新工科視域下土木工程制圖課程改革研究

繆宏杰 鄭宣恭 黃若鵬

(1.福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院 福建福州 350002 ； 2.廈門華巖勘測設(shè)計(jì)有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

新工科理念的提出，為打破傳統(tǒng)教學(xué)體系建立面向未來的全新教學(xué)體系奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也推動(dòng)了土木工程專業(yè)的教學(xué)改革。土木工程制圖是土木工程專業(yè)學(xué)生最早接觸的專業(yè)相關(guān)課程，諸多學(xué)者對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐研究。何蕊等[1]提出以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)熱情，通過對(duì)照比較實(shí)驗(yàn)班和普通班凸顯自主學(xué)習(xí)模式的合理性和科學(xué)性。史俊偉等[2]結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景，基于傳統(tǒng)工程制圖存在的問題，提出結(jié)合MOOC的翻轉(zhuǎn)課堂模式，通過實(shí)踐取得良好教學(xué)效果。李娜等[3]分析工程制圖課程目前存在的問題，采取互動(dòng)教學(xué)、團(tuán)隊(duì)合作等多元改革措施以增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)興趣。目前大部分研究集中于學(xué)生能力和教學(xué)模式的課程改革[4-8]，取得了一定研究成果。本文以新工科背景，開展課程內(nèi)容、考核體系等方面改革，以期培養(yǎng)滿足新工科要求的學(xué)生。

1 新工科對(duì)土木工程制圖課程的內(nèi)涵要求

制圖課程作為一門學(xué)科基礎(chǔ)課,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。新工科基于未來產(chǎn)業(yè)變化，提出培養(yǎng)新型復(fù)合人才的要求，具體可分3個(gè)方面 ：一是具備扎實(shí)學(xué)科知識(shí)，在此基礎(chǔ)上具有一定的學(xué)科交叉能力和素養(yǎng)；二是具有學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù)并運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力；三是具有良好團(tuán)隊(duì)合作能力以及人文素養(yǎng)?；谛鹿た埔蠼Y(jié)合課程特點(diǎn)，進(jìn)而明確土木工程制圖課程目標(biāo)。首先，知識(shí)方面,掌握投影知識(shí)、工程圖例等圖紙相關(guān)知識(shí)；其次，能力方面,培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力，空間三維圖形和二維投影相互轉(zhuǎn)換能力，應(yīng)用知識(shí)解決問題能力和創(chuàng)新能力，為以后專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；再次，在技能方面，學(xué)生掌握國家建筑制圖標(biāo)準(zhǔn)，掌握繪圖識(shí)圖的科學(xué)工作方法；最后，在素養(yǎng)方面，形成良好工程素養(yǎng)，能適應(yīng)和勝任多變的職業(yè)領(lǐng)域。

2 學(xué)情分析及存在問題

2.1 學(xué)情分析

授課對(duì)象為剛進(jìn)入大學(xué)的新生，對(duì)于大學(xué)的課程和大學(xué)學(xué)習(xí)方法都不甚了解，易將高中的學(xué)習(xí)方法直接套用于大學(xué)學(xué)習(xí)生活中。針對(duì)土木工程制圖課程，學(xué)生有一定的三視圖基礎(chǔ)，但土木工程制圖課程內(nèi)容抽象，對(duì)空間想象能力以及邏輯要求高，大部分學(xué)生學(xué)習(xí)過程覺得吃力。同時(shí)工程制圖內(nèi)容實(shí)踐性強(qiáng)，與專業(yè)聯(lián)系密切，雖然有很強(qiáng)的新鮮感，但由于新生缺少預(yù)備知識(shí)(如梁、板、柱等構(gòu)件分不清)，逐漸給課程貼上“難”的標(biāo)簽。

2.2 教學(xué)問題

教學(xué)內(nèi)容方面：首先，無重點(diǎn)的全面講述知識(shí)點(diǎn)的傳統(tǒng)制圖課程，由于課程學(xué)時(shí)不斷減少，已經(jīng)難以滿足學(xué)習(xí)要求；其次，傳統(tǒng)制圖課程內(nèi)容忽視與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，部分知識(shí)點(diǎn)如換面法等難度大，占用大量學(xué)時(shí)卻在實(shí)際工程鮮有機(jī)會(huì)使用；最后，傳統(tǒng)的制圖課程在畫法幾何模塊以抽象理論解釋為主，追求投影知識(shí)框架的完整性，重點(diǎn)不突出，大量時(shí)間花在投影求時(shí)長、傾角等幾何問題上，而對(duì)軸測圖、剖視圖等立體內(nèi)容簡單講解，給學(xué)生產(chǎn)生該門課用處不大的誤解?；诖藗鹘y(tǒng)制圖課程急需改革。

成績考核方面：以往的考核較為單一，主要以期末考成績作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，缺乏過程評(píng)價(jià)和能力素養(yǎng)評(píng)價(jià)，學(xué)生主動(dòng)性難以充分發(fā)揮。在這種考核模式下，學(xué)生只會(huì)解特定題目，難以將知識(shí)遷移應(yīng)用。學(xué)生常出現(xiàn)考完就忘的現(xiàn)象，也鮮有學(xué)生能在課程學(xué)習(xí)中能力得到充分提升，更不用說將所學(xué)知識(shí)帶到未來的工作中。

教學(xué)效果方面：雖然大部分學(xué)生通過了考試，但是在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段仍出現(xiàn)無法清晰表達(dá)設(shè)計(jì)意圖的現(xiàn)象，此外還出現(xiàn)所畫出的圖紙不足以用于實(shí)際生產(chǎn)，常出現(xiàn)線型使用錯(cuò)誤、制圖不規(guī)范等問題。通過走訪調(diào)研，部分企業(yè)反映學(xué)生沒有養(yǎng)成查閱規(guī)范文件的習(xí)慣，并且未掌握讀圖的科學(xué)方法，難以通過實(shí)際工程圖，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工問題并加以解決，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)施工圖難以完全看懂。

基于傳統(tǒng)教學(xué)多方面的問題，傳統(tǒng)教學(xué)須通過一系列的學(xué)習(xí)和實(shí)踐改革手段達(dá)到新工科所賦予的內(nèi)涵要求，以期培養(yǎng)符合新工科要求的復(fù)合型人才。

3 教學(xué)改革

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，重塑教學(xué)體系

傳統(tǒng)教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容上缺少與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，追求投影知識(shí)框架的完整性及解題技巧性。從實(shí)際和學(xué)情出發(fā)，以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，以內(nèi)容少而精為改革原則，對(duì)傳統(tǒng)制圖課程內(nèi)容體系進(jìn)行重組。如表1所示，制圖課程內(nèi)容分為三大模塊：畫法幾何模塊、規(guī)范制圖模塊、工程制圖模塊。本次教學(xué)體系改革，適當(dāng)減少畫法幾何模塊的學(xué)時(shí)，增加工程制圖模塊學(xué)時(shí)及規(guī)范制圖學(xué)時(shí)。畫法幾何模塊弱化部分實(shí)際中用不上的理論和方法如換面法、線面相交問題等。畫法幾何模塊分為投影基礎(chǔ)模塊和立體投影模塊兩個(gè)子模塊，先進(jìn)行投影基礎(chǔ)模塊學(xué)習(xí)，由點(diǎn)、線、面投影層層遞進(jìn)，在此基礎(chǔ)上可開展立體投影模塊學(xué)習(xí)，重點(diǎn)結(jié)合應(yīng)用學(xué)習(xí)組合體視圖以及軸測圖等。

表1 教學(xué)體系模塊劃分

如圖1所示，課程改革中投影基礎(chǔ)模塊大幅度減少，而其他三大模塊學(xué)時(shí)不同程度上升。其原因在于投影基礎(chǔ)模塊內(nèi)容抽象枯燥，對(duì)該模塊非重點(diǎn)部分進(jìn)行剔除，同時(shí)將部分知識(shí)點(diǎn)融合在立體投影模塊中講解。此外為了增強(qiáng)課程實(shí)踐性，故對(duì)規(guī)范制圖模塊和工程制圖模塊適當(dāng)增加學(xué)時(shí)以保證學(xué)生繪圖識(shí)圖能力得到提升。

新工科背景下有針對(duì)性和科學(xué)性進(jìn)行教學(xué)體系重塑，是課程改革關(guān)鍵所在。模塊之間并非相互割裂獨(dú)立，而是相互聯(lián)系，相互滲透。畫法幾何模塊偏向理論性較為枯燥，而工程制圖模塊偏向?qū)嵺`性，兩大模塊中部分知識(shí)相互融合。因此，課程改革中有意識(shí)加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)的組合，如將面的投影和組合體視圖融合相互貫通，將三視圖與房屋建筑工程圖結(jié)合等，此做法不僅可以節(jié)約學(xué)時(shí)，還可讓學(xué)生適應(yīng)知識(shí)的交叉融合，提高綜合素質(zhì)，為培育新工科人才奠定基礎(chǔ)。

圖1 改革前后各模塊學(xué)時(shí)變化

3.2 改革教學(xué)方法，以學(xué)生為中心

由于制圖知識(shí)點(diǎn)抽象，很多時(shí)候?qū)W生對(duì)于老師傳授的知識(shí)難以消化，出現(xiàn)上課瞌睡、成績不佳等現(xiàn)象。究其原因，在于以教師為主導(dǎo)單向傳授知識(shí)的教學(xué)方法已不適用于當(dāng)代學(xué)生，課程改革著眼于以學(xué)生為中心，采用啟發(fā)式教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生自主性，提高其對(duì)本專業(yè)的興趣和認(rèn)可度。啟發(fā)式教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)知識(shí)是在教師的啟發(fā)下，自然而然被學(xué)生探索出的，其中學(xué)生作為課程學(xué)習(xí)主體，教師充當(dāng)學(xué)習(xí)引導(dǎo)和幫扶的角色。

本次課程改革，針對(duì)不同模塊知識(shí)點(diǎn)的不同特點(diǎn)，采用啟發(fā)式教學(xué)中的研討啟發(fā)式和設(shè)疑啟發(fā)式，以激發(fā)學(xué)生探索和創(chuàng)新熱情。研討啟發(fā)式是學(xué)生組成小組，對(duì)老師拋出的問題開展討論研究，充分發(fā)揮小組集體智慧。如在探討三視投影圖之間的關(guān)系時(shí)，由小組自主尋找實(shí)物繪制三視圖并從三視圖圖中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)而小組派代表進(jìn)行交流成果。類似對(duì)于平面立體與平面立體相交這一難題，通過觀察圖形討論出繪制相貫線的做法。研討啟發(fā)式能讓學(xué)生自己小組內(nèi)部碰撞出知識(shí)火花，知識(shí)自然而然被學(xué)生探索出的，同時(shí)有助于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力和表達(dá)能力。設(shè)疑啟發(fā)式，則是從生活中的事物或現(xiàn)象提出疑問，通過疑問引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的方法。如在剖視圖章節(jié)中，提問學(xué)生如果對(duì)具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，采用普通三視圖將會(huì)出現(xiàn)多條虛線，給工人造成巨大識(shí)圖負(fù)擔(dān)，應(yīng)如何解決。設(shè)疑啟發(fā)法激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)好奇心和學(xué)習(xí)熱情，有助于養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)習(xí)慣，為適應(yīng)未來工作打下基礎(chǔ)。

3.3 改革教學(xué)手段 利用現(xiàn)代化教學(xué)手段

3.3.1利用智慧教學(xué)手段

隨著教學(xué)手段不斷發(fā)展，涌現(xiàn)了像超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等智慧教學(xué)工具。本課程緊扣時(shí)代發(fā)展，依托現(xiàn)代信息技術(shù)所構(gòu)成的教學(xué)環(huán)境，創(chuàng)新性地引入超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，以激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。教師可以利用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)對(duì)課前、課中、課后進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，創(chuàng)建教學(xué)空間并且進(jìn)行課程建設(shè)以及課程教學(xué)管理。

圖2 基于學(xué)習(xí)通的智慧教學(xué)

如圖2所示，在課前教師上傳教學(xué)資源至學(xué)習(xí)通平臺(tái)，以供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)通 APP 線上隨時(shí)隨地預(yù)習(xí)，并完成設(shè)定的預(yù)習(xí)任務(wù)和課前檢測。老師則通過課前檢測的結(jié)果了解學(xué)生預(yù)習(xí)情況和對(duì)新知識(shí)的掌握情況。在課中，教師依托現(xiàn)代教學(xué)手段開展以學(xué)生為主體的交互式學(xué)習(xí)。教師的作用在于引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)，學(xué)生則利用學(xué)習(xí)通APP通過搶答彈幕等功能，通過手機(jī)端發(fā)表個(gè)人見解，全程參與課程。在課后，教師利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布和批改作業(yè)，并在線上對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的疑惑進(jìn)行解答。此外，課后教師須追蹤課堂教學(xué)過程性數(shù)據(jù)，查看學(xué)生參與和當(dāng)堂檢測情況，并基于此進(jìn)行課程總結(jié)反思調(diào)整。這種移動(dòng)教學(xué)模式通過增加學(xué)生課堂參與度，達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的效果。

3.3.2利用實(shí)物模型

現(xiàn)行的工程制圖教學(xué)多采用板書和多媒體結(jié)合的教學(xué)手段。制圖內(nèi)容抽象深廣，對(duì)空間想象力要求高，使用現(xiàn)行的教學(xué)手段教學(xué)效率低?；诖?，課程改革引入實(shí)物模型，將實(shí)際模型展示在學(xué)生面前，降低了空間想象的難度，同時(shí)對(duì)于空間想象力較差的學(xué)生可借助模型跟上課堂進(jìn)度。此外，對(duì)于初次接觸專業(yè)課程學(xué)習(xí)的學(xué)生來講，實(shí)際工程圖紙教學(xué)部分具有一定的新鮮感， 但由于缺乏必要專業(yè)預(yù)備知識(shí)，學(xué)習(xí)時(shí)不易把握要點(diǎn)，難以想象實(shí)際工程形體，采用實(shí)際模型與圖片結(jié)合可以更好反映實(shí)際工程構(gòu)筑物，增加直觀性和課堂趣味性，從而提高課程效率，提升教學(xué)效果，進(jìn)而達(dá)到預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，如圖3所示。

圖3 實(shí)物模型

3.4 強(qiáng)化學(xué)生主體地位，增加實(shí)踐環(huán)節(jié)比例

土木工程課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，所學(xué)知識(shí)可直接應(yīng)用于實(shí)習(xí)和工作中。在課程改革中以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，凸顯課程實(shí)用性。教師以工程制圖模塊中的建筑工程為例，分發(fā)完整實(shí)際工程圖紙。學(xué)生開展繪圖識(shí)圖訓(xùn)練，通過手工繪圖、小組內(nèi)部探討識(shí)圖等方式，加深對(duì)課堂知識(shí)的理解。此外，還結(jié)合模型和實(shí)際現(xiàn)場參觀，三位一體強(qiáng)化教學(xué)效果，提高學(xué)生實(shí)踐能力。此外，本課程創(chuàng)新性增加了為期一周的土木工程制圖課程設(shè)計(jì)，學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)自主選擇一套完整圖紙，選擇適當(dāng)比例進(jìn)行閱讀和抄繪。由繪圖成績加答辯成績來評(píng)定最終成績，通過答辯可防止學(xué)生機(jī)械抄圖，確保學(xué)生真正理解圖紙。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生自主觀察分析身邊的建筑形體，這不僅使學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)有更深刻的了解，而且提高了對(duì)土木工程學(xué)科的興趣。

3.5 改革考核形式，注重過程評(píng)價(jià)

本課程考核改變過往以期末成績?yōu)橹鞯目己朔绞剑歉幼⒅貙W(xué)習(xí)過程的考核，從而客觀全面評(píng)價(jià)學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過程。通過學(xué)習(xí)過程考核評(píng)價(jià)與期末閉卷考試相結(jié)合的方式，評(píng)定學(xué)生課程綜合成績，課程總成績則等于各分項(xiàng)分?jǐn)?shù)與分項(xiàng)所占比重的累加值。如圖4所示，針對(duì)土木工程制圖課程特點(diǎn)，學(xué)習(xí)過程考核分為課堂出勤、課堂參與度、課堂作業(yè)、模塊檢測、課后作業(yè)5個(gè)分項(xiàng)部分。

T=∑TiWi

(1)

式中：T——課程總成績;Ti——分項(xiàng)分?jǐn)?shù);wi——分項(xiàng)所占比重。

圖4 各分項(xiàng)組成及比重

傳統(tǒng)教學(xué)平時(shí)成績難以量化，大多草草打分，難以體現(xiàn)平時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)成效。本次課程平時(shí)成績?nèi)绫?所示，學(xué)習(xí)過程考核主要依據(jù)學(xué)習(xí)通的課堂數(shù)據(jù)以及小測成績，主要用于考察學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)，養(yǎng)成平時(shí)學(xué)習(xí)認(rèn)真的習(xí)慣，防止學(xué)生期末突擊復(fù)習(xí)獲取高成績。

表2 成績考核體系及依據(jù)

3.6 改革效果

通過實(shí)施教學(xué)改革創(chuàng)新，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生積極性和自主性，學(xué)生“知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、素養(yǎng)升華”三部分得到有效提升，近三年，學(xué)生獲省級(jí)以上學(xué)科競賽及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文3篇。啟發(fā)式教學(xué)激發(fā)了學(xué)生積極性，使學(xué)生對(duì)于自主探究的知識(shí)點(diǎn)有更深刻理解；引進(jìn)的智慧教學(xué)工具讓學(xué)生成為課堂主導(dǎo)，點(diǎn)燃了學(xué)生對(duì)于課程學(xué)習(xí)的熱情；全新的考核制度，讓學(xué)生養(yǎng)成平時(shí)努力認(rèn)真的習(xí)慣，提高學(xué)生階段性知識(shí)總結(jié)能力。問卷調(diào)查顯示，100%學(xué)生認(rèn)為通過本課程學(xué)習(xí)自身有提升，其中40%學(xué)生認(rèn)為自身提升顯著。學(xué)生表示，制圖課程不僅學(xué)習(xí)到專業(yè)知識(shí)，而且自身自主學(xué)習(xí)能力和解決問題能力得到提升。本課程教學(xué)模式、教學(xué)手段、考核方式的創(chuàng)新方式，已推廣至本專業(yè)的核心課程以及相近專業(yè)的部分課程。

4 結(jié)語

土木工程制圖課程是土木工程專業(yè)課程體系中重要一環(huán)，課程學(xué)習(xí)效果直接影響專業(yè)課學(xué)習(xí)。本文結(jié)合新工科背景，明確新工科對(duì)土木工程制圖課程的內(nèi)涵要求，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核形式方面提出符合學(xué)生發(fā)展和課程特點(diǎn)的教學(xué)改革模式。本課程以工程應(yīng)用為導(dǎo)向，重組教學(xué)內(nèi)容體系，適當(dāng)減少畫法幾何內(nèi)容，增加工程制圖模塊內(nèi)容；改變傳統(tǒng)以講授為主的教學(xué)方法，引入啟發(fā)式教學(xué)，同時(shí)借助移動(dòng)教學(xué)手段打造“人人參與”的課堂；改革考核評(píng)價(jià)體系，注重過程評(píng)價(jià)，通過全新評(píng)價(jià)體系引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好學(xué)習(xí)習(xí)慣，激勵(lì)學(xué)生全方面自我提升。課程經(jīng)過全方面改革后，教學(xué)效果良好，學(xué)生課堂積極性顯著提升，學(xué)生繪圖與創(chuàng)新能力都得以提高。新工科背景下課程改革是一項(xiàng)長期工程，須不斷反思、探索、改進(jìn)，以適應(yīng)未來時(shí)代的變化。