改革创新,把课程思政和教育教学相结合,既要教知识、教技能、教方法,强调知识的习得技能的提升,也关注学生的品德修养;知识和品德的培养二者缺一不可,相辅相成。

2 核心素养课程的内涵、理念及体系

核心素养课程的内涵是知识、技能、情感、态度、价值观等多方面的综合能力,研究认为核心素养课程由人文底蕴和科学精神组成。其理念是把核心素养培养作为贯穿课程思政全方面全过程的指挥棒,推动课程的改革创新,多维度、全方面推动课程的建设,使学生能具备创造性、批判性思维和解决问题的能力。因此使知识体系教育与课程思政同向同行,将心灵成长、价值塑造和能力提升三者结合,实现协同育人。二者辩证统一,实现学生的价值引导,与学生当前的认知水平相结合,尊重和引导学生的思考。引导和帮助学生解决学习和研究课题时遇到的真实难点和困惑。在教学中要把握和发掘课程内涵中蕴含的深意,从而提高学生的学习兴趣。核心素养课程的内涵需建立价值塑造、能力培养、知识传授的教学目标。核心素养课程体系中要建立课堂教学体系、考试体系、评价体系、反馈体系,重视学生的实践和创新能力。在评价体系中改变传统的评价模式,强调和重视过程性考核。在教学手段上选择探究性和研究型学习方法,采用项目式和模块化学习手段。

3 课堂教学及实践

3.1 人文底蕴

3.1.1 审美情趣

“工程制图”中蕴含的美学元素可以激发和培养学生内心对美的追求。在课堂内外培养学生发现、感知、欣赏、评价美的意识和基本能力。在书写汉字时要求一笔一画,图样按照先大后小,先整体、后局部的顺序,培养逻辑美。用铅笔绘制时要求图面干净整洁。线性要求曲线光滑、流畅,直线均匀、一致、清晰,粗实线黑、光、亮。图样布置中尽量避免左轻右重等情况,最终的图幅效果“疏密合适”“远近适宜”。在完整、清晰的表达前提下,处理好整体和局部,使整个图纸具有均衡美、对称美,特别是在绘制轮辐、端盖、轴类零件时尤其注意对称美,给人一种庄重、稳定和威严的美感。图纸中的汉字等按照国标认真书写才能使图面干净整洁。在读图时,能发现、感知和欣赏图样的美,具备积极的审美态度和健康向上的审美情趣。

3.1.2 人文情怀

在绪论中,通过对万里长城等著名建筑物介绍,展现大国风采。在建筑模块章节中讲授古人巧妙利用榫卯结构,感受古人的智慧。在装配图章节中,通过观看我国空间站相互对接的视频,激发学生的爱国主义情怀,增强民族自豪感和信心。结合装配体的内容介绍方文墨的先进事迹,学习“文墨精度”,使学生把自己的理想信念同国家发展结合起来,培养甘于寂寞、吃苦耐劳、精益求精、追求卓越的精神。通过介绍中国机械制造的前辈专家,学习他们发展中国工业、推动国家发展的良苦用心,并学习他们的工作、学习作风。培养工程思维与创新意识,以及精益求精的职业规范精神与素养。通过对“大国工匠”视频的学习,使学生了解中国制造业,从而学习工程师在国家安全、建设中的求真务实、不畏艰险的职业与专业精神。在金工实习过程中,通过学习加工“排疏零件”,感悟精益求精的工匠精神,培养学生的爱国主义情怀。

3.1.3 人文积淀

在“工程制图”的学习过程中,注重对传统人文学科领域中知识和技能的学习,在实践中侧重工具,如工量具的使用。掌握古今中外工程制图的基础知识和发展脉络;能独立使用文字和图纸对领域知识进行归纳整理;掌握绘图工程中所蕴含的认识方法和实践方法,在标注尺寸时,具备辩证、综合分析能力,在设计时能阐述独立的观点和想法且具备良好的沟通能力。

3.2 科学精神

3.2.1 理性思维

人的思维能力包括形象思维能力与逻辑思维能力,逻辑思维能力可以促进形象思维能力的提升[14]。“工程制图”的绘制和识图是建立在投影的基础上,投影的视图具有最基本的规律,如三视图满足主俯视图长对正、俯左视图宽相等、主左高平齐的规律。为了提升学生的形象思维能力,首先在教学时适当使用实体模型和三维设计的零件、组合体,引起学生的兴趣。引导学生从形象思维能力到理性思维能力的过渡,避免学生对模型的依赖,引导学生通过理性思维观察和空间想象来解决问题。

例1:熟悉采用球、棱柱、圆柱等基本几何体组合不同的立体构建过程和组合特点。组合过程是运用形象思维和理性思维的融合,通过实践和积累,可显著提高学生对立体结构的理性思维能力培养。

例2:通过数字、文字、图表等手段,引导学生多角度理解图纸表现手法,配合联想等多种策略,突破形象思维到理性思维转换的学习难点。

3.2.2 批判性思维

批判性思维是对事实、证据、观察结果和论据的分析以形成判断,需要有效的沟通和解决问题的能力[15]。绘图的低阶技能包括图幅的布局和选型、比例的选取、字体的书写、尺寸的标注和工艺结构的确定等。绘图的高阶技能是设计,对所绘制的图纸进行批判性地更改,能对所设计的内容进行图样表达。通过训练使学生加深对批判性的理解、消化,巩固所学的知识,为后续技能比赛、课程设计、毕业设计打好基础。此外教学内容具有开放性,不仅要求学生掌握课本内容,还要求他们能查阅文献。

例1:将学生分为2个组,为学生展示若干图纸(每幅图片分别与点、线、面相关),请每个组任选1幅图纸,然后组员浏览、讨论并判断该图纸的对错。做出判断后,并指出哪里错误,并在课后进行正确地绘图。

例2:将尺寸标注好的图纸分发给学生找出错误,学生分成2个组,找出错误,讨论错误的原因是什么。

3.2.3 勇于探究及实践创新。

教师引导学生主动探索,让其自行发现并掌握相关知识和原理进而得出感悟或者结论,聚焦学生发展核心素养的培养、由抽象知识转向具体情境的总体要求。

例1:根据教学目标,讲授装配图,安排与学生生活贴切且与教学内容相关的自行车,来达到吸引学生兴趣的目的,重点引导学生思考自行车是靠什么运动的?确定问题后学生通过讨论收集材料,然后讨论并解决问题。如果不使用链条还有哪些方式可以实现相同的功能,然后在讨论的基础上,形成一个假设并提出解决问题的方案,由个人或小组共同实施方案,通过在开放实验室建立实验模型,验证模型的可行性或者模拟仿真来提高效率等。在探究和设计自行车的功能运动时,以学生为中心,有利于培养学生的探究能力及激发学生的好奇心。在可行性验证时,学生将所学机电、工业设计、人文知识加以整合,有利于学生学以致用,培养学生的思维能力、实事求是的科学精神和态度;在遇到问题时相互讨论、协助促进学生合作、交流、倾听、批判和反思的能力;在探究过程中,自行车的功能不一定会一次实现,可培养学生勇于探究的精神。

例2:引导学生建立机械装置的结构化认识,形成认识机械原理的思路与方法,通过工程制图的意义和价值,培养勇于探究精神。

3.2.4 勤于反思和自我管理

鼓励学生参与教师的科研项目,学会发现并解决问题。倡导以人为本,由于每个学生的空间想象能力是不同的,这就要求教师重视并调动学生的主观能动性,学生通过探索、设计、合作、创造、反馈、改进等一系列活动,实现对知识的学习、技能的运用和思维逻辑的建构,逐步掌握科学的学习方法,懂得发现、研究、解决问题、总结所得。对生产生活中接触到的机器设备进行细致观察,帮助学生认识运动的基本原理,发展对机器的设计和制造能力。如对洗衣机进行观察和反思,研究各种三维造型中的基本形体和构建方式,懂得基本形体间连接方式。通过对生活中存在的事物进行拆分和组合的真实情境和任务,促进学生多角度分析和解决问题,逐步发展学生的系统思维,促进其反思能力和自我思维管理能力的提升。

例1:点、线、面的规律。根据教学目标,让学生自主通过物体在平行光的投影下,收集不同物体的点、线、面的投影,然后让学生进行讨论反思,得出答案。

例2:选取学生身边的装置,引导学生观察、分类和比较,建立工程制图的相关概念;基于表象看出原理,进行图纸构造,促进学生设计到成果的思维形成。如轴类零件的投影和尺寸标注。通过学生加工工件为切入点,使学生探究得出轴类零件的尺寸标注规律。

4 评价及反馈

建立科学的考试和评价体系,坚持以学生为主体的考试模式和合理的过程性评价。在实施教学时以学生表现为标准,将过程评价与形成评价相结合,形成科学的评价机制。

考试由课堂成绩、实践成绩、平时成绩和期末成绩组成,学习情况的好坏不以卷面成绩作为唯一标准,重视平时的实践过程,强调过程性考核。学生的课外作业强调基础性、综合性、应用性、创新性等考察要求,多维度考查学生学习情况。一方面强调平时的测试,学生的自主学习能力;另一方面,重视学生在学习过程中出现的问题。此外,增加反馈体系,以学生为中心,建立反馈平台和渠道。学生在学习过程中遇到问题时,可以使用微信等平台及时与同学沟通或者与老师讨论,以解决问题。此方式拉近了学生之间的距离,激发了学生的学习潜质。建立有效的教学策略,开展跨学科实践活动,首先应当明确教学定位;设计和开展具有创新性的实践内容;过程将理论知识、实践能力、职业发展相结合,对问题的解决方案设置开放性,促使学生自主思考、勤于反思、与人合作、研究互动、反思总结,实现研究性学习,提升解决真实问题的能力,促进核心素养的能力培养。

针对学生对课程缺乏兴趣和动手能力差的特点,通过核心素养为导向的课程教育教学改革,学生对课程的学习兴趣大幅提升,测试成绩也有了较为明显的提升,学生学习效果得到了进一步加强。

学生能够使用工程图纸表达机械零部件,会对机器装置拆装并用图纸正确表达零件位置和技术要求,在装置的设计过程中考虑零部件的工艺结构。学生积极参加教师的科研项目且申报大学生创新创业项目。学生面对困难,不畏艰难险阻,一丝不苟,养成了良好学习和生活习惯,用手绘制图纸时注重图幅界面的整洁,给看图者以美的享受。此外学生学习课程后勇于参加学校组织的各类人文比赛。