新工科学时缩减背景下机械制图课程教学改革与探讨

摘要：在高等院校学时缩减的新工科背景下，合理优化机械及工程类专业基础课—机械制图的课堂教学模式和教学理念变得十分重要，对学生打牢专业基础、树立国家标准意识有重要影响。坚持以成果导向教育（OBE）理念为目标，以学生课堂和课后表现为辅助手段，以线上国家精品课为载体，强化学生自主学习意识，切实解决课堂教学学时有限、实践绘图教学欠缺、学生学习目标不明确、学习兴趣不高的问题。

关键词：机械制图；成果导向教育；线上线下混合教学

成果导向教育（Outcome-basedEducation，OBE）作为美国、英国、加拿大等国外发达国家主流教育理念，近年来已逐渐被国内各大高校广泛采纳，并被逐渐接受和认可。该理念重点关注学生个人能力培养和自主学习能力训练，重视学生学习成果，坚持以学生为中心，所有教学活动围绕预期学生成果展开，对引导我国机械及工程类专业教育教学改革发挥重要现实意义[1，2]。机械制图课程作为培养学生空间想象能力和工程应用能力、建立国家标准意识的专业基础类课程，对学生树立民航领域维修行业规范意识同样发挥积极作用。通过在机械制图课程教学活动中借鉴和应用OBE教学理念，重视学生预期学习成果，改革课内和课外教育教学活动，不断提高学生综合素质，密切建立课程教学与民航领域工程应用之间的联系。

现阶段在对中国民航大学近机械类本科专业开展教学活动过程中，受学时缩减、师生比例失衡、实践教学严重不足的影响，以及学生对民航领域普遍认识不足的问题，发挥OBE教学理念优势，培养学生学习兴趣，进行《机械制图》课程合理化教学改革，对树立国家标准意识，优化我国工程技术人才培养体系具有重要意义。

一、基于OBE理念建立混合教学体系

在互联网+新时代背景下，数字化、网联化和智能化等趋势对本科毕业生的制图技术提出更高要求[2]。传统的教学方法过于陈旧和落后，无法满足新工科建设基本需求。因此迫切需要结合行业应用背景，开展《机械制图》课程教学改革。并坚持以问题为导向、以学习成果为目标，加强机械制图课程同机械加工工艺、机械设计等理论课程，以及行业工程应用之间的联系，实现多课程和多学科的交叉与融合，注重培养学生综合素质和解决复杂问题的能力。因此，在机械制图课程中应用OBE教育理念，有助于优化新时代工程技术类人才培养模式。

OBE教育理念的核心是聚焦学生在学习过程结束后最终达成的学习成果，在整个教学活动中还应该体现学生的个体化差异[3]，充分发挥学生个人优势，考虑学生个性化需求，开展参与式教学[4]。针对学生能力与性格差异，设置差异化目标，包括一般型目标、挑战型目标与困难型目标，学生通过在参与式学习过程中获得的成就感，不断提升自信心和学习兴趣。具体可以从以下几个方面来实现。

（一）线上教学与线下教学相结合

将最终学习成果目标转化为若干小目标，做到以学习成果为导向，在线下教学活动中强调重点内容，结合绘图教室绘图实践教学活动，将重点内容进行针对性训练。借助清华大学《机械制图》国家精品课程以及中国民航大学机械制图课程组线上教学资源，给学生提供丰富而充实的习题讲解与课程相关内容讲解。借助三维CAD软件演示零件加工过程动画，给学生建立空间几何形状基本印象，借助三维模型培养学生空间想象能力以及读图和画图基本能力。线下教学活动中，简单介绍与演示三维CAD软件及其使用方法，利用线上软件教学资源，激发学生自主学习CAD软件兴趣，结合制图类学科竞赛，提升学生理论学习与工程应用能力，实现机械制图传统教学内容与CAD软件应用相互支撑的融合式教学过程。学生在课后通过复习课堂知识重难点内容，以及软件基本使用方法，并通过线下教学过程向授课教师反馈学习成果，教师通过学生反馈内容动态调整教学内容，并对教学重点及难点做出针对性训练，实现机械制图课程改革。做到线下教学指导预期成果目标，线上学习和课后作业练习反馈学习效果。学生通过课后软件应用联系，建立同民航特色专业密切联系，进而激发学生学习兴趣。并结合实践教学和学科类竞赛，实现预期成果目标，构建线上线下相结合的混合动态人才培养模式。

（二）认知实习与校企实习相结合

新工科教育为我国工程教育提供了新思路，以互联网和工业智能为基础，不断优化我国工程技术人才培养方式，通过智能制造、智能建造、人工智能等新技术驱动传统工程专业进行升级改造[5]。为了能够与学校民航特色专业相结合，实现新工科教育目标，离不开学生对现阶段民航工业发展水平和工程应用实际的深入了解，这一过程中，学生的认知实习发挥重要作用。通过将实际加工过程引入课堂教学，加强工程应用意识。将三维CAD软件建模与实际工程应用结合，展示零部件在工厂实际加工过程录像，利用动画展示不同零件工作原理。在课堂上展示零部件拆装过程全程录像，并通过三维零部件建模手段，使学生能够在生动、形象的教学环境中获得零部件工程应用基本认知，加强学生对机械制图课程的理解能力，提高学生制图表达能力、空间想象能力和实际应用能力，切实体现机械制图课程培养目标，使学生获得适应现代数字化设计、构型的图形表达能力。

（三）理论学习与工程应用相结合

徒手绘图能力训练是制图类课程要求学生掌握的重要能力之一。但是随着计算机绘图软件的普及，为了结合工程实际应用，应适当加强计算机绘图理论和实践课程学时。这不仅有助于激发学生学习兴趣，还有助于学生迅速适应日后的工作过程和科研生活。比如，利用三维CAD软件对零部件建模过程中可以加深对理论知识的理解，也有助于提高学生自主学习能动性；通过对零部件的建模和装配，更好地理解装置工作原理以及国家标准建立的意义。通过将三维绘图软件与后续研究及工程实际应用联系起来，体现机械制图课程重要性，加强理论学习与工程应用紧密联系程度。

二、基于新工科理念的课程改革探索

（一）现阶段机械制图课程教学存在的问题

《机械制图》作为专业基础课对学生后续课程的学习存在重要影响。从近三年学生的课堂表现和试卷卷面成绩可以发现，课程教学存在的主要问题可以归结为以下几个方面：

（1）教学模式单一。当前教学模式仍然以教师在讲台授课、学生课后练习的传统教学模式为主，不能体现“以学生为中心”的教学理念，没有针对不同教学内容修改教学模式，工程应用实践与理论知识学习结合不够紧密。传统教学模式难以吸引学生注意力，不能激发学生学习兴趣，学生课堂专注力不足，对重点知识把握不够充分。

（2）教学内容局限。为满足新工科建设需求，培养新时代高水平工程技术人才，传统教学体系下教学内容与工程实践存在严重脱节现象，缺少民航领域典型工程应用案例，课程教学与企业技术人员需求存在明显差异，难以满足智能制造技术人员培养需求。

（3）学习热情不够高涨、学习兴趣和积极性不高、学习目标不明确，以致于学生在课程技术后尚未建立国家标准意识，甚至将《机械制图》课程视为负担。学生基础知识掌握不够扎实，对国家标准认识不够清晰，尺规作图方法不熟练。以上问题是机械制图课程存在的普遍性问题[6-7]，并且在学时压缩后，以上问题也变得更加突出。

（二）教学内容、考核与评价

中国民航大学《机械制图》课程教学分两个学期进行，课程由《机械制图I》和《机械制图II》两部分组成。第一学期的《机械制图I》可成共授课40学时，相比课时缩减之前减少了8个学时。授课重点内容主要包括投影基础、立体截交、相贯、组合体、机件图样画法和尺寸标注，课程布置较为紧密。为适应新工科教学理念，课程教学内容应该更贴近工程实际应用，同时教学内容应该进行适当调整。受限于授课学时，作为机械制图课程重点内容的尺寸标注章节可以转移到第二学期开展。这样可以保证教学内容的连贯性，避免因假期的影响，导致学生对尺寸标注内容的遗忘。清晰且合理的尺寸标注是工程实际应用过程中需要掌握的基本能力。但随着零部件形状复杂程度增加，尺寸数量也越来越多。传统的手工绘图方法限制了绘图效率，并增加了绘图工作量。利用计算机软件绘图可以有效解决这一问题，并且能够迅速修改错误内容，并且可以改善图形美观程度。

《机械制图I》基本教学内容如图1所示。为了能够有效锻炼学生空间想象能力，绘图软件作图可以同尺规作图相协调，在掌握立体截交、相贯基础知识的基础上，利用三维绘图软件辅助教学。学生借助三维模型，想象二维投影图投影形状和位置。反过来，也能够利用二维投影图想象三维空间几何形状。针对《机械制图I》引入的三维绘图软件内容，期末总评成绩需要做出相应修改，包括15%尺规作图作业（含考勤）+15%软件绘图作业+70%期末成绩。其中软件绘图作业主要包括组合体三维图、组合体二维图和剖视图三部分组成。

《机械制图II》学时同样由48学时缩减为40学时。缩减后的教学安排包括32学时理论学习和8学时上机实践练习。由于在第一学期学生已经学习了三维绘图软件使用方法，在第二学期的学习中，可以对上机实践练习的时间进行调整，课上做启发式引导和答疑，更多的练习交给学生在课后完成。通过参考张京英老师等人[1]提出的“项目驱动”式教学理念，并结合中国民航大学专业特色，对《机械制图II》教学内容进行调整，重点引导学生掌握零件图拼画装配图，以及装配图拆画零件图基本过程。教学过程中引导学生完成对标准件、常用件、典型零件、装配体、尺寸标注和技术要求的学习，利用三维CAD软件分组绘制齿轮减速器零件，并实现零部件装配过程。具体教学内容如图2所示。

通过调用标准件库，强化学生对标准件和相应国家标准的认知。通过尺寸标注和技术要求标注强化学生对零件加工过程和智能制造过程的认识。通过对学生进行分组，完成对减速器各零件三维建模过程，使学生充分理解四大类零件的结构形状、尺寸和表面粗糙度标注方法及投影表达。最后，通过虚拟装配过程理解零件的拆装过程和工作原理，最终生成装配图爆炸图。这种方法以预期学习成果为导向，能够使学生在课堂教学和课后实践练习过程中充分理解《机械制图》课程的工程意义，提高学生的工程认知。激发学生对软件学习和零件加工过程的兴趣，通过利用三维绘图软件对零件建模、渲染和装配过程的学习，使《机械制图》课程变得生动立体，使学生充分体会到学习乐趣，避免枯燥的讲解式教学，进一步提高学生的沟通协调能力和主观能动性。通过对教学内容和教学计划的调整，《机械制图II》课程期末总评成绩也需要进行相应修改。总评成绩由40%平时成绩和60%期末成绩组成，其中平时成绩包含15%尺规作图作业（含考勤）和25%计算机绘图作业，计算机绘图作业又包括尺寸和表面粗糙度标注作业、减速器分组建模和装配图三部分。

结语

在新工科学时缩减背景下，应用OBE教育理念改进机械制图教学过程，在有限的线下教学活动中，充分利用网络优秀教学资源，以学生为中心，激发学生学习兴趣，提高学习主观能动性，坚持以学习成果为导向，不断提升学生知识迁移能力和自主探究学习能力，围绕理论教学与工程应用相结合，培养学生综合素质和空间想象能力，根据学生反馈的学习效果和作业完成质量实时调整教学方法，并做到根据学生个体化持续改进。

参考文献：

[1]张京英，杨薇，佟献英，等.构建基于OBE的立体化制图教学新体系[J].图学学报，2019，40：201-206.

[2]贾涵杰，何泽银，王正伦，等.新工科背景下机械制图课程综合改革探索[J].时代汽车，2023：52-54.

[3]董玲，何俊杰.基于OBE的机械制图教学改革与实践[J].装备制造技术，2016：215-216+222.

[4]原彬，于彦，孙昌国.基于OBE理念的参与式教学方法研究与实践——以画法几何及机械制图课程为例[J].创新创业理论研究与实践，2023，6：169-172.

[5]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，2020：28-31.

[6]何航红，王丽萍，覃钰杰.加强表达力培养的“机械制图及CAD”课程教学改革[J].科技风，2023：128-130.

[7]尚拴军，唐静静，杨丽彦，等.新工科背景下制图课程实现育人目标的实践与探索[J].科技风，2022：124-126.

作者简介：赵万辉（1991-），男，汉族，辽宁省朝阳人，博士，讲师，研究方向：机械工程