新工科背景下机械制图课程综合改革探索

贾涵杰　何泽银　王正伦　梁栋　罗召霞

摘 要：新工科建设是我国在当今世界新一轮科技革命和产业变革形势下工程人才培养改革的重要部署，开创了我国工程教育的新路径。机械制图是高等院校机械类专业的一门核心基础课程，兼具较强的理论性和实践性。由于传统机械制图教育未能很好适应培养创新型卓越工程科技人才的新工科建设需求，本文从教学理念、教学内容、教学手段三方面介绍了我院机械制图课程综合改革的探索过程，可为其他兄弟院校的机械制图课程改革提供参考。

关键词：新工科 机械制图 工程教育专业认证

1 引言

当今世界正在经历新一轮的科技革命和产业变革，综合国力的竞争愈加激烈，为应对金融危机挑战、扩大实体经济、搶占未来全球创新生态的制高点，主要发达国家都将重振制造业作为优先发展的战略目标。为应对新的国际形势，我国政府发布了《中国制造2025》，制定了制造强国建设的战略部署，促使从制造大国向制造强国转变[1]。高等教育水平是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志，工程教育与产业发展紧密联系、相互支撑。新工科建设是为响应制造强国战略需求，支撑服务新经济蓬勃发展，突破核心关键技术所开展的高等工程教育改革。2017年2月，教育部发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，指出发展建设新工科要围绕新理念、新结构、新模式、新质量、新体系开展[2]。随后，《复旦共识》《天大行动》《北京指南》的新工科“三部曲”，标志着中国的新工科建设从思想到行动，已正式拉开帷幕。

新工科建设以互联网和工业智能为核心，创新性地优化工程技术人才培养体系，一方面是新建包括大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、空天技术等领域的新工科专业，另一方面是以智能建造、智能制造、云计算、人工智能、机器人、智能医学等新技术驱动传统工科专业升级改造[3]。前者指一个全新的领域，后者指传统工科专业的理念、内容、标准、方法技术都需要更新改造。机械制图作为所有机械大类学生的专业核心基础课，它是工程教育的基础，必须开展理性自觉的教学改革，以适应新工科背景下对课程教学的新要求。

2 新工科对机械制图教学提出新要求

新工科对机械制图教育提出了新要求，具体体现在以下四个方面：

（1）对机械制图教学内容提出了新要求。在工业4.0和互联网+的时代背景下，数字化、网联化、智能化等新趋势给工程设计方式带来革命性的变革，用人单位对毕业生的制图技能提出了更高要求，传统的机械制图教学内容已不能满足新工科建设的新要求。

（2）对制图知识与其他机械课程的交叉融合提出了更高要求。机械制图涉及生产过程方方面面的知识，如金属材料与热处理、公差与配合、机械加工工艺、机械设计等领域的初步知识。新工科建设需要打破不同课程之间的壁垒，以问题为导向加强机械制图与相关课程的交叉融合。

（3）在机械制图教育中需更加注重培养学生的创新思维和实践能力。新工科建设是高等工程教育应对国家制造强国和创新驱动发展的改革行动计划，它所培养的人才应该具有较强的创新思维和实践应用能力，能够推动我国新经济、新产业创新发展，增强我国在相关领域的国际竞争力。

（4）提高机械制图对解决复杂工程问题能力的支撑作用。随着我国加入《华盛顿协议》，如何提升学生解决复杂工程问题的能力已成为高等工程教育关注的重点。机械制图的学习应使学生养成严谨、严肃、严格、严密的工程素养，获得准确交流设计思想的沟通能力，而这些素养和能力在解决复杂工程问题中将起到基础性和关键性的作用。

3 机械制图教学现状分析

3.1 教学理念陈旧

要满足新工科建设背景下工程科技人才培养的新需求，作为机械制图教师必须首先改变认识、革新教学理念。传统的机械制图课堂以教师为中心，老师满堂灌，学生被动学，不利于激发学生学习的主动性[4]；传统的机械制图教学以完成知识体系讲授为目标，较少关注学生工程能力的获得情况；传统的机械制图课程建设取决于教师的个人素质，对教学效果的持续改进缺乏制度性保障。

3.2 教学内容局限

工程科技人才需要具有很强的实践动手能力，在传统的机械制图教学体系下，教学内容与工程实践脱节较大，缺乏最新的工程应用案例，学校教学与企业需求依然存在差异[5]。目前，我校的《机械制图A》课程分两个学期进行学习；大一上学期40个理论学时外加8个实践学时，主要学习投影关系和制图规范；大一下学期24个理论学时外加8个实践学时，主要学习零件图与装配图相关内容。实践学时的教学方式为上机练习，主要通过抄图让学生实践和巩固理论课学习的知识点，以及熟悉CAD软件的操作环境。学生刚开始学习CAD软件时兴趣都比较高，但随着对软件操作逐渐熟悉，简单的抄图无法进一步激发学生的学习兴趣和创造力。总的来说，传统的实践教学安排，理论学时偏多，实践学时偏少，理论性、概念性、规范性的内容偏多，实际应用性的内容偏少，尤其缺少将制图知识与机械设计融合的内容。同时，大一年级新生大多数没有实地参观过机械制造企业，对机械制造业缺乏感性认识，不利于学生深刻理解课程内容。

3.3 教学手段单一

当代大学生思想活跃、个性鲜明，有着较强的求知欲和表现欲，对传统的教师讲授学生接受的教学模式认同感较低，渴望与教师之间的互动[6]。在传统的教学模式下，机械制图技能的传授主要依靠课堂，受课堂条件限制，教学手段主要以PPT、视频以及板书为主，采用以教师为中心单向传授知识的方式，课堂互动性较差，不利于学生展现个性、发挥主动性，学生学习效率较低。

4 机械制图课程综合改革措施

4.1 教学理念与时俱进

我国已是《华盛顿协议》正式成员国，构建了具有中国特色以及国际实质等效的工程教育专业认证体系，但工程教育专业认证仍需实现从“形似”到“神似”的转变[7]。实现转变的前提之一是要让新的教学理念在一线教师中形成广泛共识和深刻认识。为此，机械制图教研室每月组织一次教学研讨例会，通过案例分享、交流讨论不断加深对“学生中心、成果导向、持续改进”三大教学理念的理解。同时，学校和学院层面还通过职称政策、绩效政策引导老师进行教学改革研究，使新的教学理念入脑入心。最后，我们制作并采用了统一的毕业要求支撑度及课程目标达成度分析工具，并将这两项指标的分析过程以及根据分析结果撰写的持续改进报告作为课程归档的必须材料，使课程续改进工作得以制度化、标准化。

4.2 教学内容紧追前沿

机械制图教研室结合多年教学实践经验，分别从教材建设和实践教学改革两个方面解决教学内容局限的问题。在教材建设方面，为了顺应时代潮流培养具有国际视野的工程科技人才，教研室正在编写机械制图中英文双语教材，并且邀请了资深的企业专家参与双语教材的工程案例库的建设。新教材将体现“互联网+教材”和“数纸融合”等理念，以立体动画、行业典型前沿应用、企业专家谈工程、相关知识点关联与应用等更加丰富的底层内容呈现。

在实践教学改革方面，我们保留了大一上下学期各8个学时的学时安排，但实践内容从原来简单地运用CAD软件进行抄图练习，改为了“三维转二维”的表达方案练习，以及“二维转三维”的小组大作业。在三维转二维训练中，学生通过扫码使用手机查看零件三维模型，查看零件时可以对其进行任意角度的旋转，然后选择合适的表达方案并遵循相关国家标准绘制二维零件图，如图1所示；在二维转三维中训练中，已知机械产品的装配图和零件图，学生以小组分工合作的方式，分别完成零件三维建模和产品虚拟装配，通过实践教学改革试点，发现这类有挑战的实践内容更能激发学生的学习兴趣，课后提问的同学对传统班明显增加。

4.3 教学手段灵活多样

为了充分发挥学生的个性，做到因材施教，机械制图教研室经过多年持续改进，形成了丰富的线上教学资源，采用线上线下混合式教学模式，并大力开发第二课堂，为学有余力的同学提供进一步提高和展示自己的机会，使得机械制图学习在学生中形成话题，进而塑造比学赶超的良好氛围。

采用线上线下混合式教学模式是为了帮助教师高效地实现教学目标。新工科背景下的机械制图课程，不仅要训练学生读图与绘图的能力，并且还要激发学生的专业兴趣，培养学生的工程素养与解决复杂工程问题的能力。这些教学目标的实现，需要使学生对机械设计/制造过程具有感性认识，对机械与环境/安全关系具有初步意识，对学科前沿热点拥有了解，并拥有足够严格的制图训练，进而形成严谨的工作态度和对机械专业的热爱。为了在学时不增加的前提下实现这些目标，必须采用线上线下混合式教学，并注重精略结合。线上部分注重知识面宽而新颖，作为教室学习的补充主要用于发布学习任务、提供学习资源；线下部分则注重师生互动，主要用于项目研讨和疑难精讲，随堂检查学生的学习效果，解答学生学习过程中的疑问。

开发第二课堂可以帮助优秀的学生进一步发挥个性，实现从优秀到卓越的转变。在新工科建設的大背景下，我们需要大量高素质的工程科技人才，提高学生培养质量一方面要提高培养的整体质量，另一方面也要提高头部学生的培养质量。机械制图教研室采用以赛促学，依托“全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛”，先在学院组织海选扩大参与面，报名海选的学生都利用课余时间参加教研室组织的统一集训，集训题目的难度及强度均大于正常教学环节。最终，通过统一集训，学生整体的制图水平有了提高，特别是参加了省赛和国赛的同学，经过自身的主动学习和刻苦训练，制图技能和软件技能均已比较出众，并在本科阶段后续的“互联网+”大赛及各种创新创业大赛中均表现出较好的工程素养和解决问题的能力，能够通过严谨的思考进行合理的机械设计并准确地表达自己的设计意图。

5 结语

机械制图是未来工程科技人员不可或缺的重要基础技能。新工科建设对机械制图教育提出了新要求，本课程面向全体机械大类学生，是大学生最先接触的专业基础课，并承载着对学生建立工程概念的启蒙。本次改革基于新工科建设需求，从教学理念、教学内容、教学手段三方面展开，其根本目的是要培养适应时代需要的高素质工程人才。

基金项目：重庆交通大学教学改革研究基金资助项目《“新工科”建设背景下以创新能力培养为核心的机械制图课程教学改革研究》（项目编号：2103025）。

参考文献：

[1]李刚， 秦昆， 万幼川. 新工科背景下遥感实验教学CDIO-OBE模式改革[J]. 测绘通报， 2019， No. 507（06）： 140-145+151.

[2]教育部高等教育司. 关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL]. （2017-02-20） [2019-04-29]. http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html

[3]黄云清. 基于新工科理念推进大学数学教学改革[J]. 中国大学教学， 2020， No. 354， No. 355（Z1）： 28-31.

[4]宋小军. 机械制图教学中学生创新能力的培养[J]. 内燃机与配件， 2021， No. 325（01）： 224-225.

[5]刘锦荣. 《机械制图》教学须适应企业需求[J]. 科技创新导报， 2019， 16（31）： 220-221.

[6]栾英艳， 王迎， 何蕊. 新工科背景下工程图学课程改革研究[J]. 图学学报， 2020， 41（01）： 164-168.

[7]李志义， 赵卫兵. 我国工程教育认证的最新进展[J]. 高等工程教育研究， 2021， No. 190（05）： 39-43.