新工科人才培養(yǎng)模式探索與研究-以“機(jī)械制圖”課程為例

引言“少年強(qiáng)則國強(qiáng)”，一百多年前的吶喊猶在耳畔。青年的教育質(zhì)量關(guān)乎國家的命運(yùn)。在科技革命不斷推進(jìn)的背景下，美歐、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家對(duì)工科教育提出了革新。我國實(shí)施了“中國制造2025”等重大項(xiàng)目，教育部積極引導(dǎo)高等學(xué)校推進(jìn)新工科建設(shè)［1］。具體來說，自2017年2月以來，教育部要求高校從工業(yè)產(chǎn)業(yè)需求的角度，開展學(xué)科建設(shè)，重構(gòu)工科專業(yè)新結(jié)構(gòu)，融合創(chuàng)新工程教育方式與手段，探索新工科自主發(fā)展新模式，為在未來的競(jìng)爭(zhēng)中走在前沿，培養(yǎng)與儲(chǔ)備具備國際競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型工程科技人才。2017年8月，美國麻省理工學(xué)院?jiǎn)?dòng)了“新工程教育轉(zhuǎn)型”（newengineeringeducationtransformation，簡(jiǎn)稱NEET）計(jì)劃［2］，重點(diǎn)革新學(xué)生的學(xué)習(xí)方式及內(nèi)容，旨在重構(gòu)麻省理工學(xué)院的工程教育學(xué)。2013年，德國提出“工業(yè)4.0”計(jì)劃［3］，實(shí)施生產(chǎn)一體化、智能化，將分散的生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，形成高度智能化的有機(jī)體?！肮I(yè)4.0”理念已經(jīng)成功應(yīng)用在德國奔馳公司和大眾汽車上。2014年，日本啟動(dòng)“工業(yè)智能化”［3］，主要針對(duì)人工智能產(chǎn)業(yè)解決勞動(dòng)力斷層并支持未來的工業(yè)智能化。日本豐田汽車采用機(jī)器人、無人搬運(yùn)機(jī)、無人工廠等先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品，建成了世界最短的高端車型智能生產(chǎn)線。與之對(duì)應(yīng)，日本工科教育注重培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)素養(yǎng)，靈活設(shè)置專業(yè)，主動(dòng)地適應(yīng)現(xiàn)代工程的發(fā)展要求，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)寫作，提高工程實(shí)踐。信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)高等教育產(chǎn)生了重要影響。2001年，麻省理工學(xué)院通過開放課程OCW（OpenCourseWare），使得全球高等教育參與者能夠接觸到頂尖高等學(xué)府是如何開展教學(xué)活動(dòng)的。OCW不但影響了教師如何開展教學(xué)活動(dòng)過程，也間接影響了課堂教學(xué)。MOOC（MassiveOpenOnlineCourse）為社會(huì)學(xué)習(xí)者提供了在線的學(xué)習(xí)方式，使得教學(xué)過程轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌鲜秸n堂教學(xué)?；旌鲜秸n堂教學(xué)豐富了課堂教學(xué)。自新冠病毒感染以來，大規(guī)模實(shí)時(shí)交互式在線教學(xué)（如雨課堂）保證了疫情期間正常教學(xué)，這種“教與學(xué)”和“學(xué)與學(xué)”高質(zhì)量的實(shí)時(shí)交互重新定義了課堂教學(xué)［4］?！皺C(jī)械制圖”課程是高等學(xué)校工科專業(yè)人才培養(yǎng)中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過該課程的訓(xùn)練，應(yīng)能繪制和閱讀工程圖樣，開展形象思維及創(chuàng)造性構(gòu)思。本文提出以“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和理念為依托，在信息技術(shù)飛速發(fā)展與新冠病毒感染背景下，探索以學(xué)生為教學(xué)核心的課程改革方法，不斷豐富傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高“教與學(xué)”和“學(xué)與學(xué)”的教學(xué)過程質(zhì)量。在新工科以及“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，以南京師范大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院能源類專業(yè)“機(jī)械制圖”課程教學(xué)改革為例，擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)方法和開展多元化的學(xué)生考核機(jī)制，加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐在教學(xué)過程中的比重，促使學(xué)生高度參與到教學(xué)過程中，提升該課程教學(xué)效果，探索新工科建設(shè)背景下，以近機(jī)類專業(yè)“機(jī)械制圖”課程為例，對(duì)教學(xué)內(nèi)容以及方式手段進(jìn)行初探，為社會(huì)主義建設(shè)培養(yǎng)合格的新型復(fù)合型工程科技人才。一、“機(jī)械制圖”課程與“互聯(lián)網(wǎng)+”的融入點(diǎn)“機(jī)械制圖”課程涉及部分相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容簡(jiǎn)介、點(diǎn)、直線、平面的投影、直線與平面、平面與平面的相對(duì)位置、立體的投影、組合體的視圖、軸測(cè)投影圖、機(jī)件的常用表達(dá)方法、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件的表達(dá)方法、零件圖、裝配圖等內(nèi)容，是機(jī)械類及近機(jī)類重要的專業(yè)課。在目前教與學(xué)中存在的問題主要有：由于課程內(nèi)容較多，課時(shí)量少，課堂教學(xué)基本“滿堂灌”，“教與學(xué)”互動(dòng)性不高，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，對(duì)于知識(shí)的消化吸收效果不理想。為了利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)加強(qiáng)課堂教學(xué)效果以及融入新工科的要求，教學(xué)團(tuán)隊(duì)仔細(xì)梳理了“機(jī)械制圖”課程中的主要知識(shí)模塊，提出“以二維為基礎(chǔ)，二維與三維并重”的教學(xué)思路，將“機(jī)械制圖”的知識(shí)點(diǎn)與“互聯(lián)網(wǎng)+”相結(jié)合，建立該課程“互聯(lián)網(wǎng)+”案例庫?！皺C(jī)械制圖”課程與“互聯(lián)網(wǎng)+”的融入點(diǎn)如表1所示。表1“機(jī)械制圖”課程“互聯(lián)網(wǎng)+”案例庫“機(jī)械制圖”課程與“互聯(lián)網(wǎng)+”的結(jié)合點(diǎn)可在《立體的投影》《組合體的視圖》《軸測(cè)投影圖》等章節(jié)中選取。在《立體的投影》中重點(diǎn)有立體表面點(diǎn)、線的投影，截交線、相貫線?；凇耙远S為基礎(chǔ)，二維與三維并重”的教學(xué)思路，可結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，與學(xué)生實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互溝通。在《組合體的視圖》章節(jié)中，重點(diǎn)是組合體補(bǔ)畫視圖，難點(diǎn)是組合體補(bǔ)畫視圖、尺寸標(biāo)注，尤其是組合體補(bǔ)畫視圖。二、案例教學(xué)設(shè)計(jì)為融合新工科要求，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)優(yōu)勢(shì)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)提煉“機(jī)械制圖”課程的知識(shí)點(diǎn)，基于“以二維為基礎(chǔ)，二維與三維并重”的教學(xué)思路，側(cè)重教學(xué)過程“教與學(xué)”的雙向互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生正確理解知識(shí)點(diǎn)。下面以組合體的視圖知識(shí)點(diǎn)為范例，說明“機(jī)械制圖”課程與“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)實(shí)踐案例。（一）選取該課程教學(xué)案例《組合體的視圖》是“機(jī)械制圖”課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。掌握這部分內(nèi)容，是學(xué)生繪制和閱讀機(jī)械圖樣的重要基礎(chǔ)。組合體，由若干基本立體或常見簡(jiǎn)單體通過一定方式組合而成。組合體的形狀反映了常見機(jī)器零件的設(shè)計(jì)構(gòu)想。組合體是機(jī)器零件經(jīng)過簡(jiǎn)化之后工藝結(jié)構(gòu)的幾何模型?！督M合體的視圖》主要包括：組合體視圖的畫法、組合體視圖的尺寸標(biāo)注法、讀組合體視圖的方法以及組合體的構(gòu)形設(shè)計(jì)。表2列出了針對(duì)《組合體的視圖》教學(xué)設(shè)計(jì)。表2《組合體的視圖》教學(xué)設(shè)計(jì)《組合體的視圖》章節(jié)主要分為以下幾個(gè)模塊：三視圖的形成及其投影規(guī)律、組合體的形體分析、組合體視圖的畫法、組合體視圖上的尺寸標(biāo)注、讀組合體視圖的基本方法及其構(gòu)形設(shè)計(jì)。其中，“組合體視圖的畫法”是重點(diǎn)與難點(diǎn)，訓(xùn)練學(xué)生由三維向二維轉(zhuǎn)換空間構(gòu)圖能力的重要過程?！敖M合體視圖上的尺寸標(biāo)注”是加工制造機(jī)件的重要依據(jù)，看似簡(jiǎn)單，卻是學(xué)生經(jīng)常犯錯(cuò)誤的知識(shí)點(diǎn)。讀組合體視圖是畫組合體視圖的逆過程。在新工科背景下，學(xué)生仍須掌握讀圖的基本要領(lǐng)和基本方法，培養(yǎng)空間想象能力和構(gòu)圖能力，通過不斷實(shí)踐，逐步提高讀圖能力。（二）教學(xué)流程設(shè)計(jì)本文以“組合體視圖的畫法”這一知識(shí)點(diǎn)為例，探索以“互聯(lián)網(wǎng)+”的“機(jī)械制圖”教學(xué)設(shè)計(jì)如下。課前預(yù)習(xí)、課堂互動(dòng)、課后小結(jié)等課堂教學(xué)環(huán)節(jié)可在課堂在線管理工具（如雨課堂、騰訊課堂）中完成，教學(xué)流程如表3所示。課前預(yù)習(xí)，使學(xué)生自行完成一些簡(jiǎn)單的、屬于復(fù)習(xí)性質(zhì)的內(nèi)容。例題講解環(huán)節(jié)會(huì)進(jìn)一步詮釋重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”提供了師生實(shí)時(shí)交互的平臺(tái)，是新常態(tài)下開展教學(xué)活動(dòng)的必備。針對(duì)“機(jī)械制圖”課程特點(diǎn)，“互聯(lián)網(wǎng)+”為“二維與三維”之間的轉(zhuǎn)換提供平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生消化吸收知識(shí)點(diǎn)。表3相關(guān)教學(xué)流程設(shè)計(jì)教學(xué)過程設(shè)置為六個(gè)環(huán)節(jié)：課前預(yù)習(xí)、課堂講授、例題講解、課堂練習(xí)、“互聯(lián)網(wǎng)+”引申及課后小結(jié)。教師可提前發(fā)布小視頻/動(dòng)畫，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)。課堂講授是知識(shí)點(diǎn)的主要解析。教師通過合理利用圖表、動(dòng)畫，講解“組合體視圖畫法”的步驟。利用例題講解，為學(xué)生做組合體視圖畫法的示范。通過課堂練習(xí)，檢驗(yàn)學(xué)生是否真正理解了該知識(shí)點(diǎn)，并反饋存在的知識(shí)點(diǎn)盲區(qū)，讓教師隨時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的“教與學(xué)”。教師可將課堂上的理論知識(shí)點(diǎn)引申到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。學(xué)生可以積極主動(dòng)討論知識(shí)點(diǎn)，既可以有助于消化吸收知識(shí)點(diǎn)，又可以培養(yǎng)學(xué)生思辨能力。“互聯(lián)網(wǎng)+”提供了師生實(shí)時(shí)交互的平臺(tái)，是新常態(tài)下開展教學(xué)活動(dòng)的必備。在教學(xué)過程的總結(jié)環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)組合體的視圖進(jìn)行討論、歸納、總結(jié)。（三）引入“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)思路將“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)融入“機(jī)械制圖”課程的教學(xué)中，會(huì)豐富整個(gè)教學(xué)過程，使“教與學(xué)”具有實(shí)時(shí)交互、共享和社群化等特點(diǎn)。引入“互聯(lián)網(wǎng)+”，構(gòu)建以學(xué)生為主的課堂教學(xué)，促使學(xué)生保持積極、主動(dòng)及開放的學(xué)習(xí)狀態(tài)。根據(jù)教育部推進(jìn)新工科教育，我校積極響應(yīng)新工科教育部署，開展了新工科人才培養(yǎng)探索與探究。本研究在“機(jī)械制圖”課程中融入“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和理念，構(gòu)建基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的課程內(nèi)容體系，相應(yīng)地豐富該課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，探索該課程的教學(xué)新方法和模式。在新常態(tài)下教學(xué)活動(dòng)中，對(duì)課程考核評(píng)價(jià)體系進(jìn)行多元化管理。我校以能源動(dòng)力類專業(yè)為試點(diǎn)，融合新工科要求，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在新常態(tài)下“機(jī)械制圖”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考評(píng)體系上進(jìn)行初探，以期為同行提供一些參考。1.融合專業(yè)特色的“機(jī)械制圖”教學(xué)。在新工科人才培養(yǎng)模式探索下，構(gòu)建課程內(nèi)容時(shí)，要注重學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，以學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)為主。同時(shí)，教師在“教”的過程中，充分教授“機(jī)械制圖”課程大綱核心知識(shí)點(diǎn)，然后引導(dǎo)學(xué)生理論與生產(chǎn)實(shí)踐，聯(lián)系能源生產(chǎn)實(shí)際，篩選能源工程實(shí)例，融入教學(xué)過程之中，吸引學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，使該課程與人才培養(yǎng)目標(biāo)更契合。例如，教師可在科研或工程項(xiàng)目中選取實(shí)例，解釋機(jī)械制圖理論知識(shí)在其中的應(yīng)用。教師引導(dǎo)學(xué)生利用多種渠道，如圖書館、網(wǎng)絡(luò)資源、信息交流平臺(tái)等，通過查閱資料，思考理論知識(shí)和實(shí)際工程之間的聯(lián)系，不斷提升自身的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。2.建立線上和線下并行的雙重教學(xué)方式。新常態(tài)下，線上教學(xué)對(duì)于教學(xué)過程的正常運(yùn)行顯得尤為重要。確保線上教學(xué)質(zhì)量是重要的一環(huán)。雨課堂、騰訊課堂等工具保證了實(shí)時(shí)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了教師的教與學(xué)生的學(xué)，提高了教學(xué)質(zhì)量。教師也可以將教學(xué)微視頻、一些與該課程相關(guān)的動(dòng)畫、文本以及圖片等上傳到在線課程平臺(tái)。教師可通過在線工具對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)批閱，也可通過微信群和QQ群等方式，及時(shí)與學(xué)生溝通互動(dòng)。線上和線下教學(xué)相互協(xié)調(diào)、配合，有助于提高“機(jī)械制圖”課程的整體教學(xué)質(zhì)量。3.建立多元化的考核方式?！皺C(jī)械制圖”課程的考核方式主要有：考試成績(jī)、平時(shí)作業(yè)以及平時(shí)測(cè)繪?；诰€上和線下教學(xué)并重的特點(diǎn)，增加網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)考核，主要包括：線上作業(yè)的完成情況，線上提出問題、解決問題、答疑討論的活躍度，設(shè)置線上預(yù)習(xí)知識(shí)的瀏覽次數(shù)以及線上視頻的觀看次數(shù)等。使用多元化、綜合化的考核方式，適應(yīng)新常態(tài)下的教學(xué)需求，高質(zhì)量開展師生之間的“教與學(xué)”，堅(jiān)持以學(xué)生為本，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提升教學(xué)