新工科人才培養(yǎng)模式探索與研究-以“機械制圖”課程為例

引言“少年強則國強”，一百多年前的吶喊猶在耳畔。青年的教育質量關乎國家的命運。在科技革命不斷推進的背景下，美歐、日本等工業(yè)發(fā)達國家對工科教育提出了革新。我國實施了“中國制造2025”等重大項目，教育部積極引導高等學校推進新工科建設［1］。具體來說，自2017年2月以來，教育部要求高校從工業(yè)產業(yè)需求的角度，開展學科建設，重構工科專業(yè)新結構，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，為在未來的競爭中走在前沿，培養(yǎng)與儲備具備國際競爭力的創(chuàng)新型工程科技人才。2017年8月，美國麻省理工學院啟動了“新工程教育轉型”（newengineeringeducationtransformation，簡稱NEET）計劃［2］，重點革新學生的學習方式及內容，旨在重構麻省理工學院的工程教育學。2013年，德國提出“工業(yè)4.0”計劃［3］，實施生產一體化、智能化，將分散的生產設備實現數據交互，形成高度智能化的有機體?！肮I(yè)4.0”理念已經成功應用在德國奔馳公司和大眾汽車上。2014年，日本啟動“工業(yè)智能化”［3］，主要針對人工智能產業(yè)解決勞動力斷層并支持未來的工業(yè)智能化。日本豐田汽車采用機器人、無人搬運機、無人工廠等先進技術和產品，建成了世界最短的高端車型智能生產線。與之對應，日本工科教育注重培養(yǎng)學生工程素質素養(yǎng)，靈活設置專業(yè)，主動地適應現代工程的發(fā)展要求，加強產學寫作，提高工程實踐。信息技術與教育教學的深度融合，互聯(lián)網對高等教育產生了重要影響。2001年，麻省理工學院通過開放課程OCW（OpenCourseWare），使得全球高等教育參與者能夠接觸到頂尖高等學府是如何開展教學活動的。OCW不但影響了教師如何開展教學活動過程，也間接影響了課堂教學。MOOC（MassiveOpenOnlineCourse）為社會學習者提供了在線的學習方式，使得教學過程轉變?yōu)榛旌鲜秸n堂教學?；旌鲜秸n堂教學豐富了課堂教學。自新冠病毒感染以來，大規(guī)模實時交互式在線教學（如雨課堂）保證了疫情期間正常教學，這種“教與學”和“學與學”高質量的實時交互重新定義了課堂教學［4］?！皺C械制圖”課程是高等學校工科專業(yè)人才培養(yǎng)中的基礎環(huán)節(jié)。學生通過該課程的訓練，應能繪制和閱讀工程圖樣，開展形象思維及創(chuàng)造性構思。本文提出以“互聯(lián)網+”技術和理念為依托，在信息技術飛速發(fā)展與新冠病毒感染背景下，探索以學生為教學核心的課程改革方法，不斷豐富傳統(tǒng)教學模式，提高“教與學”和“學與學”的教學過程質量。在新工科以及“互聯(lián)網+”背景下，以南京師范大學能源與機械工程學院能源類專業(yè)“機械制圖”課程教學改革為例，擴展教學內容、豐富教學方法和開展多元化的學生考核機制，加強教學實踐在教學過程中的比重，促使學生高度參與到教學過程中，提升該課程教學效果，探索新工科建設背景下，以近機類專業(yè)“機械制圖”課程為例，對教學內容以及方式手段進行初探，為社會主義建設培養(yǎng)合格的新型復合型工程科技人才。一、“機械制圖”課程與“互聯(lián)網+”的融入點“機械制圖”課程涉及部分相關國家標準內容簡介、點、直線、平面的投影、直線與平面、平面與平面的相對位置、立體的投影、組合體的視圖、軸測投影圖、機件的常用表達方法、標準件和常用件的表達方法、零件圖、裝配圖等內容，是機械類及近機類重要的專業(yè)課。在目前教與學中存在的問題主要有：由于課程內容較多，課時量少，課堂教學基本“滿堂灌”，“教與學”互動性不高，學生被動學習，對于知識的消化吸收效果不理想。為了利用互聯(lián)網的優(yōu)勢加強課堂教學效果以及融入新工科的要求，教學團隊仔細梳理了“機械制圖”課程中的主要知識模塊，提出“以二維為基礎，二維與三維并重”的教學思路，將“機械制圖”的知識點與“互聯(lián)網+”相結合，建立該課程“互聯(lián)網+”案例庫?！皺C械制圖”課程與“互聯(lián)網+”的融入點如表1所示。表1“機械制圖”課程“互聯(lián)網+”案例庫“機械制圖”課程與“互聯(lián)網+”的結合點可在《立體的投影》《組合體的視圖》《軸測投影圖》等章節(jié)中選取。在《立體的投影》中重點有立體表面點、線的投影，截交線、相貫線?；凇耙远S為基礎，二維與三維并重”的教學思路，可結合“互聯(lián)網+”技術，與學生實現實時交互溝通。在《組合體的視圖》章節(jié)中，重點是組合體補畫視圖，難點是組合體補畫視圖、尺寸標注，尤其是組合體補畫視圖。二、案例教學設計為融合新工科要求，利用“互聯(lián)網+”技術優(yōu)勢，教學團隊提煉“機械制圖”課程的知識點，基于“以二維為基礎，二維與三維并重”的教學思路，側重教學過程“教與學”的雙向互動，促進學生正確理解知識點。下面以組合體的視圖知識點為范例，說明“機械制圖”課程與“互聯(lián)網+”教學實踐案例。（一）選取該課程教學案例《組合體的視圖》是“機械制圖”課程的重點和難點。掌握這部分內容，是學生繪制和閱讀機械圖樣的重要基礎。組合體，由若干基本立體或常見簡單體通過一定方式組合而成。組合體的形狀反映了常見機器零件的設計構想。組合體是機器零件經過簡化之后工藝結構的幾何模型。《組合體的視圖》主要包括：組合體視圖的畫法、組合體視圖的尺寸標注法、讀組合體視圖的方法以及組合體的構形設計。表2列出了針對《組合體的視圖》教學設計。表2《組合體的視圖》教學設計《組合體的視圖》章節(jié)主要分為以下幾個模塊：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注、讀組合體視圖的基本方法及其構形設計。其中，“組合體視圖的畫法”是重點與難點，訓練學生由三維向二維轉換空間構圖能力的重要過程?！敖M合體視圖上的尺寸標注”是加工制造機件的重要依據，看似簡單，卻是學生經常犯錯誤的知識點。讀組合體視圖是畫組合體視圖的逆過程。在新工科背景下，學生仍須掌握讀圖的基本要領和基本方法，培養(yǎng)空間想象能力和構圖能力，通過不斷實踐，逐步提高讀圖能力。（二）教學流程設計本文以“組合體視圖的畫法”這一知識點為例，探索以“互聯(lián)網+”的“機械制圖”教學設計如下。課前預習、課堂互動、課后小結等課堂教學環(huán)節(jié)可在課堂在線管理工具（如雨課堂、騰訊課堂）中完成，教學流程如表3所示。課前預習，使學生自行完成一些簡單的、屬于復習性質的內容。例題講解環(huán)節(jié)會進一步詮釋重點、難點知識?！盎ヂ?lián)網+”提供了師生實時交互的平臺，是新常態(tài)下開展教學活動的必備。針對“機械制圖”課程特點，“互聯(lián)網+”為“二維與三維”之間的轉換提供平臺，促進學生消化吸收知識點。表3相關教學流程設計教學過程設置為六個環(huán)節(jié)：課前預習、課堂講授、例題講解、課堂練習、“互聯(lián)網+”引申及課后小結。教師可提前發(fā)布小視頻/動畫，引導學生預習。課堂講授是知識點的主要解析。教師通過合理利用圖表、動畫，講解“組合體視圖畫法”的步驟。利用例題講解，為學生做組合體視圖畫法的示范。通過課堂練習，檢驗學生是否真正理解了該知識點，并反饋存在的知識點盲區(qū)，讓教師隨時掌握學生的學習動態(tài)，實現高質量的“教與學”。教師可將課堂上的理論知識點引申到工業(yè)生產實際，實現學以致用。學生可以積極主動討論知識點，既可以有助于消化吸收知識點，又可以培養(yǎng)學生思辨能力?！盎ヂ?lián)網+”提供了師生實時交互的平臺，是新常態(tài)下開展教學活動的必備。在教學過程的總結環(huán)節(jié)，學生對組合體的視圖進行討論、歸納、總結。（三）引入“互聯(lián)網+”教學思路將“互聯(lián)網+”技術融入“機械制圖”課程的教學中，會豐富整個教學過程，使“教與學”具有實時交互、共享和社群化等特點。引入“互聯(lián)網+”，構建以學生為主的課堂教學，促使學生保持積極、主動及開放的學習狀態(tài)。根據教育部推進新工科教育，我校積極響應新工科教育部署，開展了新工科人才培養(yǎng)探索與探究。本研究在“機械制圖”課程中融入“互聯(lián)網+”技術和理念，構建基于“互聯(lián)網+”的課程內容體系，相應地豐富該課程的知識結構，探索該課程的教學新方法和模式。在新常態(tài)下教學活動中，對課程考核評價體系進行多元化管理。我校以能源動力類專業(yè)為試點，融合新工科要求，利用“互聯(lián)網+”技術，教學團隊在新常態(tài)下“機械制圖”課程的教學內容、教學方法及考評體系上進行初探，以期為同行提供一些參考。1.融合專業(yè)特色的“機械制圖”教學。在新工科人才培養(yǎng)模式探索下，構建課程內容時，要注重學生工程素質和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在優(yōu)化教學內容時，教師采用啟發(fā)式的教學方法，以學生主動學習為主。同時，教師在“教”的過程中，充分教授“機械制圖”課程大綱核心知識點，然后引導學生理論與生產實踐，聯(lián)系能源生產實際，篩選能源工程實例，融入教學過程之中，吸引學生對該課程的學習興趣，使該課程與人才培養(yǎng)目標更契合。例如，教師可在科研或工程項目中選取實例，解釋機械制圖理論知識在其中的應用。教師引導學生利用多種渠道，如圖書館、網絡資源、信息交流平臺等，通過查閱資料，思考理論知識和實際工程之間的聯(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方式。新常態(tài)下，線上教學對于教學過程的正常運行顯得尤為重要。確保線上教學質量是重要的一環(huán)。雨課堂、騰訊課堂等工具保證了實時互動，實現了教師的教與學生的學，提高了教學質量。教師也可以將教學微視頻、一些與該課程相關的動畫、文本以及圖片等上傳到在線課程平臺。教師可通過在線工具對學生的作業(yè)進行實時批閱，也可通過微信群和QQ群等方式，及時與學生溝通互動。線上和線下教學相互協(xié)調、配合，有助于提高“機械制圖”課程的整體教學質量。3.建立多元化的考核方式?！皺C械制圖”課程的考核方式主要有：考試成績、平時作業(yè)以及平時測繪?；诰€上和線下教學并重的特點，增加網絡資源學習考核，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，設置線上預習知識的瀏覽次數以及線上視頻的觀看次數等。使用多元化、綜合化的考核方式，適應新常態(tài)下的教學需求，高質量開展師生之間的“教與學”，堅持以學生為本，促使學生主動學習，提升教學