基于知识和能力培养的机械制图精品课程建设与实践
2023-10-13王力刘送永赵建平刘艳艳
王力 刘送永 赵建平 刘艳艳
［摘 要］机械制图是工科院校学生必修的一门重要的专业基础课程，在培养学生创造性思维及空间逻辑思维能力方面发挥着重要作用。为了提升课程教学效果、提高应用型人才培养质量，文章按照精品课程建设标准和具体要求，结合应用型人才培养目标，提出了基于知识和能力培养的机械制图精品课程建设思路；通过加强课程教学团队建设、重构教学内容体系、改革教学方法和手段、搭建实践教学平台、革新考核与评价体系，以及推进教材、数字化资源和实验室建设，在改善教学效果、提高教学质量以及提升学生专业理论知识水平和设计、创新及工程实践应用能力等方面取得了显著成效，为应用技术型高校课程建设提供参考。
［关键词］机械制图；精品课程；教学与实践；考核与评价；应用型人才
［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）12-0060-05
高等教育是我国教育体系的重要组成部分，其专业办学质量是影响高等学校生存和发展的根本问题，直接影响到高等学校的人才培养质量。为提升专业办学质量，教育部2018年3月制定了《普通高等学校本科专业教学质量国家标准》（以下简称“专业国标”），对不同专业培养目标、培养规格、师资队伍、课程体系等提出了相应要求[1]，特别是机械类专业更加强调学生知识和能力的融合，更加强调对学生设计、创新和工程技术应用能力的培养。
课程建设是推动专业国标在高等学校专业办学中贯彻实施的重要内容，是提高专业办学质量的重要环节，关系到人才培养的质量。同时，课程建设涉及专业人才培养目标、教师教学团队、教育方法和手段、教学资源及教学质量评价等。因此，建设精品课程对高等学校专业建设的诸多方面具有明显促进作用，能够有效提高专业办学质量[2]。
机械制图是机械工程学科的主干课之一，也是机械类本科生重要的专业基础课，处于专业基础教育的启蒙阶段，主要培养学生的逻辑思维能力和空间构图能力。学完本课程，学生即可具备独立分析常见的工程零件和装配体，并能够阅读和繪制零件图和装配图的基本能力，同时也为后续相关专业课的学习奠定了理论基础，其重要地位和作用不言而喻。
按照精品课程建设标准和具体要求[3-4]，以南京理工大学紫金学院智能制造学院为例，课程组提出基于知识和能力培养的机械制图精品课程建设思路，并通过加强课程教学团队建设、积极重构教学内容、大力改革教学方法和手段、搭建实践教学平台、革新考核评价体系以及有力推进教学资源和实验室建设，在改善教学效果和提升教学质量方面取得了显著成效。
一、课程教学团队建设
为了提升教师的教育与教学水平，课程组采取“教学与科研、竞赛与技能培训、教学研究与成果推广、校内教学与企业实践”四结合的师资队伍建设模式，打造“双师型、研究型”教学团队。
课程组通过多渠道、多方式积极申报校级及省级以上各项教学与科研课题，教学与科研相结合，促进课程体系改革，包括教学改革、精品课程建设、重点教材建设等；同时，结合自身科研方向，将科研成果案例应用到课程教学中，丰富教学内容，提高教学质量。通过“学先进、找差距、补不足、促发展”，积极参与校级及省级以上的教学竞赛，不断提升自身的教学质量，包括讲课竞赛、微课程竞赛、教学创新大赛等；积极参加各类社会技能培训，包括三维CAD应用工程师、机械工艺工程师、3D打印技术工程师等技能认证，打造“双师型”教学团队。
通过“公开、交流、示范”等多种途径，将教学研究成果应用到教学实践中，达到提高教育教学质量的目的；结合自身的课程教学内容和研究方向，主动联系生产企业，充分利用寒暑假和平时空余时间到企业顶岗实践，积累实际工作经验，提高实践教学能力。
通过聘请我校国家教学名师、二级教授担任课程教学顾问，并承担励志班制图课程教学任务，对课程教学的各个环节，包括教学大纲、教案设计、课堂设计、考核评价体系等严格把关，制定一套完整、规范、合理的教学文档。同时加强对中青年教师的培养，制定严格的培养计划、教学规范、考核要求，提升教师的教育教学水平。
目前，课程教学团队共9人，其中教授1人、副教授2人，讲师4人，教学辅助人员2人（包括高级工程师1人，实验师1人），老、中、青比例为2∶3∶4，职称和年龄结构布局合理，形成了一个完备、稳定的课程教学团队。
围绕精品课程建设目标，课程组教师积极主持并参与校级及以上教科研项目13项，其中“自主软件（CAXA实体设计）应用实施教程资源库建设”为国家重点研发计划的子课题；获得各类教学讲课竞赛项目奖项若干，包括校级7项、省级6项、国家级2项；主编教材5部，校内2部；发表教科研学术论文30余篇；2019—2021年度先后荣获校级教学成果奖一等奖和二等奖；组建校级基层教学组织团队1个。
二、课程内涵建设
以我校向应用型人才培养目标转型发展为契机，引导学生“自主学习、乐于实践、勇于创新”为目标，在教学内容体系、教学方法和手段、实践教学平台及考核评价体系等诸多方面进行了持续不断的改革与实践，取得了显著成效。
（一）重构教学内容体系
围绕我校应用型人才培养目标定位，突出培养学生实践能力和工程应用能力，结合机械制图课程知识体系，打破传统的课程教学章节体系，以工程项目为载体，将工作过程系统化教学范式[5-7]融入教学改革中，重构机械制图课程知识体系，如表1所示。课程教学内容设计既兼顾工科类专业工程制图的基础知识，又考虑机械类专业主干知识体系特点，同时结合现代计算机制图发展趋势，着力培养适应行业需要和时代发展的机械类专业应用型人才。
（二）改革教学方法和手段
在教学方法和手段改革方面，坚持“以学生为本位”的教学理念，从灌输式的知识传授向激发式的知识与综合能力并重转变，采用理实一体化教学、项目式教学和现代信息技术等多种教学方法和手段，将课程教学内容提炼成多项完整的典型工作任务，以做到“教中学、学中做”，切实增强学生运用知识解决工程实际问题的能力，引导学生建立完整的知识体系。
将理论知识讲授和随堂测验相结合，提高学生课堂学习的参与度，随时掌握学生的学习动态。每讲完一个学时的教学内容，调出相应的测试题，让学生在课堂上完成。例如，讲完轴套类零件的视图表达内容后，随堂抽出各种常见的轴套类零件，问答式考查学生对轴套类零件的表达方案的掌握情况。
将手工绘图和计算机绘图相结合，既可提高学生的构图能力，又可加强学生的计算机绘图能力。在教学中增加SolidWorks、CREO等机械CAD三维设计软件，并在习题作业、项目设计中让学生熟练掌握与使用，能提高学生计算机辅助制图能力，加强现代设计手段在设计过程中的应用，同时也能激发学生学习机械制图的主动性和积极性。
将常规教学手段和现代信息技术相结合，增加师生互动，提高课堂教学效率。在教学中除了使用常规的多媒体课件、动画演示、实物展示等教学手段，还增加了雨课堂APP、钉钉多人协同文档、慕课堂等现代信息教学平台，改革教学方法和手段，将教学从课堂延伸到课外、从教材延伸到数字化资源，从而增加课程教学信息量，提高学生的知识水平。
将课程教学和课程思政相结合，以社会主义核心价值观为引领，寻找机械制图课程中的思政元素[8]，并融入課程教学内容中，培养学生爱国主义情怀和精益求精、大国工匠和团队协作等职业精神。
（三）搭建实践教学平台
课程组不仅在理论教学课程中加大了实践教学力度、增设了制图实践教学课程，而且搭建了“教学实践、技能认证、学科竞赛、学研活动”相融合，以“基础知识运用”、“综合问题分析”和“自主创新能力”为培养层次的基础性、拓展性与创新性三层次递进性实践教学平台，鼓励和培养学生在掌握工程制图基本原理和技能的基础上，进一步深入掌握产品设计工程图样的工程技术，培养出更适合社会对机械类专业岗位需求的应用型人才。
自2011年起，我校相继组织学生参加全国大学生3D大赛、华东区大学生CAD应用技能竞赛及全国大学生成图技术大赛等。经过多年的总结摸索，已逐渐形成一套完整的“以赛促教、以赛促学、学赛融合”的竞赛管理体系。同时，与全国 CAD 应用培训网络—南京中心合作，开展CAD中级技能认证工作。
将学科竞赛、技能认证融入精品课程建设中，有效调动了学生对制图学习的主动性和积极性，也显著提高了学生的实践能力和创新意识，涌现出一批优秀的学生创新成果。近几年，学生在各类学科竞赛中，荣获国家级奖项17项、省级奖项61项，获得CAD工程师技能认证证书427人次，促进学生掌握专业技能，拓宽学生就业渠道，创造更多就业机会。
此外，课程组创建“3D 动力社”“3D 创客空间”，由学生自主管理并组织和开展各类课外学研活动，包括校内选拔赛、校级及以上科研训练及创新创业训练项目、参与教师教科研项目等，为学生自主开展学术活动和专业交流提供了良好的实践平台，图1所展示的为授牌和学生部分优秀作品。
试点示范基地][全国3D技术推广服务与教育培训联盟
国家制造业信息化培训中心3D办公室]
图1 授牌和学生部分优秀作品
（四）革新考核与评价体系
本课程教学前期一直沿用大多数理论课的考核方式，即平时成绩占30%，闭卷考试成绩占70%，平时成绩主要是考勤、作业、实验等。但是本课程理论性较强，而且更强调实践性，所以上述的考核方式带来的弊端是一些学生平时学习动力不足、应付考试的情况比较严重。自2019级伊始，将机械制图考核方式由考试变为考查，通过“随堂测验+课后训练”“理论测验+实践考查”“项目设计+小组答辩”等教学环节，实现“理实一体、实践与创新、沟通与协作”为核心的考核与评价体系，如表2所示。
表2 考核与评价体系
[考核环节 考核内容 考核方式 考核
比重/% 随堂测验 习题集为主，完成作业要求，考核图样表达的正确性 利用钉钉多人协同文档功能，现场提交打分 10 课后训练 完成一级减速器的绘制，考核图纸的规范度和合理性 提交手工和AutoCAD标准图纸各1份 10 理论测验 读图（球阀、安全阀等），完成问答题，考核理论知识 利用云课堂测试平台，现场提交打分 10 实践考查 完成轴套类零件和台虎钳拆装与测绘，考核量具的使用方法和草图的制图能力 现场考核 20 项目设计 以小组为单位，完成小型机械产品的结构设计、图纸绘制和三维建模，考核实践与创新能力 提交产品的一系列技术文档，包括任务书、说明书和图纸资料等 40 小组答辩 以小组为单位，组织答辩，考核团队协作能力 现场答辩 10 ]
以60人为自然班，将改革前（2018级机械班）和改革后（2019级机械班）的总成绩分布做成直方图，如图2所示。从直方图对比分析可以看出，过程考核的成绩明显优于期末闭卷考试成绩，其主要原因在于：（1）过程考核更注重平时，只要学生能够按照每个考核环节的要求，认真提交作业和成果，并且符合规范，就能够获得理想的成绩；（2）过程考核没有要求所有学生在同一时间段完成一张试卷，而是根据每个学生的知识水平和实践能力，在一段时间内完整地完成一项任务，这样学生就可以根据个人情况，合理分配时间，通过查阅资料、查找理论知识的薄弱环节，最终完成任务；（3）在项目设计环节，过程考核注重团队的协作能力和创新能力。在团队中，每个学生都希望自己能够为团队贡献一分力量，因此以团队形式完成一项任务，大大提高了学生的参与度，同时也提升了个人的责任感和职业素养。
三、教学资源建设
（一）教材建设
高等学校教材是体现教学内容和教学方法的知识载体，也是深入教学改革、提高教学质量的重要保证[9]。近年来，课程组一直重视并积极参与了精品教材及辅助教学资源的建设工作。2014年，主编21世纪应用型人才培养“十二五”规划教材《机械制图》及配套习题集（西南交通大学出版社），将计算机绘图融入制图教材中，实现手工绘图和计算机绘图相结合。2017年，主编全国高等院校机械类专业“十三五”规划教材《机械制图》及配套习题集（华中科技大学出版社），将零部件测绘原理、方法、步骤和具体应用融入制图教材中，加强了学生拆装测绘能力和创新实践能力，该教材获得2017年度“十三五”规划机械类专业精品教材。2022年，主编普通高等教育应用型本科教材《工程制图》及配套习题集（东南大学出版社），将电子工程图、通信工程图融入制图教材中，实现机械制图和电气制图内容的整合，并增添设计文件的文档管理、CAXACAD软件的应用、最新国家标准规范等内容，为非机械类专业工程制图课程教学奠定了理论基础。此外，自编“零部件测绘指导书”“AutoCAD上机实验指导书”“工程制图技能训练”“制图习题集”等校内教学辅助讲义，丰富课程教学和习题测验内容。
（二）数字化资源建设
随着信息化、网络化技术的发展，数字化资源成为精品课程建设的重要组成部分，也是实现学生自主学习的有效途径。数字化资源主要包括教学课件、电子教材、教学模型库、微课程等，如图3所示。利用CAXACAD电子图板创建平面图教学案例，使得学生既能够掌握制图知识，也能够掌握计算机绘图的基本绘图命令；利用CREO三维建模软件创建三维模型库和装配体实体模型辅助课程教学，提升学生空间思维能力和创新能力；微课程为学生课后自学提供了良好的学习平台，起到巩固和复习的作用。
四、实验室建设
作为应用型人才培养的高校，实践教学环节是培养学生动手能力、创新和创业能力的重要环节，与之对应的实验室建设在教学過程中发挥着重要作用[10-11]。目前，我校实验室建设面积320 m2左右，主要包括手工绘图室、计算机绘图室和3D打印实验室，配套的设备主要有绘图桌椅120套、教具木质模型1000余个，减速器、虎台钳及千斤顶等拆装测绘教具100余套、轴系零部件60余套、计算机60余台、3D打印机5台，基本上满足了手工绘图、计算机绘图、拆装与测绘等教学环节要求。同时，实验室设置为“开放式+学生管理责任制”管理模式，为学生参加各类学科竞赛提供实践场地。
五、结束语
为了改善教学效果和提升教学质量，本文提出了基于知识和能力培养的机械制图精品课程建设思路。按照精品课程建设标准和基本要求，经过近几年的课程改革和教学实践，已经形成了一个比较完备、稳定的教师团队；在教学内容上按照知识和能力培养的基本思路，重构了课程教学体系；利用现代信息技术，包括雨课堂、钉钉群、慕课堂等，改革教学方法和手段；搭建了“教学实践、技能认证、学科竞赛、学研活动”相融合的课程教学实践平台；革新了考核评价体系；出版规划教材3套、教学辅助讲义若干以及数字化资源建设；实验室建设已初具规模。但是，在实际生产中，机械图样伴随着机械产品生产的全过程，如何将后续相关的专业课知识适当地融入机械制图课程教学中，需要进一步探索和实践。同时，还需要进一步完善数字化资源库，包括试卷库、电子化教材等；进一步优化课程教学效果评价体系，形成规范性文件；将实验室建设和智能制造领域相匹配。总之，随着课程教学内容、方法和手段等方面的不断改革，精品课程建设也需要不断完善，以便更好地为专业办学质量提升和应用型人才培养服务。
［ 参 考 文 献 ］
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［责任编辑：雷 艳］
