新工科背景下案例衍生教學(xué)模式的探索研究

于旻 劉慶立 史鵬濤

[摘 要] 在新工科建設(shè)背景下，人才培養(yǎng)更注重實(shí)踐性和創(chuàng)新能力的塑造。然而，傳統(tǒng)的案例教學(xué)模式無法充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性、思維的啟發(fā)性及結(jié)果的多元性。以學(xué)生發(fā)展為中心，以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的原動(dòng)力為抓手，提出了案例衍生的教學(xué)新模式，以工科教學(xué)中起到基礎(chǔ)和先導(dǎo)作用的“工程制圖”課程為例，通過基礎(chǔ)案例衍生、工程案例衍生和案例糾錯(cuò)衍生的三種衍生方法，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對知識(shí)的深度理解、遷移升華，從而衍生新知識(shí)、提煉新方法、塑造正確的價(jià)值觀。

[關(guān)鍵詞] 新工科;案例衍生;教學(xué)模式;工程制圖

[基金項(xiàng)目] 2019年度陜西科技大學(xué)線上線下混合式教學(xué)改革項(xiàng)目“基于互聯(lián)網(wǎng)+的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與工程制圖的教學(xué)融合”（123063009）

[作者簡介] 于 旻（1986—），女，山東臨沂人，博士，陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院講師，主要從事工程圖學(xué)、材料成型及控制工程研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）27-0097-04 [收稿日期] 2022-01-28

新工科建設(shè)是實(shí)現(xiàn)高等工程教育內(nèi)涵式發(fā)展的必然要求，是應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的重要舉措[1]。研究工程教育的特點(diǎn)與探索工科課程教學(xué)改革的新方法、新模式對培養(yǎng)高質(zhì)量新工科人才具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[2，3]。工程教育的本質(zhì)屬性是實(shí)踐性，而工科學(xué)生在本科階段很難有機(jī)會(huì)參與復(fù)雜的實(shí)踐活動(dòng)，導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作中面對實(shí)際問題無從下手，更談不上去創(chuàng)新[4，5]。

為了解決這一問題，案例教學(xué)法被廣泛應(yīng)用于工科教學(xué)中，它讓學(xué)生在特定的情景中綜合運(yùn)用所學(xué)的多學(xué)科知識(shí)分析和解決問題，對于培養(yǎng)工科人才的實(shí)踐性和綜合性很有幫助[6-8]。然而，工科專業(yè)課程門類多、學(xué)時(shí)緊、節(jié)奏快，學(xué)生往往對于案例教學(xué)的課前準(zhǔn)備不足，又欠缺綜合應(yīng)用理論知識(shí)的能力，以至于案例教學(xué)法“學(xué)生的主體性、過程的互動(dòng)性、思維的啟發(fā)性、形式的實(shí)踐性及結(jié)果的多元性”等特點(diǎn)無法發(fā)揮出來。這就急需在案例教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步衍生，創(chuàng)新性地構(gòu)建一種案例衍生的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與并完成知識(shí)、方法、情感等的拓展，提高自覺意識(shí)和能力，實(shí)現(xiàn)對知識(shí)的深度理解、遷移升華，從而衍生新知識(shí)、提煉新方法，塑造正確的價(jià)值觀。

在工科教育中，工程制圖課程是所有工科生的基礎(chǔ)課，課程研究表達(dá)機(jī)械設(shè)計(jì)對象技術(shù)信息的理論、方法與技能，是一門既有理論又有較強(qiáng)實(shí)踐性的公共基礎(chǔ)課。本文以陜西科技大學(xué)“工程制圖”課程為例進(jìn)行課程教學(xué)模式創(chuàng)新的探索，以“學(xué)生發(fā)展為中心，以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的原動(dòng)力”為抓手，在教學(xué)實(shí)踐中逐漸形成了案例衍生的教學(xué)創(chuàng)新模式，探討其獨(dú)具特色的教學(xué)模式，以不斷完善該課程的教學(xué)內(nèi)容與方法。

一、“工程制圖”課程教學(xué)的現(xiàn)狀分析

（一）學(xué)生的空間構(gòu)形能力提升難

學(xué)生此前一般沒有任何生產(chǎn)實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)，無法將空間立體模型與身邊實(shí)物聯(lián)系起來進(jìn)行直觀性學(xué)習(xí)，面對復(fù)雜的立體構(gòu)形問題，學(xué)生常常想不出，或者想出來但不會(huì)表達(dá)，在立體構(gòu)形中束手無策。

（二）基礎(chǔ)理論與專業(yè)實(shí)踐結(jié)合難

學(xué)生的專業(yè)跨度大，各專業(yè)的要求不盡相同，但是工程制圖作為一門基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容主要以共同性的基礎(chǔ)內(nèi)容為主，現(xiàn)有的知識(shí)范圍難以適應(yīng)不同專業(yè)的特殊需要，因此很難與專業(yè)實(shí)踐相結(jié)合。

（三）學(xué)生的圖學(xué)素養(yǎng)培育難

學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，無法切身體會(huì)到圖樣繪制和閱讀的差錯(cuò)會(huì)給生產(chǎn)帶來損失，甚至造成事故，很難建立起工作責(zé)任感。

二、案例衍生教學(xué)模式的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路

團(tuán)隊(duì)在改革探索中發(fā)現(xiàn)，教學(xué)創(chuàng)新之道在于“激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新”，因此將教學(xué)創(chuàng)新的著力點(diǎn)聚焦在激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的原動(dòng)力上，提出了案例衍生的創(chuàng)新理念。

首先，在學(xué)生的空間構(gòu)形能力培養(yǎng)方面，鼓勵(lì)學(xué)生由基礎(chǔ)案例自主構(gòu)形、隨機(jī)組合，進(jìn)而衍生出無限可能的挑戰(zhàn)度案例;其次，在理論與實(shí)踐結(jié)合方面，通過將工程案例簡化成若干基礎(chǔ)模塊，再經(jīng)過學(xué)生的重構(gòu)，衍生出改進(jìn)、創(chuàng)新案例，培養(yǎng)創(chuàng)新思維;最后，通過學(xué)生扮演不同角色對案例糾錯(cuò)，形成警示案例，使學(xué)生在主動(dòng)糾正錯(cuò)誤和不同角色的轉(zhuǎn)換中，提升圖學(xué)素養(yǎng)。

三、案例衍生教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)施

（一）基礎(chǔ)案例衍生模式——學(xué)生對基礎(chǔ)構(gòu)例自主構(gòu)形、隨機(jī)組合，衍生出無限可能的挑戰(zhàn)度構(gòu)形案例，提升學(xué)生的空間構(gòu)形能力

為了提升學(xué)生的空間構(gòu)形能力，團(tuán)隊(duì)提出了由學(xué)生對基礎(chǔ)案例自主構(gòu)形→隨機(jī)組合→“碰撞”出新構(gòu)形→進(jìn)而衍生出無限可能的基礎(chǔ)案例衍生教學(xué)創(chuàng)新模式，這種模式一改傳統(tǒng)教學(xué)教師給定案例、學(xué)生分析案例的教學(xué)方法，在學(xué)生的主動(dòng)參與和深度思考下，學(xué)生自主組合、自主創(chuàng)新、自主挑戰(zhàn)，體現(xiàn)了“兩性一度”的理念。

實(shí)際教學(xué)中具體實(shí)施策略（步驟）為：教師給出基礎(chǔ)案例，甲組同學(xué)得到的是圓柱，乙組同學(xué)得到的是圓錐，甲、乙兩組同學(xué)各自對手中立體進(jìn)行構(gòu)形，甲組構(gòu)形出立體1和立體2，乙組同學(xué)構(gòu)形出立體3和立體4，甲組和乙組的方案隨機(jī)組合，形成立體5和立體6，接下來交給丙組同學(xué)，丙組同學(xué)通過疊加或切割的組合方式，完成立體n1和立體n2的構(gòu)形，然后再交由丁組同學(xué)繼續(xù)完成構(gòu)形，如此可以一直不斷衍生組合出無限可能的構(gòu)形方式，形成非常具有挑戰(zhàn)度的案例（如圖1）。

基礎(chǔ)案例衍生活動(dòng)加深了學(xué)生空間構(gòu)形能力的訓(xùn)練深度，鍛煉了學(xué)生對立體表面交線、組合體表面連接關(guān)系、組合體構(gòu)形方法等知識(shí)的掌握能力、使用能力，完成了學(xué)生對之前章節(jié)內(nèi)容的反饋，形成教學(xué)過程迭代?；顒?dòng)結(jié)束后，學(xué)生在學(xué)習(xí)通上傳自己的作品，通過小組互評，形成本次成績。

（二）工程案例衍生模式——將工程案例簡化分解成若干基礎(chǔ)理論，然后由學(xué)生重構(gòu)衍生出改進(jìn)創(chuàng)新案例，理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

相較之前構(gòu)形訓(xùn)練的無限可能，專業(yè)實(shí)踐是有限的可能，如何在有限中進(jìn)行創(chuàng)新？這就需要構(gòu)建工程案例衍生模式，如圖2所示。

1.教師首先從專業(yè)實(shí)踐中提取工程案例，將專業(yè)高階案例模型化，然后簡化、分解對標(biāo)到基礎(chǔ)理論，如從材料成型專業(yè)注塑模具案例中提取Z型拉料桿，然后將其模型化，接著進(jìn)一步簡化、分解對標(biāo)到圖學(xué)基礎(chǔ)理論的知識(shí)點(diǎn)：回轉(zhuǎn)體的投影、平面與回轉(zhuǎn)體表面相交和兩回轉(zhuǎn)體表面相交，自上而下完成教學(xué)案例收集。在工程案例的拉動(dòng)下，豐富了基礎(chǔ)理論的模型案例庫。

2.在課堂教學(xué)中，層層推進(jìn)，逐步將學(xué)生由基礎(chǔ)理論導(dǎo)向?qū)I(yè)實(shí)踐，讓學(xué)生感受到學(xué)以致用、有的放矢。緊接著，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合構(gòu)形訓(xùn)練和及時(shí)補(bǔ)充的專業(yè)知識(shí)（如拉桿在注塑模具中的作用和動(dòng)作機(jī)理），由下而上推動(dòng)遞階，學(xué)生主動(dòng)重構(gòu)、衍生出原生案例（Z型拉料桿）的改進(jìn)案例（球頭拉料桿）、創(chuàng)新案例（倒錐型拉料桿）。通過工程案例衍生模式，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)理論與專業(yè)實(shí)踐深度融合，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和解決實(shí)際工程問題的能力。

（三）案例糾錯(cuò)衍生模式——通過學(xué)生扮演不同角色對案例糾錯(cuò)，形成警示案例，學(xué)生從實(shí)踐中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，潛移默化中培育圖學(xué)素養(yǎng)

能夠繪制和閱讀工程圖樣、具備空間構(gòu)形能力是圖學(xué)素養(yǎng)的核心基礎(chǔ)，除此以外，通過課程學(xué)習(xí)培養(yǎng)起來的科學(xué)思維方法、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)、遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的自覺性、責(zé)任意識(shí)、使命意識(shí)等也是圖學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，更是課程思政的主要目標(biāo)。

針對學(xué)生由于缺乏生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，無法切身體會(huì)到圖樣繪制和讀圖差錯(cuò)帶來的工程后果的學(xué)情，我們提出了案例糾錯(cuò)衍生的教學(xué)模式（如圖3），在教學(xué)方法上通過創(chuàng)設(shè)情景，使學(xué)生隨著理論知識(shí)的逐漸深入，不斷轉(zhuǎn)換角色，設(shè)身處地地站在“設(shè)計(jì)工程師→工藝工程師→總裝工程師→質(zhì)量工程師”的角色立場，對圖紙案例檢查和糾錯(cuò)，進(jìn)而從結(jié)構(gòu)表達(dá)、制造工藝、裝配工藝、質(zhì)量安全等方面衍生出不同的改進(jìn)意見，形成警示案例。

例如圖4的這個(gè)泵體的圖紙，如果從畫法來看，并沒有問題。但是如果從總裝工程師的角色來看，這個(gè)泵體底座的設(shè)計(jì)就很不合理，沒有留下安裝螺釘所需要的空間。此時(shí)，學(xué)生扮演的總裝工程師就提出改進(jìn)意見，延長底板的長度，增大這里連接圓弧的直徑，從而留出安裝螺釘?shù)目臻g。通過案例糾錯(cuò)，學(xué)生積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠切身體會(huì)到圖紙繪制錯(cuò)誤或設(shè)計(jì)不合理可能導(dǎo)致的工程后果，此時(shí)通過創(chuàng)設(shè)情景，結(jié)合課程思政，很容易使學(xué)生建立起工作責(zé)任感。

新工科建設(shè)著眼于工科，落腳點(diǎn)在人才培養(yǎng)，意在培養(yǎng)和造就一批多樣化、創(chuàng)新型的卓越工程科技人才。本研究根據(jù)工程教育的實(shí)踐性特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，在教學(xué)過程中創(chuàng)新地提出了案例衍生教學(xué)模式，以“工程圖學(xué)”課程教學(xué)為例，通過基礎(chǔ)案例衍生，由學(xué)生構(gòu)建起一個(gè)開放的、無限的、活的案例庫;通過工程案例衍生，探索建立基礎(chǔ)課與專業(yè)課的橋梁;通過案例糾錯(cuò)，學(xué)生經(jīng)歷了整個(gè)行業(yè)的設(shè)計(jì)過程，站在不同的工程師的度去看待未來的職業(yè)，最后提升了思想境界。這一創(chuàng)新模式有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維，有利于打通基礎(chǔ)課與專業(yè)課的壁壘，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，有利于學(xué)生自覺遵守國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，形成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)。通過案例衍生模式的教學(xué)改革，為新工科教育公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革開辟了一條新路。

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Exploration and Research of Case-Derived Teaching Mode under the Background of “Emerging Engineering Education” Construction

YU Min， LIU Qing-li， SHI Peng-tao

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Shaanxi University of Science and Technology，

Xi’an， Shaanxi 710021， China）

Abstract： Under the background of new engineering construction， talent cultivation pays more attention to the shaping of practicality and innovation ability， so case teaching method is widely used. However， in traditional case teaching， students could only master limited cases， which could not fully reflect students’ subjectivity， inspiration of thinking and diversity of results. This paper focuses on the motivation of stimulating students’ innovation， and puts forward a new teaching model of “case derivation”. Taking the Engineering Drawing course which plays a basic and leading role in engineering teaching as an example， through three “derivation” methods of “basic case derivation”， “engineering case derivation” and “case error correction derivation”， students can achieve a deep understanding of knowledge， transfer and sublimation， so as to derive new knowledge， refine new methods and shape correct values.

Key words： “emerging engineering education”; case derivation; teaching mode; engineering drawing