新工科与工程教育认证背景下“机械制图”课程教学改革

摘    要：在新工科建设和工程教育认证背景下，文章针对“机械制图”课程存在的问题，基于产出导向的教学理念，提出了“一体两翼一舵”教学模式，从课程体系与教学内容、理论与实践教学方法，以及考核评价方式等方面进行了一系列改革，以使课程教学内容反映时代性、教学方法体现先进性、考核方式呈现多元化，使学生实现知识与能力有机融合，培养学生解决复杂工程问题的能力，促进“机械制图”课程教学质量的改进和提高。

关键词：新工科；工程教育认证；“机械制图”课程；教学改革；产出导向

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2023）11-0024-05

一、引言

新一轮科技和产业革命的快速发展，对高等工程教育和工程科技人才的培养提出了新要求、带来了新挑战。新工科建设为我国工程教育主动应对新一轮技术革命和产业变革、改进人才综合能力培养指明了方向[1]。工程教育认证是提高我国工程教育质量，实现工程教育国际互认的重要措施[2]。课程既是人才培养的基本要素，又是核心要素。无论是新工科建设还是工程教育认证，都对课程建设和课程改革提出了新的更高要求。同时，课程也是落实新工科建设和工程教育认证理念的“最后一公里”[3]。

“机械制图”是机械类、近机械类专业学生进入大学后最早学习的一门技术基础课程，也是培养学生工程意识，进行工程教育的先导课程。该课程引领学生学会用机械制图这一工程界的技术“语言”来描述设计思想、表达产品信息，为学生后续专业课程学习、课程设计和毕业设计提供必要的基础知识和基本技能，起到重要的铺垫与支撑作用。但是，从该课程教学现状来看，课程体系和教学内容难以跟上新时代科技革命的最新发展，教学方法和教学设计未从根本上破除以教师的教为中心、学生被动学习的传统模式。针对这些问题与挑战，文章分析了

“机械制图”课程教学中存在的问题，以新工科对工程人才素质和能力的新要求为出发点，秉承“学生中心、产出导向、持续改进”的工程教育认证理念，对“机械制图”课程进行了教学改革研究，以期把该课程建设成为具有高阶性、创新性和挑战度的“金课”。

二、“机械制图”课程教学现状和存在的问题

对照新工科及工程教育认证对课程的内涵要求，目前，“机械制图”课程教学存在以下问题。

（一）基础理论上，重几何解题能力、轻构型表达能力，学生工程应用能力弱

“机械制图”课程基础理论部分的教学目标是培养学生图解与图示空间几何问题能力，该部分内容在目前的教学中注重对学生图解空间几何问题能力即几何解题能力的培养，对学生图示空间几何问题能力即构型表达能力的培养重视不够。但是，随着技术发展与产业变革，计算机三维设计技术已普及，企业对人才能力的要求已发生重大变化，工作中更加注重构型表达能力[4]。目前，“机械制图”课程的内容体系未能及时进行更新以保持与产

业发展同步，导致学生的工程应用能力较弱。

（二）教学方法上，重教师为主导、轻学生为主体，学生自主学习能力弱

在“机械制图”课程授课过程中，教师通常借助黑板、多媒体、教学模型和虚拟动画等方式，依据教学大纲进行讲解。由于教学内容多、学时少，为在有限的课堂时间内完成教学内容，教师基本以讲授为主，与学生互动较少，学生只能被动接受，缺少参与感，出现“满堂灌、填鸭式”教学的现象。“机械制图”课程多数知识点是抽象的，加之对学生空间想象力要求较高，久而久之会使学生产生乏味感。这种教学方法未能激发学生的学习主动性，更不能培养对学生至关重要的自主学习能力。

（三）实践教学上，重课后基础实验、轻综合创新实验，学生学以致用能力弱

目前，“机械制图”课程的实践教学环节以课后基础

实验为主，侧重演示性、验证性实验。其中，一些实验内容，如各种线型的手工抄绘、圆弧连接的尺规绘图等，在完全脱离图板实现计算机设计的工作环境中已无太大实用价值，并且占用了宝贵的课程学时，导致综合性和研究性的实验内容较少，学生综合设计能力得不到有效锻炼。学生学完课程后感觉所学知识用不上、不会用，灵活运用所学知识解决实际问题的能力弱。

（四）考核方式上，重期末应试考试、轻综合过程考核，学生持续发展能力弱

“机械制图”课程考核以期末考试为主，考核方式单一，缺少过程性考核。单一的考核方式导致学生通过大量做题甚至考前突击就能取得好的成绩，并不能全面评价学生对课程内容的掌握情况。这种考核方式使学生忽略了平时学习过程中能力的锻炼与提高，也使学生缺乏创新意识，更难以激发学生的学习兴趣，存在很大的局限

性，导致学生持续发展能力弱。

针对以上问题，东北农业大学统筹考虑新工科对人才知识结构与能力结构的新要求和工程教育认证的新理念，提出“一体两翼一舵”教学模式，在课程体系与教学内容优化、理论与实践教学模式改革，以及考核与评价方式改进等方面对“机械制图”课程进行了系统性的重塑，以提高“机械制图”课程的教学质量。

三、基于产出导向理念的“一体两翼一舵”“机械制图”课程教学模式

“一体”——反映时代性的教学内容。统筹考虑新工科与工程教育认证的理念与要求，深刻把握产业领域发展规律，重塑“机械制图”课程教学目标与知识体系。

“两翼”——体现先进性的教学方法。“机械制图”课程理论性和实践性均较强，理论教学和实践教学为课程之“两翼”，必须做到协同递进，不可偏废，根据理论教学和实践教学的不同特点，选用不同的教学方法，做到以学生为中心，以教师为主导，激发学生学习兴趣，提高学生学习主动性，使学生成为教学主体。

“一舵”——呈现多元化的考核机制。考核的目的是为了引导学生完成学习目标并评价教学达成情况，为教学的持续改进把舵定向。建立基于过程的多元化考核机制，充分发挥考核评价的指挥棒作用，使学生加强对学习过程的管理，更加注重平时的主动学习，有利于学生持续发展能力的提升。

（一）“三二一”课程目标构建与知识体系优化

在工程教育认证的三大理念，即“学生中心、产出导向、持续改进”中，产出导向居于核心地位[5]。产出导向理念和传统教学模式的根本区别是：在传统教学模式中，先有教学内容后有教学目标，教学内容先于教学目标而存在；而产出导向理念强调先有教学目标后有教学内容，教学目标即学生的预期学习产出居于主导地位。教学内容确定、教学环节设置、教学活动组织，以及课程考核评价等环节都要围绕学生学习成果来设计和实施[6-7]。基于此，东北农业大学制图教学团队根据人才培养方案提出了“三二一”“机械制图”课程教学目标，即课程要培养学生的三种能力、两种意识、一种作风。三种能力：读图能力，绘图能力，构型设计能力；两种意识：工程意识，标准化意识；一种作风：严谨细致的工作作风。

产出导向理念的教学目标即为预期学习产出。确立预期学习产出后，面向新工科，基于产业发展对“机械制图”课程的新要求，东北农业大学对传统教学内容重新进行了评估、优化，理顺课程知识体系，在保证学生学到系统的、必需的知识基础之上，适当简化或删除一些对学生达到预期学习产出意义不大、在当前科技水平下稍显陈旧的知识点，以便更加有效地支撑课程的教学目标。主要改革内容如下。

1.投影理论部分

作为机械制图投影理论基础的画法几何，在传统的“机械制图”课程教学中占有重要地位，其主要讲解在平面上的图示三维空间形体和图解空间几何问题。其中，图解空间几何问题的内容包括直角三角形法求一般位置直线实长、一般位置直线与平面，以及两平面之间的位置关系和投影变换等，这部分内容占比偏多、难度偏深，而对学生达到预期学习产出的意义不大，因此，新的教学大纲删除了这部分内容。调整后，画法几何部分重点讲解机械图样的形成原理，即如何使用投影法（主要是正投影法）以二维平面图形图示三维空间形状。

2.立体投影与轴测图部分

随着三维设计软件的普遍应用，对于截交线、相贯线等立体表面的交线，在立体三维建模时可由软件依据平面与立体或立体与立体之间的形体尺寸和相对位置自动生成。教师在讲授这部分内容时，只需要求学生掌握截交线、相贯线的概念、性质和形成方式，对于手工绘图求解截交线、相贯线的方法可降低要求；同样，对于轴测图，在三维软件中建立模型后，可以利用软件的“定向”功能将模型精确定位到某一方向，对该知识点也应偏重于基本原理的讲授，将手工绘制轴测图转换为后续课程的三维建模训练。

（二）基于“六化”的线上线下混合式教学模式改革

著名教育家叶圣陶先生曾言：“教学有法，亦无定法，贵在得法。”课堂建构需要结合课程特点做到因“课”制

宜，使学生成为课堂教学的主体，引导学生积极思考和探索，主动进行学习。近年来，为改变以教师为主体、学生被动学习的传统教学模式，一些以学生为主体的主动学习模式被引入课堂并取得良好的教学效果，如翻转课堂、混合式教学、案例教学和基于问题的教学法（Problem Based

Learning，简称PBL）等。

“机械制图”课程理论性和实践性都较强，知识点多且较抽象，并且面临学时被压缩的情况。根据这些课程特点，课程理论部分的课堂教学采取线上线下混合式教学模式。该模式将网络教学平台的线上学习和传统线下学习有机结合起来，使教学活动不受时间和空间的限制，将部分课堂教学内容迁移至线上，释放宝贵的课堂时间进行研究性学习和能力训练[8]。

东北农业大学基于“六化”的“机械制图”课程线上线下混合式教学模式如图1所示。

1.课前线上预习——知识碎片化、学习自主化

教师根据知识点将课堂要讲授的内容录制成短视频，实现知识的碎片化，以便学生根据自己的时间，通过观看视频完成学习内容，实现学习的自主化。学生预习中遇到的问题可在“讨论区”讨论，然后完成在线自测。学生在线学习实现了自主化，但也有很大的随意性。教师根据教学日历制定学生学习进度表来管理学生的学习进程。此环节中，教师可以随时掌握学生线上学习状况，及时解答学生在“讨论区”提出的问题，梳理出共性问题，以便在课堂教学知识串讲时能有的放矢。

2.课中线下讲解——知识体系化、课堂智能化

教师根据学生预习反馈情况及时调整教学重点，提前做好课堂教学预案。线上学习视频将知识碎片化，学生对知识体系难以形成宏观的整体概念。教师提纲挈领式地讲授和梳理本堂课的知识内容，并鼓励学生开展课堂讨论，该过程同时也培养了学生去繁求简、透过现象看本质的能力，使学到的知识体系化。讲解完成后，教师利用网络教学平台提供的选人、抢答等功能提高学生参与的积极性，活跃课堂气氛，让课堂智能化，有利于加深学生对课程内容的理解，提高课堂效率。对于课程中的重要知识点，教师讲解并与学生讨论完成后，进行随堂测验，以检验学生的掌握情况。

3.课后巩固提高——学情信息化、辅导个性化

“机械制图”课程的特点是实践性强，学生必须通过课后作业的练习才能牢固掌握。教师通过网络教学平台布置、收取和批阅作业，鼓励学生通过网络教学平台互评作业，教师最后把关。学生在作业中遇到了问题可在“讨论区”或“班级群”中在线讨论，教师和学生均可回答。教师通过网络教学平台提供的数据及时分析学生的学习情况，进行有针对性的个性化辅导。

线上线下混合式教学模式以学生为中心、以教师为主导，能够激发学生的学习兴趣、提高学生学习的主动