工程制图“四维一体”的教学改革

刘 垚 张晓蕾 牛 煜

1.山西大学电力与建筑学院，山西 太原 030006；2.山西工程科技职业大学外国语学院，山西 晋中 030600

近年来，我国高等工程教育迅速发展，国家在高等教育战略上提出了要瞄准国际科技发展前沿，推进高等教育事业蓬勃发展，加强新工科等学科建设，对高等工程教育质量提出了更高的要求。新工科建设是高等工程教育对中华民族伟大复兴战略全局的应答，也是对第四次工业革命和信息化产业变革的战略行动。高等工程专业教育的质量对我国的工程技术人才在国际上的竞争力和认可度有着重要影响，也对我国的工程教育在全世界范围内的地位有着重要影响。随着国家、企业之间竞争加剧，工业技术迅速发展，产业升级改造不断加速，工程技术人才的培养质量也需要进一步提高。面对即将到来的新一轮工业革命，我国对工程技术人才培养提出了更为全新的要求［1-3］。

国家在高速发展过程中始终坚持教育发展为第一位，科技创新要自立更生，人才培养要高质量发展，加快建设教育事业、发展科技、产业升级，坚持为党培育好人才、为国家培养出人才，还要独立自主的培养出高质量人才，因材施教造就出创新创业人才，吸引高层次人才而用之。在国家各项事业高速发展的过程中，如何培养出适应产业升级、具有创新意识能力的学生，是高等教育人才培养面对的一个重大课题［4-6］。

一、工程制图课程存在的主要问题

国家需求、产业转型对工程类新工科人才提出了新的更高要求，面对工程教育专业认证，传统的工程制图课程以理论讲授为主，对企业需要的人才素质和能力重视不够，同时由于与工程教育认证要求的人才培养脱节，课程目标设定不全面、课程体系设置不规范、授课内容陈旧以及对学生的考核不够全面［7］。

由于本课程授课对象是大一新生，在从高中身份转变为大学身份过程中，入学新生出现了学习主动性变差，学习效率变低等情况。手机游戏、网页游戏等电子产品对学生的学习影响颇深，使得学生上课注意力不集中，经常开小差。

随着专业计划的调整，在授课学时减少的情况下，培养学生的制图基本技能和空间思维能力变得较为困难，在知识讲解和课堂学习的过程中，课程思政育人效果也不理想。

二、工程制图课程的改革设计

按照新工科建设要求和工程教育专业认证标准，通过充分调研，全面规划，依据“设计—实施—反馈—改进”的模式，建立整体的教学改革思路如图1 所示。

图1 教学改革总体设计

（一）按工程教育专业认证要求制定新的教学内容

在新工科的背景下，课程秉承“以生为本，知行合一”的教学理念，积极拓展教学内容的广度、深度和高度，提升课程的引领性、创新性、高阶性［8-9］。以学生学习为中心开展课堂改革，对课程教学内容进行模块化设计，如表1 所示。

表1 教学内容模块划分

（二）修订符合工程教育专业认证的课程目标

以OBE 理念为导向，按照“市场需求—毕业要求—培养方案—课程目标”的映射关系，建立支持毕业要求的课程目标。课程坚持立德树人，并依据2020 年5 月教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》开展思政教育，培养学生对待国家能源、电气事业的正确价值观，传播中国声音、彰显中国精神、传递中国力量，使学生成为有时代担当和社会责任感的能源类、电气类专业人才。课程目标要充分体现知识、素质、价值观培养为导向的全方位育人要求［10］，具体目标如下：

1.知识目标：系统掌握形体投影基本理论、方法和画法，熟练掌握绘图仪器的使用，能够正确阅读和绘制零件图和装配图。

2.能力目标：使学生具有在能源动力、能源综合利用、电气设备等方面的技术研发、优化设计的能力。

3.思政目标：培养学生的爱国主义精神和创新创业精神，使学生具有科学严谨的学习态度和职业素养。

（三）建立新的教学方法和教学模式

2018 年中国高等教育首次提出“淘汰水课、打造金课”，信息技术和互联网的结合为课堂教学改革提供了多种教学方式，各种教学平台如智慧树、学习通、雨课堂等都在学校课堂中得到了应用。本课程利用雨课堂平台探索新的教学方式，将教学PPT 与学生的手机联系起来，使学生手机变成学习工具，让学生不再因玩手机而分散注意力，通过雨课堂发送测试题，在规定时间上传答案，随时可以掌握学生学习情况，实现针对不同层次的学生分层次教学［11-12］。在上课之前，利用教学平台发布需要预习的知识点、视频资料和思考题，从平台数据反馈来掌握学生的预习情况。在课堂教学中，以问题为导向，引导学生分组讨论，展示结果，通过雨课堂的投稿功能、弹幕功能等方式与学生进行充分互动，提高学生自主学习的能动性。课后，在平台发布知识点总结、课后作业等任务，还可以利用平台的讨论区进行线上答疑，从而及时解决学生的学习困难。

为了提高学生学习工程制图的兴趣，强化学生动手能力，利用教学用具在空间结构分析环节采用闯关游戏的教学模式。

1.基础能力闯关。在规定时间内完成教师布置的图形，没有完成的无法进入下一关，根据错误的个数进行罚分。

2.能力提升闯关。完成教师布置的图形，根据完成速度和正确率，进行打分排序，实行末位淘汰。

3.高阶能力竞速闯关。完成教师布置的图形，只要有一队完成且正确，比赛结束，根据完成度和正确率进行打分。

4.根据总分排名宣布获胜小组。

（四）构建课程思政体系和挖掘课程中的思政元素

1.课程思政体系的建立

按照工程教育专业认证对新工科人才的思政要求，课程思政教育需要从传统发散式的育人方式向建立完整的课程思政体系转变。课程团队深挖专业教学内容与思政育人内容的契合点，充分考虑自媒体时代的教学需求，全方位搭建打造点、线、面立体化的思政融合知识网络。通过建立思政教学目标、思政案例库、思政教学设计，把工匠精神、中国传统优秀文化、家国情怀等思政元素无缝融入课程讲授中，达到“润物细无声”的育人效果，实现思想政治教育与技术技能培养的有机统一，如图2 所示。

图2 课程思政体系设计

2.课程思政元素的挖掘

工程制图不仅要学习国家标准相关的知识，还要绘制空间形体结构和熟练阅读各种机器设备的图纸。因此，可以从图形学的发展历史和古代建筑工程等多个方面出发，挖掘课本中知识点所蕴含的思政要素，在课堂教学中传授给学生。

（1）从课程知识点挖掘蕴含的思政资源。学生通过课程第一章制图基本知识和技能的学习，初步了解国家标准机械制图的基本规定，认识到标准和图样标准化的重要意义，以及在国际竞争中的战略地位，培养学生要具备严格遵守国标的品质，按标准绘图、读图，养成严谨的工作作风。

（2）从专业图中挖掘蕴含的中华文明思政资源。在讲到第九章装配图的球阀与阀芯装配结构时，它们采用的是中国传统技术榫卯结构，在中国古代房屋建造中榫卯构造是经常用到的一种连接结构，是古代工匠们一代一代传下来的智慧结晶，在中华民族文明的发展史上，如同汉字一样源远流长，让同学们领会中国传统文明的智慧与魅力，培养学生的文化自信和民族自豪感。

（3）从行业案例中挖掘思政资源。美国等西方国家利用自身的技术优势，以所谓的国家安全为借口，对中国进行技术封锁和在科技领域进行制裁，实则是怕我国的技术发展超越他们。比如我国华为企业通过多年的努力，在5G 通信行业中领先于世界水平，虽然遭到美国的全面打压，但是依然不屈不挠向前行。通过华为被卡脖子的事件激发学生的勇攀科学高峰、不畏艰难的责任感，培养学生的爱国情怀。

（4）从中华优秀传统文化挖掘思政资源。在第七章标准件和常用件中主要学习螺纹紧固件和齿轮，以学习雷锋的螺丝钉精神为契机，让学生明白在国家未来的发展过程中，自己所承担的责任和使命，使他们具有社会责任担当和报效祖国的情怀，让学生知道螺丝钉精神是一种干一行，爱一行，钻一行，钉在哪里都能发挥自己的才干，都能实现自己的人生价值。

（五）构建新的教学评价体系

按照新工科人才的评价要求，课程考核需要从传统的试卷考试向OBE 理念下的多元化、全过程考核转变。为了保证学生的学习效果，确保学生在线上线下等其他途径的学习过程中得到认可，充分激发学生的学习兴趣，课程团队构建“一体化”的评价体系。通过对学生点评价、线评价、面评价到整体评价，学生在课堂学习过程中对知识点的掌握，对学习计划和职业规划，以及价值观的形成都能够得到及时的反馈，实现对学生更加全面、全过程的考核［13］，如图3 所示。

图3 教学评价体系

三、结语

工程制图课程经过多年的教学创新和实践，实现了教师从黑板手工画图向“互联网+”智慧平台教学方式的转变，实现了课程以传授知识为主向提升学生学习能力的转变，实现了考核方式从传统闭卷考试向以OBE 为理念的多方位、多层次、全过程考核的转变。在未来教学过程中，课程团队要充分利用“互联网+”技术，引导学生积极参与到课堂教学当中，提高学生空间结构分析能力，激发学生学习自主性，以“四维一体”的教学理念促进学生全面发展。