新工科背景下工程图学项目式教学改革探索

收稿日期：2023-06-07                                                          修回日期：2023-06-28

作者简介：陈旭玲，女，副教授，博士，研究方向为机械设计理论、工程图学、无线电能传输；陆凤霞，女，副教授，博士，研究方向为机械传动的设计理论与技术、工程图学；鲍和云，女，教授，博士，研究方向为直升机传动技术、工程图学。

基金项目：2023年南京航空航天大学本科教学建设项目“课程思政示范课程建设——‘工程图学I’”（2023JG0406K）；

南京航空航天大学研究生教育教学改革研究项目“计算机辅助设计课程思政教学探索与实践”（2022YJXGG14）、本科教学建设项目“‘工程图学I’项目式教学方法及系统构建研究”（2021JG0530A）

摘    要：结合新工科的建设要求，文章立足培育学生工程制图实践能力与创新能力，将项目式教学融入“工程图学”课程建设中，探索了新工科背景下基于项目教学的工程图学教学改革新模式。在此基础上，文章又从学情分析、教学目标、课程特点、教学内容、项目实施、改革意义等方面加以分析，并以工程图学项目式教学为例详细阐述了若干案例，论述了新工科背景下工程图学项目式教学改革的可行性和有效性。

关键词：新工科；工程图学；项目式教学；全过程评价

中图分类号：TH126      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2024）03-0029-04

一、引言

2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，深化工程教育改革、建设工程教育强国[1-2]。无论是产教融合、科教融合，还是产科教创融合，专业新工科建设的依托依旧是课程。当前高校中设置的“工程图学”课程体系存在教学手段单一、与前沿研究及新型应用场景脱节等问题[3]，无法满足新工科的教育要求。

“工程图学”类课程主要以画法几何、机件的表达方法、标准件与常用件、零件图、装配图和计算机绘图为主要内容，工程应用性很强。“工程图学”是工科学生必修的专业基础课程，集基础性、理论性和实践性于一体，是学生入校首先接触的一类专业课程[4]。“工程图学”是工科专业技术交流的重要工具，是学生学习后续相关课程和将来从事专业技术工作的重要基础。基于此，文章对“工程图学”课程教学进行了研究和探索，以期为相关工程专业的教学改革提供一种新的思路。

二、工程图学学情分析及教学目标

（一）工程图学学情分析

“工程图学”课程目前的教学主要还是以传统教育教学模式为主， 其授课对象主要为工科专业大一新生，他们具有比较鲜明的3个特点（图1）。

1.学生形象思维能力较弱，形体表达能力有待提高。大一学生仅具有初级层次的形象思维能力，仍习惯用计算、逻辑分析的方法来解决图学问题，难以将平面图形与空间实体联系起来，尤其是通过二维图形构建三维形体的能力较弱。

2.学生工程和专业知识相对匮乏，难以将知识与工程应用结合起来学习。大一学生对于工程设计和表达知之甚少，而“工程图学”是一门与工程实际紧密结合的课程，但学生常常将知识点与工程应用割裂开来学习，导致遇到工程应用问题时往往束手无策。

3.学生不擅长对知识进行系统学习，困于不能发掘其本质和共性问题。大一学生习惯于在课堂上被动接受教师单向传授的知识，一般很少会去追本溯源，并进行系统化探究和拓展，这就导致其运用知识的时候容易生搬硬套，难以学以致用，无法满足国家对于具备坚实学科基础和创新设计工科人才的需求。

（二）工程图学项目式教学的目标

1956年，美国教育学家B.布鲁姆（B. Bloom）将教育目标分为记忆、理解、应用、分析、评价、创造6个层次，其中，记忆和理解作为低阶教学目标，应用、分析、评价和创造作为高阶教学目标[5]。基于B.布鲁姆教育目标分类学，工程图学项目式教学的目标也从低阶到高阶分成知识目标、能力目标和素质目标3个层次，并在每个层次上提出了具体的要求，其对应关系如图2所示。

1.知识目标：掌握阅读和绘制工程图样的基本原理与方法并能灵活运用，了解构型设计、计算机辅助设计、创新设计等表达与设计的知识，较熟练地运用二维、三维计算机辅助设计软件进行图样绘制与设计。

2.能力目标：具备空间形象思维构建和表达的能力、图示图解工程问题的能力、运用工程思维进行问题剖析和表达的能力，以及运用计算机辅助设计软件还原设计思想和进行创新表达的能力。

3.素质目标：培养学生新时代工匠精神，树立行业规范意识，同时培养认真严谨、遵循规范的学习作风；培养学生精益求精、勇于实践的工程素养，合作交流、积极沟通的学习工作态度；培养具有社会责任感和历史使命感的未来人才。

三、工程图学项目式教学改革

（一）“工程图学”课程特点及发展趋势

工程图的特点是理论体系严谨，与工程实践联系密切。“工程图学”课程以图形表达为核心，以形象思维为主线，将工程概念渗透到工程制图的教学中。该课程主要以机械产品为对象，培养学生工程图样绘制、阅读能力，以及形象思维能力。课程内容主要涉及画法几何、机械制图与计算机辅助设计等，具有教学内容多、任务重、课程知识难点多、工程实践性强等特点。

随着经济的迅速发展和科学技术水平的不断提高，我国制造业正在向数字化、智能化转型，计算机辅助设计、创新设计和优化设计等现代产品设计与表达技术层出不穷。这些势必影响工程图学这门工程界语言的发展，“工程图学”课程也随之出现了如下一些新的发展趋势。

1.“工程图学”课程与计算机辅助设计技术更紧密地

结合

随着信息技术的日趋完善，计算机辅助设计技术与“工程图学”课程教学内容的结合也越来越紧密[6]。通过整合构型、机械零件和装配件等的知识和信息，提供计算机辅助设计支持，促进学生的知识综合应用和解决问题能力不断提升。

2.“工程图学”课程线上线下混合式教学模式广泛应用

信息化时代的学生，获取信息能力更强、渠道更广、思维更活跃。通过建设丰富的线上资源，以及采用合适的信息技术，例如，中国大学MOOC（慕课）、智慧树、超星、雨课堂等教学平台建立线上线下混合式课程，通过线上学习与线下讨论相结合，建设高效、有趣的课堂[7]。

3.知识、能力、素质三者结合的教学模式

“工程图学”课程教学不仅包含传授知识的内容，更包含培养能力和树立品德等内容。在“工程图学”课程教学中引入科研、专业相关工程案例，注重知识融合，拓展课程内容难度、深度，提升课程的时代性、开放性、创新性。将思想政治教育“润物细无声”地融入“工程图学”课程教学的各个环节，形成全方位、全功效的思想政治教育课程体系，实现“工程图学”课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，为党育人，为国育才[8]。

（二）项目式教学内容的选择原则

项目式教学是一种以学生为中心，使学生通过积极探索现实生活中的挑战，解决实际存在的问题来获取知识的一种教学方法[9]。该教学方法能较好地适应国家对工程人才的需求，满足对高等教育的新要求。同时进行知识学习和项目实践，可以帮助学生在实践中深化理解理论知识，从课堂中寻找实践的理论支撑，两者互相补充，相得益彰。

选择合适的项目内容是项目式教学成功的前提条件，也是实现项目式教学效果的关键所在。“工程图学”课程在选择项目时，主要遵循如下原则。

1.趣味性原则。项目式教学的核心是教师引导学生研究、探索、解决问题，并通过这个过程实现学生的知识迁移。而项目式教学通常又是由学生利用课外时间独立完成，因此，项目式教学提出的问题应具有一定的趣味性才能引起学生的兴趣，让他们既可以发散思维，又能积极主动地进行思考和设计。

2.合理性原则。项目式教学的一般形式是围绕一个项目来进行探究，在结束后需要学生提交一个作品，以便清楚地显现项目研究的成果。项目式教学的内容应根据学生实际的认知水平和能力水平进行设计，同时还要兼顾内容和结果的可实现性。超出学生预期和能力范围太多的项目会极大地削弱他们完成作品的积极性，并影响项目的完成度。

3.启发性原则。项目式教学最重要的作用是促进学生的主动学习。教师在项目式教学中的主要作用是启发学生独立自主思考、探索，激励创新，鼓励求异。

4.可评价性原则。项目式教学组织和实施过程相对复杂，既要对项目实施的全过程进行全方位考察，又要关注每个学生在项目完成中的作用，同时还要考虑项目结果的质量，因此，教师需要根据项目实施进度开展阶段性评价和全过程评价[10]。

（三） 工程图学项目式教学实施

在新工科背景下，“工程图学”课程立足培养学生的

工程实践素养，培养具有较强实践能力、创新能力和国际竞争力的适应型、高素质、复合型人才。课程采用项目式教学模式，将课程中的重点内容转化为若干个教学项目，围绕项目组织学生开展教学，使学生直接参与、全程体验、感悟探究，强化学生在学习过程中的积极主动性、目标指引性、任务真实性和互动合作性。

1.项目选择

“工程图学”课程根据学生的特点和教学内容，即画法几何、组合体、机件表达、标准件、零件图、装配图6大模块设计相应的项目（图3）。例如，在讲解标准件中的螺纹紧固件后，布置“设计防松防震螺纹紧固件”的任务，要求学生课后通过查阅相关文献，设计防松防震的螺栓结构，如螺栓大小长短、螺母结构、垫圈选取等， 然后采用拉伸、切除、旋转等构形手段，用计算机辅助设计软件完成其结构的设计，生成正确的零件图和部件图，并形成项目设计相关文档。

2.实施过程

工程图学项目式教学实施过程如图4所示，为了在不影响正常课程进度的情况下保证项目的实施，项目式教学采用线上线下混合式教学模式，充分利用学生的课后时间延展其知识广度和深度，主要分为以下步骤。

（1）依据兴趣，确定项目。教师从学生的实际情况出发，提出项目的完成要求。学生依据兴趣特长，自主选题并自行组成研习小组，人数一般控制在5～8人。教师向学生介绍选题的内容，引导学生与国家发展同向共进，激励学生将所学理论与现实需求紧密结合。

（2）组队分工，拟定计划。根据项目内容和选题要求，学生以小组为单位开展相关的调研活动，并进行组内人员分工、时间安排等，此过程采用线上线下混合式教学模式进行。首先，教师给出项目评估细则，包括阶段性和总结性评估，帮助学生合理计划项目完成时间。其次，学生需要定时在线上提交相关的调研材料，一是方便教师了解项目进展情况，二是为全过程评估提供素材和依据。

（3）激发能动，调研学习。学生根据组内分配的任务，利用图书馆、校园网、搜索引擎等各种资源，自主学习并积极寻求答案。在此过程中，教师可以通过线上或线下指导的方式引导学生进行调研和分析。

（4）团队协同，构思设计。在寻找解决方案的过程中，学生进行相关设计、理论验证、仿真模拟等。团队成员既有分工又协同合作。同时，教师通过线上线下的方式密切关注学生活动，及时指导，并提供各类支持。