任務(wù)驅(qū)動(dòng)式應(yīng)用型本科機(jī)械制圖CAD課程教學(xué)模式探索

孫夢(mèng)馨 馮勇 鄭璐愷 方錫武

[摘 要] 現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域?qū)?yīng)用型人才的需求急劇增加，為了提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力及科學(xué)素養(yǎng)，在傳統(tǒng)的本科機(jī)械制圖CAD課程中引入了任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式，以“塊與屬性”這一學(xué)習(xí)模塊為例，探索從課前網(wǎng)絡(luò)自學(xué)，到課上教師直觀演示，再到科研項(xiàng)目子任務(wù)布置，學(xué)生分組認(rèn)領(lǐng)項(xiàng)目任務(wù)，師生互動(dòng)交流合作完成不同梯級(jí)的任務(wù)并由學(xué)生進(jìn)行完成情況匯報(bào)，最后由教師總結(jié)，提煉重點(diǎn)與難點(diǎn)的創(chuàng)新課堂模式。實(shí)踐效果證實(shí)，在機(jī)械制圖CAD課程中采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)符合工程教育認(rèn)證的要求，貼近00后大學(xué)生的個(gè)性與思維，提升了課堂教學(xué)效率，值得進(jìn)一步推廣運(yùn)用。

[關(guān)鍵詞] 任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué);機(jī)械制圖;應(yīng)用型人才

[基金項(xiàng)目] 南京工程學(xué)院高層次引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金（YKJ201901）與江蘇省青藍(lán)工程優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)資助的研究成果

[作者簡(jiǎn)介] 孫夢(mèng)馨（1989—），男，江蘇常州人，博士，南京工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院講師（通信作者），主要從事精密驅(qū)動(dòng)、機(jī)械設(shè)計(jì)研究;馮 勇（1975—），男，重慶人，博士，南京工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)，教授，主要從事先進(jìn)制造、機(jī)械工程研究。

[中圖分類號(hào)] G642.41 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）29-0247-03 ? ?[收稿日期] 2019-09-20

一、引言

近年來，由于國(guó)內(nèi)新興工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω咚刭|(zhì)、應(yīng)用型人才的需求急劇增加，高等教育在提升學(xué)生專業(yè)性的同時(shí)，越來越注重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用性、職業(yè)性與實(shí)踐性。為此，國(guó)外諸多院校以培養(yǎng)高學(xué)歷的專門型人才為目標(biāo)，推出了備受好評(píng)的雙元制高等教育模式下的應(yīng)用科技大學(xué)“學(xué)士”。新的培養(yǎng)模式對(duì)學(xué)生的理論水平與實(shí)操經(jīng)驗(yàn)提出了更高的要求，需要學(xué)生在完成基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，具備獨(dú)立完成科研或工程項(xiàng)目的能力，在工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的工程中融入創(chuàng)新思維以及變革意識(shí)[1]。近年來，國(guó)內(nèi)院校針對(duì)早先重理論輕實(shí)踐的教學(xué)狀態(tài)也進(jìn)行了相關(guān)的改革，一方面從源頭上，加強(qiáng)了教師隊(duì)伍的實(shí)踐教學(xué)水平，另一方面從教學(xué)內(nèi)容上，在教學(xué)大綱的修訂中引入了更多地以工程應(yīng)用為導(dǎo)向的課程，在課程理論知識(shí)教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加了更多的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)以及校企聯(lián)合工程活動(dòng)[2，3]。

在傳統(tǒng)課堂中引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式，是應(yīng)用型大學(xué)課程改革的主要手段之一。傳統(tǒng)課程作為課程改革的主戰(zhàn)場(chǎng)，是改革成效的試金石[4，5]。本文以我校機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)I(yè)本科機(jī)械制圖課程CAD教學(xué)模式的探索為例，分析了適應(yīng)新形勢(shì)的教學(xué)策略，介紹了運(yùn)用于CAD課堂中的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)[6]的具體實(shí)施方式以及教學(xué)實(shí)例。

二、工程教育對(duì)機(jī)械制圖CAD課程的要求

工程制圖課程是將理論與實(shí)踐高度結(jié)合的經(jīng)典工學(xué)基礎(chǔ)課程，對(duì)照工程教育以及本校機(jī)械專業(yè)學(xué)生畢業(yè)需要具備的指標(biāo)點(diǎn)，并結(jié)合課程自身的發(fā)展趨勢(shì)，該課程在實(shí)施中需要著重培養(yǎng)學(xué)生的以下能力。

1.培養(yǎng)學(xué)生的空間思維、識(shí)圖、繪圖的工程實(shí)踐能力，并且將工程制圖專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程機(jī)械裝備、智能制造裝備等領(lǐng)域解決相關(guān)復(fù)雜工程問題。

2.能夠?qū)⒐こ虣C(jī)械裝備、智能制造裝備等復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為工程制圖可以表達(dá)的形式，從圖紙中分析得到有效結(jié)論。

3.能夠針對(duì)工程應(yīng)用，進(jìn)行特定需求設(shè)計(jì)，繪制圖紙，并在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。

4.能夠使用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，例如二維三維CAD建模軟件對(duì)裝備制造過程進(jìn)行建模、預(yù)測(cè)、模擬和優(yōu)化。

三、00后學(xué)生群體特點(diǎn)與相應(yīng)教學(xué)策略

機(jī)械制圖CAD課程的學(xué)生對(duì)象主要是大一學(xué)生，他們已經(jīng)具有了機(jī)械制圖的基礎(chǔ)知識(shí)，然而對(duì)于復(fù)雜的工程圖的識(shí)別與繪制能力還較為欠缺，機(jī)械專業(yè)知識(shí)薄弱。在開展應(yīng)用型人才教育的過程中，需要對(duì)新入學(xué)的00后學(xué)生群體特點(diǎn)有大概的了解。結(jié)合課堂實(shí)踐教學(xué)，總結(jié)該學(xué)生群體特點(diǎn)主要包括：第一，新生代的學(xué)生普遍關(guān)注國(guó)家大事，具有渴望成功的心態(tài)，然而做事時(shí)缺乏耐性，缺少嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的作風(fēng);第二，剛走出高中的學(xué)生對(duì)于枯燥的理論知識(shí)學(xué)習(xí)感到厭倦，更喜愛進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐操作性的學(xué)習(xí);第三，受應(yīng)試教育思想的影響，本科低年級(jí)學(xué)生的自學(xué)能力還比較差，需要老師進(jìn)行適時(shí)的引導(dǎo)，小組合作學(xué)習(xí)能力比較強(qiáng)。

針對(duì)新學(xué)情，在機(jī)械制圖CAD課程教學(xué)中制定了針對(duì)性教學(xué)策略，可以分為四個(gè)層面。

1.從思維層面上，做到因材施教。其含義在于，根據(jù)不同學(xué)生的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)能力以及自身素質(zhì)，選擇適合學(xué)生特點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法來進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)。具體到課程教學(xué)上，可以在課前布置自學(xué)測(cè)驗(yàn)，根據(jù)測(cè)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，選擇有梯度、難度各異的項(xiàng)目任務(wù)分配給不同的組別完成。

2.從理念和方法層面上，做到理實(shí)結(jié)合。其含義在于，在工程教育中，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐相結(jié)合，針對(duì)具體工程背景，向?qū)W生介紹相應(yīng)制圖理論知識(shí)。具體到實(shí)踐課堂上，可以講科研項(xiàng)目分割為易于實(shí)施任務(wù)教學(xué)的工程實(shí)踐案例，在理論知識(shí)教學(xué)的基礎(chǔ)上，以學(xué)生為主題展開任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。

3.從手段和過程層面上，做到由淺入深。其含義在于，在課堂教學(xué)中，通過一些簡(jiǎn)單的基本操作入手，循序漸進(jìn)，逐步啟發(fā)學(xué)生深入理解掌握進(jìn)階知識(shí)。具體到教學(xué)單元上，以CAD中“塊與屬性”一節(jié)的教學(xué)為例，可以由學(xué)生熟悉的、感興趣的圖形引入“塊與屬性”的基本操作方法，通過多個(gè)工程實(shí)例的講解，加深學(xué)生對(duì)整節(jié)課中的重點(diǎn)難點(diǎn)的理解，掌握塊命令以及屬性編輯的使用方法。

4.從結(jié)果層面上，做到融會(huì)貫通。其含義在于，在完成基本教學(xué)后，啟發(fā)學(xué)生在熟練掌握課堂知識(shí)的基礎(chǔ)上，針對(duì)具體的工程案例熟練調(diào)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。具體到教學(xué)形式上，可以通過不同任務(wù)布置，組織學(xué)生開展分組競(jìng)賽法，合作與競(jìng)賽并舉，使學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐的過程中主動(dòng)的轉(zhuǎn)化、吸收所學(xué)知識(shí)，最終達(dá)到能靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)應(yīng)對(duì)不同的工程問題的效果。

四、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)具體方法

為了更好地開展實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)，在工程教育要求學(xué)生需要具備的能力以及上節(jié)四個(gè)層面的教學(xué)策略的指引下，總結(jié)并采用了以下一系列任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法。

1.課前自學(xué)法。通過微課、雨課堂、藍(lán)墨云班課等在線教育平臺(tái)在課前提供自學(xué)材料，布置自學(xué)任務(wù)，通過習(xí)題的設(shè)置來檢測(cè)學(xué)生對(duì)新舊知識(shí)的掌握程度。

2.直觀演示法。在課堂上通過與學(xué)生密切相關(guān)的實(shí)際例子引入新課（如動(dòng)漫人物的CAD繪制方法等），直觀的進(jìn)行知識(shí)的講授與操作的演示，通過學(xué)生感興趣的話題以及簡(jiǎn)單的操作引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

3.任務(wù)教學(xué)法。從課題組承擔(dān)的科研項(xiàng)目中分割部分與CAD制圖相關(guān)的子任務(wù)，由老師闡述任務(wù)背景，明確任務(wù)的執(zhí)行對(duì)象，和學(xué)生一起探討解決問題的思路。探討結(jié)束后，形成難度梯度不同的子任務(wù)，由學(xué)生分組領(lǐng)取任務(wù)完成。

4.互動(dòng)式教學(xué)法。學(xué)生分組認(rèn)領(lǐng)不同的任務(wù)后，合理分工，合作完成任務(wù)，并在課堂上進(jìn)行展示，教師在每組學(xué)生展示完后，予以適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)評(píng)，提煉該任務(wù)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。教師按照每組學(xué)生完成任務(wù)的時(shí)間以及完成質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，作為課程的形成性評(píng)價(jià)內(nèi)容之一。

五、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例

以機(jī)械制圖CAD教學(xué)中“塊與屬性”一節(jié)的內(nèi)容為例，說明任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法的具體設(shè)計(jì)。

1.通過網(wǎng)上課程的自學(xué)，掌握“定義圖塊”的方法與步驟，學(xué)完后完成網(wǎng)上的課前小測(cè)試，題目類型可以包括新知識(shí)的選擇題和舊知識(shí)的應(yīng)用題，教師在網(wǎng)上檢查學(xué)生習(xí)題完成情況，在課上予以講評(píng)，并根據(jù)題目完成情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組。

2.提出問題“如果要繪制多個(gè)造型類似的動(dòng)漫人物，逐個(gè)繪制既耗時(shí)又容易引起錯(cuò)誤，如何解決這一難題?！币龑?dǎo)學(xué)生思考解決辦法，引入CAD中的塊功能，在課堂上演示利用塊進(jìn)行動(dòng)漫人物的重復(fù)繪制，并加以改變圖形比例/標(biāo)注等操作，總結(jié)塊操作的優(yōu)點(diǎn)。

3.提出任務(wù)。進(jìn)行比例流量閥的工程圖繪制。首先在課堂上進(jìn)行比例流量閥的實(shí)物展示，大致說明其工作原理以及發(fā)展趨勢(shì)，接著對(duì)現(xiàn)有比例流量閥在局部進(jìn)行修改，引入創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程。將整個(gè)的繪制任務(wù)分割為三個(gè)難度梯級(jí)不同的子任務(wù)：例如：一星任務(wù)，運(yùn)用塊與屬性命令在溢流閥上蓋中添加表面粗糙度符號(hào);二星任務(wù)，運(yùn)用塊與屬性命令在工程圖標(biāo)題欄中添加可編輯信息;三星任務(wù)，運(yùn)用動(dòng)態(tài)塊命令在零件圖上添加不同類型的粗糙度符號(hào)。

由教師解釋每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行對(duì)象以及實(shí)質(zhì)，探討解決問題的思路。然后分好組的學(xué)生分別認(rèn)領(lǐng)準(zhǔn)備解決的任務(wù)，合作完成任務(wù)，在完成任務(wù)過程中，教師在課堂上與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流，隨時(shí)關(guān)注各組任務(wù)進(jìn)度。

4.各組完成任務(wù)后，在課堂上進(jìn)行展示，教師給予評(píng)價(jià)，并且針對(duì)表面粗糙度以及工程圖標(biāo)題欄的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)與回顧，根據(jù)任務(wù)完成中的具體操作，提煉塊與屬性的創(chuàng)建、保存、插入、應(yīng)用、編輯、修改、管理等重點(diǎn)與難點(diǎn)內(nèi)容，最后總結(jié)并布置相關(guān)制圖作業(yè)，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行回憶與鞏固。

整節(jié)課的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)流程如下圖所示。

六、結(jié)語

實(shí)踐證明，通過對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械制圖CAD課堂進(jìn)行變革，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的模式，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升了整體教學(xué)效果，在推進(jìn)學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)以及基礎(chǔ)操作的同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生在遇到復(fù)雜工程問題時(shí)探索、設(shè)計(jì)、分析、求解的能力。在任務(wù)的設(shè)置上考慮了根據(jù)學(xué)生能力進(jìn)行分組，認(rèn)領(lǐng)適合于自身基礎(chǔ)與素質(zhì)的梯級(jí)任務(wù)，做到了因材施教。在完成任務(wù)的過程中，鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、語言表達(dá)能力以及實(shí)踐創(chuàng)新精神，為培養(yǎng)符合工程教育要求的高素質(zhì)應(yīng)用型人才打下了基礎(chǔ)。

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