基于工程教育認(rèn)證的“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”教學(xué)改革探索
——以北京林業(yè)大學(xué)為例

史雪松 霍光青 鄭嫦娥

(北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京 100083)

從2015年國務(wù)院發(fā)布《中國制造2025》，到黨的十九大指出“2035年我國要基本實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化”，都對我國工業(yè)化提出了新的要求。新時代背景下，工程科學(xué)技術(shù)人才是建設(shè)工業(yè)強(qiáng)國的第一戰(zhàn)略資源[1]，而工程技術(shù)人才的培養(yǎng)更具有時代特點(diǎn)。2016年，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》中的一員，標(biāo)志著我國工程教育質(zhì)量在國際上得到了認(rèn)可，工程教育的發(fā)展迎來了新的篇章。

工程教育認(rèn)證是由專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)對高等教育機(jī)構(gòu)開設(shè)的工程類專業(yè)進(jìn)行的專門性認(rèn)證，用以提升教育質(zhì)量，保障工程教育的人才培養(yǎng)質(zhì)量，提升工程教育專業(yè)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應(yīng)度，并推動我國高等院校工科教育發(fā)展[2]。工程教育認(rèn)證的基本理念是：以學(xué)生為中心，以目標(biāo)為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)[3]。我國2017年11月修訂的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中共有7項(xiàng)，分別是學(xué)生、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、持續(xù)改進(jìn)、課程體系、師資隊(duì)伍和支持條件。其中，學(xué)生是中心項(xiàng)，其他項(xiàng)都是圍繞著學(xué)生要達(dá)到的畢業(yè)要求而設(shè)置的[4]。

北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院在開展工程教育認(rèn)證過程中，對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行了修訂[5]。為了使課程教學(xué)能夠適應(yīng)新的人才培養(yǎng)方案，并符合工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求，“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)改革迫在眉睫?！肮こ虉D學(xué)A課程設(shè)計(jì)”是由工學(xué)院開設(shè)的工程實(shí)踐課程，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)學(xué)生在完成“工程圖學(xué)A”課程學(xué)習(xí)后開展的對產(chǎn)品認(rèn)知、測量、造型、裝配、表達(dá)等技能進(jìn)行綜合訓(xùn)練的實(shí)踐類課程。該課程具有極強(qiáng)的綜合性，考察的知識點(diǎn)較多，對學(xué)生的綜合實(shí)踐能力要求較高。隨著北京林業(yè)大學(xué)工程教育認(rèn)證工作的開展，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，原有的“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和評價標(biāo)準(zhǔn)不能滿足工程教育認(rèn)證的基本要求。因此，如何使“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)符合工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求，并滿足北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)要求，是該課程教師急待解決的問題。

一、“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)面臨的問題

“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的工程實(shí)踐類必修課程。該課程主要考察學(xué)生的研究、設(shè)計(jì)、造型、表達(dá)和協(xié)作溝通能力，其涉及的內(nèi)容包括測量、造型、設(shè)計(jì)、裝配、圖紙表達(dá)等，共計(jì)16學(xué)時。①測量：要求學(xué)生對指定設(shè)備進(jìn)行觀察，了解部件結(jié)構(gòu)及作用原理，并測量各組成零件，做好記錄；②造型：要求學(xué)生使用三維建模軟件對各零件進(jìn)行三維實(shí)體造型與設(shè)計(jì)，并生成零件圖紙；③設(shè)計(jì)：要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個軸上外接使用的皮帶輪或齒輪，尺寸與結(jié)構(gòu)由學(xué)生自定；④裝配：要求學(xué)生使用三維建模軟件將各零件進(jìn)行三維裝配，并生成裝配圖紙；⑤圖紙表達(dá)：要求學(xué)生遵照機(jī)械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)，正確、合理地表達(dá)零件及設(shè)備。基于工程教育認(rèn)證對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求，筆者發(fā)現(xiàn)該課程主要存在以下問題。

(一)教學(xué)目標(biāo)不具體

目前，“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程目標(biāo)為“學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本方法，達(dá)到熟練運(yùn)用繪圖與設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的目的”。這里僅描述了學(xué)生應(yīng)具備的能力，不符合工程教育認(rèn)證關(guān)于課程目標(biāo)的相關(guān)要求，未建立課程目標(biāo)與畢業(yè)目標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系。

(二)教學(xué)內(nèi)容不詳實(shí)

目前，“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容為“對一指定的部件進(jìn)行分析，利用軟件進(jìn)行繪圖和數(shù)字建模，生成零件圖，并進(jìn)行尺寸標(biāo)注，如尺寸公差、形位公差、粗糙度的標(biāo)注；利用軟件進(jìn)行裝配，生成工程裝配圖，進(jìn)行標(biāo)注后生成編號、明細(xì)表；對生成的圖形文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換并打印主要的工程圖”。這里并未細(xì)化各知識點(diǎn)內(nèi)容。該課程開設(shè)學(xué)期為第二學(xué)期，授課對象為大學(xué)一年級學(xué)生，由于學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與工程意識，且授課課時較短，導(dǎo)致學(xué)生不能充分理解該課程教學(xué)內(nèi)容，而且教學(xué)內(nèi)容未突出“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，沒有將每一項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)、畢業(yè)目標(biāo)之間建立起對應(yīng)關(guān)系。

(三)評價標(biāo)準(zhǔn)不完善

在工程教育認(rèn)證中，課程的評價標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)課程目標(biāo)和畢業(yè)要求的達(dá)成情況進(jìn)行評價。而“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程的評價標(biāo)準(zhǔn)是“采取實(shí)習(xí)報告加圖紙的整體考核”。這樣的評價方式學(xué)生只有一個最終成績，沒有針對各教學(xué)內(nèi)容的具體成績，導(dǎo)致教師無法準(zhǔn)確得知學(xué)生在每一個設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的真實(shí)能力和對知識點(diǎn)的掌握程度，從而無法了解每一個課程目標(biāo)的達(dá)成情況，因此現(xiàn)有評價標(biāo)準(zhǔn)不符合工程教育認(rèn)證的要求。

二、基于工程教育認(rèn)證的“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的措施

依據(jù)工程教育認(rèn)證要求修訂的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)方案中，共有12個畢業(yè)要求，分別是工程知識、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理和終身學(xué)習(xí)。按照該專業(yè)對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的劃分，“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程共支撐4個畢業(yè)要求，見表1。筆者根據(jù)“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程所支撐的4個畢業(yè)要求，針對該課程當(dāng)前存在的問題，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和評價標(biāo)準(zhǔn)等4個方面提出了教學(xué)改革措施。

(一)細(xì)化教學(xué)目標(biāo)

課程目標(biāo)作為教學(xué)大綱的核心要素，既支撐畢業(yè)要求的達(dá)成，又決定著教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及評價標(biāo)準(zhǔn)[6]。因此，為確立課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系，筆者將課程目標(biāo)細(xì)化為4個具體的目標(biāo)，分別如下。

①課程目標(biāo)1：觀察與測繪機(jī)械產(chǎn)品。學(xué)生通過觀察機(jī)械產(chǎn)品，了解常見的機(jī)械結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，分析設(shè)備的工作原理以及每個零部件的作用、加工方法、材料的使用情況；學(xué)生通過運(yùn)用拆裝工具，拆卸零部件，分析零部件結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系，找到合理的測量方法進(jìn)行測繪，并記錄詳細(xì)尺寸，最后安裝零部件將機(jī)器恢復(fù)原樣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、獨(dú)立思考的能力。

②課程目標(biāo)2：零部件造型與表達(dá)。學(xué)生根據(jù)測繪結(jié)果進(jìn)行三維實(shí)體造型，進(jìn)一步掌握零部件造型的方法；學(xué)生根據(jù)零部件三維模型，除標(biāo)準(zhǔn)件外生成每個零部件的零部件圖；學(xué)生根據(jù)設(shè)備功能要求，自主設(shè)計(jì)一個相關(guān)的零部件，進(jìn)行三維實(shí)體造型并生成零部件圖。

③課程目標(biāo)3：裝配造型與表達(dá)。學(xué)生利用三維軟件進(jìn)行裝配，生成三維裝配模型(軸測圖)和爆炸圖及二維裝配圖。

④課程目標(biāo)4：分組協(xié)作。2～3名學(xué)生一組進(jìn)行分工測繪和零部件造型；每位學(xué)生獨(dú)立完成造型三維裝配、零部件圖和裝配圖。測繪時，同組學(xué)生間需要有合作意識；產(chǎn)品裝配時，所有學(xué)生需要做好溝通；相鄰零件結(jié)構(gòu)或尺寸裝配有矛盾時，應(yīng)相互討論、共同查找原因，找到合理的解決方法，以便于將來能夠順利完成任務(wù)。

同時，根據(jù)“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程所支撐的4個畢業(yè)要求，筆者建立了課程目標(biāo)與畢業(yè)要求之間的對應(yīng)關(guān)系，使課程目標(biāo)能夠有效地支撐畢業(yè)要求，見表1。

表1 “工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系

(二)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

依據(jù)細(xì)化后的課程目標(biāo)，對“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，并針對每一項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容都增加了對學(xué)生的基本要求，建立了教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系。例如，將教學(xué)內(nèi)容中第3部分“造型”對學(xué)生的基本要求優(yōu)化為學(xué)生“通過分析零件結(jié)構(gòu)，制定造型策略與方法，完成零件造型”，這與“課程目標(biāo)2：零件造型與表達(dá)”相對應(yīng)。優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)間建立了明確的對應(yīng)關(guān)系，滿足了工程教育認(rèn)證的要求，見表2。

表2 “工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)之間的關(guān)系

(三)完善評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)優(yōu)化后的“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”的課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容，通過科學(xué)劃分成績比例、細(xì)化評分標(biāo)準(zhǔn)，筆者完善了該課程的評價標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)全面反映了學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，特別是學(xué)生在各個環(huán)節(jié)的真實(shí)能力，并為課程目標(biāo)達(dá)成度評價和畢業(yè)要求達(dá)成度評價提供測算依據(jù)。例如，在學(xué)生提交材料中，零部件圖和裝配圖是重點(diǎn)的考查內(nèi)容，這2部分反映了學(xué)生對該課程重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，支撐課程目標(biāo)2和課程目標(biāo)3。因此，細(xì)化了這2項(xiàng)的評分標(biāo)準(zhǔn)，提高了相應(yīng)的成績占比。同時，增加了對該課程設(shè)計(jì)進(jìn)展情況的檢查，實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生學(xué)習(xí)全過程的評價及對團(tuán)隊(duì)協(xié)作工作的評價，建立了與課程目標(biāo)4的對應(yīng)關(guān)系，見表3。

表3 “工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程需要提交的內(nèi)容與評分標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系情況

(四)建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制

工程教育認(rèn)證體系的核心理念之一是持續(xù)改進(jìn)，要求“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程建立教學(xué)過程監(jiān)控機(jī)制，以及明確可行的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。課程目標(biāo)達(dá)成度是質(zhì)量反饋環(huán)節(jié)的重要數(shù)據(jù)，對教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)管理和持續(xù)改進(jìn)都具有重要的指導(dǎo)意義。依據(jù)新修訂的課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和評價標(biāo)準(zhǔn)，在每學(xué)期課程結(jié)束后形成課程目標(biāo)達(dá)成度分析報告。通過分析“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程目標(biāo)達(dá)成度、畢業(yè)要求達(dá)成度等一系列數(shù)據(jù)，獲得該課程教學(xué)過程中存在的問題，從而指導(dǎo)該課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的持續(xù)改進(jìn)，形成“評價—改進(jìn)—再評價”的閉環(huán)管理，最終實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生工程能力的目的。

三、“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的成效

基于工程教育認(rèn)證的“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革自實(shí)施以來成效顯著，主要表現(xiàn)在以下2個方面。

(一)教學(xué)效果顯著提高

布盧姆曾說：“有效的教學(xué)始于知道希望達(dá)到的目標(biāo)是什么”?；诠こ探逃J(rèn)證的“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革自2017年9月開始實(shí)施，通過細(xì)化課程目標(biāo)明確了課堂教學(xué)的核心，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容和評價標(biāo)準(zhǔn)，并在每學(xué)期課程結(jié)束后形成課程目標(biāo)達(dá)成度分析報告，使該課程教學(xué)效果得到顯著提高。以2017級和2018級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)學(xué)生為例，“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程目標(biāo)達(dá)成度的數(shù)據(jù)計(jì)算情況見表4。結(jié)果顯示，課程目標(biāo)達(dá)成度均在0.6以上，表明學(xué)生均已達(dá)到了考核要求。進(jìn)一步地，通過對2屆學(xué)生每一項(xiàng)課程目標(biāo)達(dá)成度的分析和對比發(fā)現(xiàn)，課程目標(biāo)1、2、4的達(dá)成度較上一年都有大幅度提高，表明學(xué)生對機(jī)械系統(tǒng)的觀察能力、機(jī)械零部件的拆裝和測繪能力以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行三維建模的能力都有顯著提高。另外，從教務(wù)處組織的學(xué)生評教結(jié)果來看，2018級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)學(xué)生對“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程的打分為95.21分，排名為工學(xué)院該類課程第1、學(xué)校該類課程第3，說明學(xué)生對該課程的滿意度普遍較高，取得了較好的教學(xué)效果。

表4 2017級與2018級學(xué)生“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度的比較

(二)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法持續(xù)改進(jìn)

基于工程教育認(rèn)證的“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革，可以發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，從而指導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的持續(xù)改進(jìn)。從表4可以看出，2018級相比2017級課程目標(biāo)3的達(dá)成度稍有下降。該項(xiàng)課程目標(biāo)主要由測繪零部件圖和設(shè)計(jì)零部件圖2項(xiàng)工作構(gòu)成，由于在設(shè)計(jì)零部件圖方面學(xué)生的平均得分較低(平均得分5分，滿分10分)，導(dǎo)致課程目標(biāo)3的達(dá)成度降低。這反映出學(xué)生在零部件設(shè)計(jì)方面還存在不足，其原因主要是一年級學(xué)生在零部件設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識有所不足，導(dǎo)致零部件設(shè)計(jì)能力較差，造成達(dá)成度值偏低。針對這個問題，筆者建議后續(xù)“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)應(yīng)從2個方面進(jìn)行改進(jìn)：一是從教學(xué)內(nèi)容上，進(jìn)一步加強(qiáng)該課程內(nèi)容與工程實(shí)踐的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生工程意識，同時重視二維零部件圖和裝配圖的表達(dá)訓(xùn)練；二是從教學(xué)方法上，加強(qiáng)該課程設(shè)計(jì)與測繪實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效結(jié)合，充分利用測繪實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生提升對復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的認(rèn)知能力，并了解各部分零部件的工作原理，在測繪實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加入對零部件設(shè)計(jì)相關(guān)知識的初步講解，增強(qiáng)學(xué)生對設(shè)計(jì)的直觀感受，提升學(xué)生的設(shè)計(jì)興趣。

綜上所述，筆者依據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)校“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”的課程特點(diǎn)和存在的問題，對“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)進(jìn)行了改革，取得了良好的教學(xué)效果。改革后的“工程圖學(xué)A課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)符合工程教育認(rèn)證“以學(xué)生為中心，目標(biāo)為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”的基本理念：以學(xué)生為中心，全面培養(yǎng)學(xué)生各項(xiàng)能力；以目標(biāo)為導(dǎo)向，切實(shí)保證教學(xué)內(nèi)容貼合就業(yè)需要；建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，不斷完善教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法，確保培養(yǎng)適應(yīng)新時代所需的工程技術(shù)人才。

資助項(xiàng)目：北京林業(yè)大學(xué)2018年教育教學(xué)改革項(xiàng)目“工程教育認(rèn)證背景下的工圖課程建設(shè)”，項(xiàng)目編號BJFU2018JY051。