職業(yè)能力導(dǎo)向的工程圖學(xué)課程教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計

丁 頌,張照焓,竇傳蕊,巢陳思

(長春師范大學(xué)工程學(xué)院,吉林 長春 130032)

創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展,實施“中國制造2025”,讓中國從制造大國邁向制造強國行列,對新工科專業(yè)尤其是機械工程專業(yè)大學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)提出了更高的要求[1]。為主動應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn),服務(wù)國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需求,推動新工科建設(shè)再深化、再拓展、再突破、再出發(fā),2014年起,教育部組織企業(yè)支持高校開展產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目。政府搭臺、企業(yè)支持、高校對接、共建共管共享,推進(jìn)行業(yè)人才進(jìn)校園、企業(yè)需求進(jìn)課堂,深化高校和企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)機制,積極探索形成中國特色、世界水平的工程教育體系,建設(shè)工程教育強國[2-3]。以新理念、新標(biāo)準(zhǔn)、新模式、新方法、新技術(shù)、新文化為特征的新經(jīng)濟模式下,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,新興產(chǎn)業(yè)將成為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。智能制造中不斷涌現(xiàn)出復(fù)雜工程問題,對新工科工程教育尤其是機械工程教育培養(yǎng)適應(yīng)未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才提出了更高的要求。工程圖學(xué)是機械工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程,學(xué)生所學(xué)的技術(shù)技能貫穿整個職業(yè)生命周期。面向新工科建設(shè),亟須匹配適用有效的課堂教學(xué)方法。

1 工程圖學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

中國高等工程教育從1895年起步階段開始,可劃分為起步、重構(gòu)、調(diào)整、擴張、創(chuàng)新五個階段,工程教育課程的發(fā)展劃分為小規(guī)模通用型工程教育、小規(guī)模急需專業(yè)型工程教育、重基礎(chǔ)科學(xué)教育、通識教育與基礎(chǔ)科學(xué)教育并重、回歸工程教育五個階段[4]。2013年末,中國工程教育進(jìn)入創(chuàng)新階段,強化分類培養(yǎng)和分類指導(dǎo),作為機械工程專業(yè)全生命周期基礎(chǔ)課程的工程圖學(xué),問題逐漸凸顯。

1.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊

工程圖學(xué)是機械類專業(yè)的機械基礎(chǔ)類課程。經(jīng)過工程教育百年的深耕和幾代制圖人的不斷打磨、優(yōu)化,工程圖學(xué)課程中的每個案例都非常典型。案例中充分展現(xiàn)了點、線、面、體、常用件、標(biāo)準(zhǔn)件及裝配的基本理論知識,符合我國工程教育擴張階段實情,為國家培養(yǎng)了一大批工程人才。2013年,教育部和中國工程院印發(fā)《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標(biāo)準(zhǔn)》[5],標(biāo)志著我國工程教育進(jìn)入創(chuàng)新階段。經(jīng)濟建設(shè)與社會的飛速發(fā)展,要求工程教育與時俱進(jìn)。然而,工程圖學(xué)課程中的案例對新產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的新結(jié)構(gòu)、新工藝和新知識的更新滯后,嚴(yán)重影響工程教育培養(yǎng)與復(fù)雜工程問題解決的有效銜接。

1.2 教學(xué)方法僵化

以機械工程專業(yè)為例,工程圖學(xué)課程一般包括畫法幾何、機械制圖、計算機二維繪圖、計算機三維繪圖、機械制圖課程設(shè)計等五部分。其中,畫法幾何、機械制圖部分實行理論教學(xué),在多媒體教室進(jìn)行;計算機二維繪圖、計算機三維繪圖部分實行計算機技能操作,在計算機室進(jìn)行;機械制圖課程設(shè)計部分實行實踐測繪,即在實驗室對齒輪油泵、減速器等裝配體的零部件進(jìn)行測繪,在繪圖室進(jìn)行。通過MOOC、SPOC、微課等信息化教學(xué)手段,開展翻轉(zhuǎn)課堂,課堂教學(xué)效果獲得顯著提升。但教學(xué)實踐顯示,信息化手段過度使用會導(dǎo)致“課堂灌輸”轉(zhuǎn)為“視頻灌輸”,重理論傳授而輕實踐創(chuàng)新探究,無法達(dá)到生生、師生充分互動,無法實現(xiàn)深層次的技能訓(xùn)練。

1.3 教學(xué)評價單一

工程圖學(xué)課程中的畫法幾何、機械制圖理論環(huán)節(jié)將習(xí)題、繪圖作為學(xué)生課后作業(yè),教師對作業(yè)進(jìn)行批閱,在課上講解難點、易錯點,將課后作業(yè)完成情況、聽課及回答問題表現(xiàn)作為20%～30%的平時成績計入總成績,其余成績通過期末試卷進(jìn)行考核。計算機二維繪圖、計算機三維繪圖環(huán)節(jié)將計算機繪圖練習(xí)作為課后作業(yè),最后一次課要求學(xué)生完成一項計算機繪圖任務(wù),教師根據(jù)學(xué)生的完成質(zhì)量進(jìn)行賦分。機械制圖課程設(shè)計環(huán)節(jié)要求學(xué)生通過拆裝實驗室齒輪油泵、減速器等裝配體,對零部件進(jìn)行測量,查閱標(biāo)準(zhǔn)件,繪制非標(biāo)件零件圖和裝配體的裝配圖。教師對學(xué)生的圖紙進(jìn)行批閱,答辯時根據(jù)提問常規(guī)問題、圖中錯誤判斷學(xué)生對知識的掌握情況,為學(xué)生賦予五級制成績。在工程教育擴張階段,該方法能有效地評價學(xué)生對理論知識的掌握情況。但是隨著學(xué)生獲取信息途徑的多元化,教師對學(xué)生進(jìn)行單向的評價方式會不知不覺走入同質(zhì)化泥潭,無法適應(yīng)工程教育創(chuàng)新階段的多樣性和個性化人才培養(yǎng)需求。

2 相關(guān)概念厘定

2.1 職業(yè)能力

職業(yè)能力是個體從事某種職業(yè)活動的多種能力的綜合,直接影響職業(yè)活動效率和職業(yè)心理特征,可分為一般職業(yè)能力、專業(yè)能力和職業(yè)綜合能力。一般職業(yè)能力主要包含一般的學(xué)習(xí)能力、語言運用能力、人際交往能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、對環(huán)境的適應(yīng)能力、良好的心理承受能力等。專業(yè)能力主要指從事某一職業(yè)的專業(yè)能力。在求職過程中,招聘方最關(guān)注的就是求職者是否具備勝任崗位工作的專業(yè)能力。例如,應(yīng)聘機械工程師崗位,招聘方最看重的是學(xué)生是否具備獨立繪圖識圖能力。職業(yè)綜合能力主要包括運用工具、外語、計算機等跨職業(yè)的專業(yè)能力,收集、篩選信息及獨立決策的能力,人際交往、團(tuán)隊溝通的社會能力,誠實守信、愛崗敬業(yè)的個人素養(yǎng)等。

2.2 對分課堂

對分課堂的核心理念是一半課堂時間教師講授,一半課堂時間學(xué)生討論,講授與討論時間錯開?？己朔椒◤娬{(diào)過程性評價,關(guān)注學(xué)生個性化需求。在教師講授時間內(nèi),教師介紹知識框架、基本概念,著重講授重點難點及前沿技術(shù),單向講授,不組織討論,不覆蓋細(xì)節(jié)。學(xué)生討論時間與教師講授時間錯開一周,學(xué)生選擇自己最合適的時間去理解、吸收教師講授的內(nèi)容。討論環(huán)節(jié),學(xué)生以小組為單位,互相答疑、互相提問、互相啟發(fā)。對于疑難問題,全班討論,教師引導(dǎo)總結(jié)。同一教學(xué)內(nèi)容,經(jīng)過教師講授、課后學(xué)習(xí)、分組討論三個過程,以過程評價為引導(dǎo),不斷強化學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性、積極性、獨立性,使學(xué)生對知識、技能的理解程度逐步加深。

2.3 “引—講—練—評”教學(xué)模型

“引—講—練—評”教學(xué)模型由“引”(內(nèi)容引入)、“講”(精講留白)、“練”(零件測繪)、“評”(三次點評)四個教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成。模型在理念上強調(diào)學(xué)生“學(xué)到了多少”“掌握了多少”“內(nèi)化了多少”,教學(xué)目標(biāo)明確清晰,符合中國工程教育創(chuàng)新階段人才培養(yǎng)需求。教學(xué)方法上要求學(xué)生主動討論式學(xué)習(xí),并通過過程評價對學(xué)生的學(xué)習(xí)信息實時反饋,有利于學(xué)生及時調(diào)整學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)態(tài)度。教師及時調(diào)整后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié),促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的順利達(dá)成。

3 “引—講—練—評”教學(xué)設(shè)計

“引—講—練—評”教學(xué)設(shè)計遵循學(xué)生中心(SC)宗旨,按照成果導(dǎo)向(OBE)要求,堅持持續(xù)改進(jìn)(CQI)機制的原則,利用對分課堂、形成性評價,開展“引—講—練—評”教學(xué)實踐,如圖1所示。

3.1 “引”——內(nèi)容引入

通過引入環(huán)節(jié)讓學(xué)生快速了解課堂主題,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。將課程教學(xué)團(tuán)隊教師主持和參與的國家自然科學(xué)基金項目、吉林省科技發(fā)展計劃項目、企業(yè)技術(shù)攻關(guān)項目,以及教師指導(dǎo)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目中的新技術(shù)、新思想作為引入案例,使大學(xué)生通過科研創(chuàng)新成果洞見前沿,通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果感受創(chuàng)新。在引入機械工程領(lǐng)域最新發(fā)展動態(tài)和前沿技術(shù)的同時,講好科研創(chuàng)新的中國故事,激發(fā)學(xué)生的求知欲。例如在講授零件圖的技術(shù)要求時,帶領(lǐng)學(xué)生觀看《大國重器》關(guān)于中國鏡面加工技術(shù)突破的視頻,結(jié)合“風(fēng)云衛(wèi)星掠入射鏡正樣的研制開發(fā)”項目,提出如下問題:為提高掠入射鏡的面形精度和表面粗糙度值,如何設(shè)計加工用裝夾模具?模具工程圖上標(biāo)注的技術(shù)要求作用是什么?這些問題高度契合零件圖上的技術(shù)要求,能夠激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的好奇心和內(nèi)生動力。

3.2 “講”——精講留白

本環(huán)節(jié)運用對分課堂教學(xué)模式,每次課2學(xué)時,其中,1學(xué)時用于教師精講留白,1學(xué)時用于學(xué)生研討、互評等。在精講留白環(huán)節(jié),教師單向傳授,不組織討論、不提問,學(xué)生以聽講為主。教師通過前沿案例引入,吸引學(xué)生的注意力,重點講授課堂內(nèi)容知識框架、標(biāo)準(zhǔn)件圖表使用方法、學(xué)習(xí)資源檢索、歸納整理方法、知識點在后續(xù)課程應(yīng)用情況、知識技能在工作崗位上需求達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)等。學(xué)生課后根據(jù)教師的講解,利用視頻、課件、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源等開展自主學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)具體知識點內(nèi)容,理解知識、技能的具體應(yīng)用,總結(jié)歸納學(xué)習(xí)過程中存在的問題。在學(xué)生研討、互評環(huán)節(jié),教師觀察記錄學(xué)生研討情況,在下一節(jié)對分課堂中,教師針對學(xué)生知識運用情況進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容調(diào)整,酌情強化學(xué)生掌握效果不佳和理解有困難的知識點。

3.3 “練”——零件測繪

本環(huán)節(jié)在課后完成。學(xué)生根據(jù)自己預(yù)約的時間安排進(jìn)入全天開放制圖室進(jìn)行練習(xí)。練習(xí)過程分三個階段:第一階段,測繪實驗室常規(guī)教學(xué)模型。學(xué)生完成零部件測量、工程圖繪制后,與標(biāo)準(zhǔn)圖紙對比,理解知識,查缺補漏。第二階段,測繪近三年從企業(yè)收集的不合格零部件。學(xué)生根據(jù)零部件模型,查閱機械設(shè)計手冊等相關(guān)資料,還原模型,繪制正確的工程圖。第三階段,教師指導(dǎo)學(xué)生參與創(chuàng)新項目,研討零部件樣機、三維模型等,拓展學(xué)生的零部件工程圖表達(dá)思路。三個階段逐級遞進(jìn),提升學(xué)生的繪圖、識圖能力。

3.4 “評”——三次點評

本環(huán)節(jié)分為組內(nèi)互評、組間互評、教師點評。組內(nèi)互評在課前完成,小組成員對圖紙進(jìn)行互審、互問,完成對工程圖表達(dá)的規(guī)范性和知識點的理解、運用。組間互評分為兩部分——組間互審和組間問答,在對分課堂第一學(xué)時進(jìn)行,教師進(jìn)行觀看、引導(dǎo)、記錄。教師點評在組間互評結(jié)束后進(jìn)行,教師選有代表性的1～2組圖紙,從圖紙規(guī)范性、問題針對性、回答準(zhǔn)確性、表達(dá)流暢性等方面進(jìn)行點評,肯定優(yōu)點,指出不足和改進(jìn)方向。每張圖紙需要通過三次審核:第一次為組內(nèi)審核,審核人將問題逐條描述并簽名,然后返回繪圖人修改,由繪圖人逐條回復(fù),對有歧義的地方進(jìn)行小組討論;第二次為組間審核,審核人將問題逐條描述并簽名,然后返回繪圖人修改,由繪圖人逐條回復(fù),對有歧義的地方進(jìn)行班級討論;第三次為教師審核,教師根據(jù)前兩次審核情況,查看繪圖人的修改情況和組內(nèi)審核人、組間審核人的審核意見,分別給繪圖人、第一次審核人、第二次審核人賦分。

4 “引—講—練—評”教學(xué)設(shè)計案例

4.1 設(shè)計案例

基于理實一體化課堂,結(jié)合教師科研、企業(yè)技術(shù)攻關(guān)、學(xué)生創(chuàng)新成果的案例資源,綜合工程圖學(xué)課程特點,開展基于職業(yè)能力導(dǎo)向的工程圖學(xué)“引—講—練—評”教學(xué)設(shè)計。表1呈現(xiàn)了以“支架類零件畫法與技術(shù)要求標(biāo)注”為例進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計實踐過程。

表1 “支架類零件畫法與技術(shù)要求標(biāo)注”教學(xué)設(shè)計實踐過程

4.2 形成性評價考核

遵循學(xué)生中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)的原則,采用形成性評價模式,全過程考核五類零部件的測繪,其中軸套類零件占10%,輪盤類零件占10%,支架類零件占20%,箱體類零件占20%,裝配體占40%。對每類零部件圖進(jìn)行三個階段測繪,每個階段分別占比該零件圖的60%、20%、20%。三次點評中,每張圖紙分值分配占比為:繪圖人80%、組內(nèi)審查人10%、組間審查人10%。

5 結(jié)語

長春師范大學(xué)工程學(xué)院對基于職業(yè)能力導(dǎo)向的工程圖學(xué)課程教學(xué)設(shè)計進(jìn)行了10年的探索與實踐。2017年,“現(xiàn)代工程圖學(xué)”獲批吉林省首批校企合作開發(fā)立項建設(shè)課程,初步形成了“引—講—練—評”教學(xué)模式。該培養(yǎng)模式解決了以往教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方法僵化、教學(xué)評價單一的弊端,學(xué)生參與度更高,實踐技能培養(yǎng)更全面,理論知識和實踐技能有機融合效果更好。通過“引—講—練—評”教學(xué)模式培養(yǎng)的學(xué)生,近5年在全國大學(xué)生機械創(chuàng)新大賽、“中國互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計大賽等國家級賽場上獲獎30余項,在《機械》《現(xiàn)代機械》《機械工程與自動化》等期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇,申請國家專利20余項。畢業(yè)生就業(yè)單位和研究生導(dǎo)師的反饋顯示,通過“引—講—練—評”教學(xué)模式培養(yǎng)的學(xué)生具有良好的表達(dá)能力和較全面的工程設(shè)計能力,具有較強的適應(yīng)新環(huán)境的能力。