以实践创新能力培养为核心的工程图学课程模块化教学思考与探索

刘斌等

[摘 要] 根据高等教育教学改革目标，对《工程图学》课程模块化教学进行了探讨。在充分考虑学生知识背景、课程设置特点和专业培养目标的基础上，笔者尝试对工程图学课程的教学目标作进一步细化，并通过教学内容重组和课程模块化设置来保证各细化教学目标的实现。在各模块教学目标、内容、教学过程和课程考核各环节中，强化实践训练，将创新人才培养理念融入工程图学课程模块化教学中。

[关键词] 实践创新能力；工程图学；模块化教学；教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2013）06-0097-05

近年来，随着高等教育教学改革进一步深化，探索创新型教育教学方法，建立能够快速提高学生实践能力、创新意识和创新设计能力的培养模式，已成为高素质创新型人才培养的重要课题。

工程图学的教学体系自20世纪50年代传承于苏联，课程组织和教学内容的安排主要从学科的系统性和科学性出发，强调学科的完备性和理论性，在对学生工程实践及创新能力的培养方面严重不足。其“优势在于使学生获得了扎实的基础理论，主要不足在于实际解决问题的能力不强、工程教育与实际工作脱节、工程教育中缺少对学生工程意识的培养，学生缺乏解决实际工程问题的经验和认识”[1]。据一份有近百名大中型企业和研究所的工程师参与的问卷调查结果显示，80%的人认为“从事工程实践必需的技术、技能”是从工作中和继续工程教育中获得；79%的人认为在工作中“创造性思维能力”非常重要，但80%的人认为该项能力是从工作中和继续工程教育中获得的[2]。近年来，随着社会对创新性、复合型人才需求日益增大，传统高等工程人才培养模式面临着新的挑战。由此反观高等教育的工程类课程设置，尤其是传统工程图学课程在内容设置和教学模式上已经明显滞后。

目前，随着高校教育教学改革的深入推进，高校课程深度改革对工程图学课程的教学提出了更高的要求，需要进一步更新教育思想和理念，打破旧的观念，重新审视图学课程内容体系设置，探索更加合理、完善的实践教学模式，将图学教育与工程实践相结合，更好地服务于高等教育创新型、复合型高素质人才培养目标。

1 工程图学课程体系改革的现状及分析

1.1 国内图学课程改革及现状

自1995年来，国家教育部组织开展了面向21世纪高等教育教学内容与课程体系改革的工作，工程图学课程经过十多年的持续改革创新，其课程内容体系、教学模式及手段都发生了较大的变化，并取得了一系列显著的成果。工程图学课程教学体系改革的成果主要体现为以下5种课程体系模式的构建及形成[3]。

1）课群融合式。该课程体系的主要特点是综合考虑学科间横向联系和纵向贯通，将工程制图、机械原理、机械零件与CAD课程进行整合，重新组织教学内容，以“设计为主导，能力为目标”组织教学，突出培养工程设计能力和创新能力。通过课堂教学与课外实训相结合，在保证教学效果和提升人才培养质量的同时，大幅消减课堂教学时数（整合前课程总学时为214学时，整合后为135学时）。该教改成果由北京科技大学完成，获得了2005年国家级教学成果二等奖。

2）分块协调模式。该模式从设计和制造课程链的分析着手，确定了工程图学课程的定位，进行内容重组，结合不同专业培养目标进行分类划块组织教学内容。其指导思想是以设计为主线安排教学内容，为此引入概念设计、三维建模等，并加强实践环节。该教改成果由上海交通大学完成，并获得2003年国家级精品课程称号。

3）基础平台与综合提高相结合的模式。该模式以能力培养和概念构建为目标，搭建一种不分专业的公共图学教育平台，再根据专业需要，开设专业制图的课程。公共图学教育平台通过“图学素质”（形象思维、图形表达和工程素质）的培养和训练，使学生提升三种能力（空间想象能力、图形表达能力和形象思维能力），构建三个概念（产品信息概念、设计构形概念和工程规范概念），奠定高素质工程设计人才的培养基础。该教改成果由浙江大学完成，先后获得2001年国家优秀教学成果二等奖、2003年国家级精品课程称号、2005年国家优秀教学成果一等奖。

4）三维构形为主线的模式。即将三维建模的原理、方法和技能融入、渗透到工程圖学中，形成新的教学体系、教学内容和教学方法。其特点是将“三维实体设计表达”贯穿于教学的各个阶段，体现了以三维设计表达为主线，以二维投影制图为重点的指导思想；精简了画法几何的一些内容，增加了构形设计的内容；增设课程设计，加强教学实践。该教改成果的代表是北京科技大学，编制完成的《工业产品设计与表达》为十一五规划教材。

5）计算机绘图与传统制图调整整合模式。即将现代计算机绘图技术与传统制图相结合，进行新老内容调整整合的模式。其内涵是将画法几何、工程制图、计算机绘图、三维建模与构形设计等内容进行整合，结合专业培养目标进行教学内容安排和教学组织。目前该模式为大多数高等院校所采用。

1.2 国外的图学教育现状

与国内教育改革相比，国外教育改革更注重与工程应用实际和社会结合，加强动手实验能力。以美国国家自然科学基金会资助的工程教育综合改革（Synthesis）为例，其承担单位为康奈尔大学、斯坦福大学、加州伯克利大学等8所大学，针对工程专业课程过重、分割过细的现象，应用新的信息技术形成新的课程体系和新的教学手段与设施，具体实现目标为：多学科综合，分割不要过细；面向并行工程，贴近工业实践；加强实验与动手能力；加强通信交流，密切联系社会；具有先进的学习环境。从其课程设置情况来看，制图课程中传统的画法几何和制图技能方面的教学所占学时逐渐减少，取而代之的是三维实体造型技术和曲面造型技术的应用，并强调与CAE、CAM相结合；制图和构形设计始终贯穿在其他设计课程中，并且与工程实际紧密结合，同时注重学生创新意识的培养[4，5]。

我国与日本图学教育的差距也较大。日本的图学教育比较注重和企业结合[6]，制图课的内容与设计相融合，贯穿在大学教育的全过程中。他们要求培养的设计师不仅能掌握绘图知识，而且能对产品、成本、效益、市场等具有适应能力、想象力、创造力、预测能力，不是孤立地讲授图学知识，而应培养学生的综合素质和能力。

综上所述，我国的工程图学教学改革已获得了一系列的重要成果，但不可否认在课程体系内容的改革上尚未取得突破性進展，与国外同类课程相比，内容体系的学科综合性及工程实践能力培养方面仍存在较大的差距。因此，笔者在借鉴国内优秀教改成果和国外先进教学理念的基础上，结合北京工商大学的工程图学教学实际和人才培养特色，对以能力、素质培养为目标的工程图学课程教学体系进行有益的探讨，为工程图学课程教学改革的进一步深入提供新思路和新方法。

2 工程图学课程模块化教学的内涵

2.1 工程图学课程地位

素质教育、创新能力培养无疑是现行高等教育改革的主要目标，工程图学课程以其特有的教学内容和手段在高等教育课程体系尤其是高等工程教育教学中有重要地位，并发挥着独有的培养作用。

图形、图样是工程图学的核心内容，也是其主要的训练手段，其最重要的特征是学习对象的形象、具体性。学生通过该学科学习习得形象思维，是运用“形象”来思考问题的一种思维方式，形象思维贯穿于思维过程的始终，是客观事物的整体映像。人们可以通过对事物的形象特征认识事物的内容和本质，并做出某种判断和识别。因此，“形象思维比抽象（逻辑）思维更广泛”[7]，尤其是在工程技术领域中，形象思维是产品设计、创造的源泉，与抽象（逻辑）思维相比更直接、具体，应用更为广泛。因此，形象思维对解决科技问题的重要性不言而喻，是一种更广泛的具有普遍性的思维。

纵观高校课程设置，将形象思维作为专项训练和教学目标的课程为数不多，工程制图则是其中最为重要的一门课程。形象思维能力、创新能力、工程素质是工程类专业学生能力的核心。工程制图课程对于这三类能力的培养所产生的思维引导、训练的作用和影响远远超出课程所涉及的理论、方法和技能本身，鲜明地反映出图学教育的独特之处，更确立了图学教育在高等工程乃至高等素质教育中的重要地位。

工程制图课程是将形象思维能力培养作为教学目标的重要课程，教学目标、内容的设定和教学方法实施都体现了对于形象思维能力培养的连续性、完整性和系统性。形象思维能力训练的内容及方法如图1所示[8]。

结合图1，工程制图课程中的投影方法、图样画法等体现了表象储备训练；组合体形体分析、尺寸分析等体现了形象思维方法训练；三维构型设计、创新设计则体现了加强再想象的训练培养。

2.2 工程图学课程模块化教学的意义

教育心理学认为，只有当新知识与学习者的学习背景（已有的知识和经验）发生联系时，学习者才能很好的理解和掌握新知识。现行高等教育课程体系的通常做法是将工程图学课程作为学生进入大学接受工程教育的第一门技术基础课，对于多数学生而言，工程图学的教学内容与他们积累的知识和生活经验基本没有联系，学生对工程问题的感性认识几乎为零。工程图学课程的设置是为解决设计、应用、创新等工程实际问题提供理论基础和基本技能的工程基础课程，其特点是不但需要掌握一定的基础理论知识，而且具有很强的实践性。同时，由于工程图学课程所涉及的诸如设计、制造、工艺等专业知识的门类较多，在课程教学过程中，仅凭一门课程单个学期的学习，很难完成预定的教学目标，很难实现学生工程素质基础的构建。因此，必须考虑工程图学课程与设计、材料、制造等专业课程之间的协调关系，将工程图学课程置于专业课程背景下重新组织教学活动，构建模块化教学体系，贯彻全程教育的理念，最终达到学科知识体系间的无缝拼接和融合。

工程图学课程模块化教学并非人为割裂学科体系的统一性和内在联系，而是将工程图学课程置于大的工程专业知识体系背景之中，以全程教育、全过程管理及控制为出发点，重在学生能力、素质全过程培养。基本思路是将图学课程分类划块，结合专业培养目标，各教学模块分散于不同学期中进行。工程图学课程作为工程专业知识链条中的重要一环，教学过程涵盖了知识传授、工程实践能力训练、创新能力培养和综合素质提高等环节。因此，工程制图课程模块化教学是在充分考虑学生的知识基础和相关专业应用需求的前提下，对各教学内容和环节进行归类划分，形成与学生学习认知过程、专业知识背景和整体课程体系相适应的各教学模块，教学过程分散于不同学期与相应的专业课程相结合，实现“做中学，练中学”。通过在后续相关专业课程中的不断运用和强化，使得工程图学课程中传授的知识和各种技能、能力与专业知识融合成为学生自身所拥有的能力，从而达到提高学生综合素质和能力的教育教学目标。

2.3 工程图学课程模块化教学的内容框架

工程图学课程模块设置主要从学生能力、素质培养的角度出发，教学目标设置宜小而精，内容设置突出实践、实训环节，教学过程充分考虑与相关专业课程的衔接与融合，贯彻全程教育，并从教学目标、内容、过程方面保证素质能力培养的过程管理和控制，见图2。

工程图学课程模块化教学设置中，工程图学基础教学模块为整个课程体系的基础理论知识，旨在构建学生理论基础，培养形象思维。结合人才培养特色，北京工商大学增设工程图学通识教学模块，可为管理营销专业学生提供工程识图知识基础，更可为其它非工科学生提供初步形象思维能力训练及工程素质培养。基本技能实训模块和工程应用设计教学及实训模块通过实训练习的形式，将图学课程与工程实际及专业相结合，对学生进行动手实践能力和工程创新能力的培养。

与传统的工程图学课程教学模式相比，课程模块化设置可使专业根据培养需求灵活选择课程模块，确定适合培养目标的教学内容，在保证人才培养质量的同时，图学课程所配备的学时数量可大幅下降。

2.4 工程图学课程模块化教学的内容安排及实施

根据工程图学课程模块化教学的内容框架，对各课程模块的教学内容安排如表1所示。

由于各高校的专业特色及人才培养定位不尽相同，因此各模块中教学内容的具体安排需要结合本校的人才培养目标进行研究和细化，表1所示的内容安排仅供参考。由于工程图学通识教学模块主要针对有特殊培养需求的非工科专业学生，并非所有高校统一开设，此处不详细展开。

表1的模块化教学内容可适用于60～90学时的教学安排，满足目前多数机械类的图学课程学时数。此外，通过调整和删减部分内容，还可适用于非机械类工科专业的图学课程教学。

模块化教学内容的安排，使得各部分既相对独立又具有一定的延续性，教学实施过程中便于采用阶段综合测试或实践性大作业的形式进行考核，实现对学生学习过程的管理、监督和考核。

3 模块化教学模式下的实践创新能力培养

3.1 结合实践创新能力，设定教学目标

工程图学课程的教学目标主要由两部分构成：（1）基础理论知识构建；（2）工程实践和创新能力培养。现行工程图学课程体系通常将这两大目标整合到单门课程中，在一到两个学期中完成，多数工程专业设定统一规格的教学目标，使得课程教学时多以知识的传授为主，工程实践能力培养目标不明晰，训练缺少针对性，严重影响了学生对理论知识的深入理解，创新能力的培养目标更是很难达到。

课程模块化的设置可使两大教学目标进行细化分类，配置于各教学模块中。在充分考虑学生知识背景、接受能力和兴趣培养的学习认知规律的基础上，针对各教学模块，采用先基础后实践、先通识基础后专业结合的层级递进方式，并将工程实践训练逐级融入模块课程教学中。以工程图学基础教学模块为例，其教学目标的设定如图3所示。

3.2 以实践创新能力培养为核心，组织教学过程

在工程图学课程模块化教学中，教学过程的组织通过两种形式实现：（1）课堂教学环节；（2）实训实践环节。

在课堂教学环节中需要加强传统课堂教学的板书绘图手段，要注重引入多媒体辅助教学方式，将现代图学研究的最新技术如计算机三维造型设计、虚拟现实技术等引入课堂教学中，从而最大程度地激发学生的学习兴趣，深入理解教学内容。

在实训实践环节中，则可以根据课程内容的递进顺序引入优秀作业评比展示、制图技能水平竞赛、构形设计制作、CAD设计技能展示、拆装测绘竞赛和工程项目式课程设计答辩等环节。通过技能展示、竞赛、工程项目设计等促学机制的引入，不但能够增加课程学习的兴趣性，还能将竞争意识有机融合到学习过程中，激发学生的进取心，促进学习潜能的开发。

3.3 综合测评机制，激发学生主动学习

课程考核作为课程教学检验的重要环节，不但可以衡量教学内容的完成情况和教学效果，在某种程度上也对学生的学习过程、方式起着导向作用。因此，采用有效合理的考核测评形式，不但能调动学生主动学习的能动性，而且能较为合理地反映教学效果，可作为实现教学目标的辅助手段。工程图学课程模块化教学的考核环节，可采用试卷考试成绩、平时成绩、实践技能、综合应用能力按比例分配来确定学生最后成绩的方式。其中实践技能和综合应用能力的评测主要结合教学过程中的评比展示、技能竞赛和课程设计答辩结果给予综合评定，此外还可结合本科生科研项目计划，对相关学科申请获批的项目参与人给予鼓励加分。通过建立综合测评的考核方式，使学生更加重视基础知识积累，注重专业知识的实践性环节，注重综合素质的培养，有效引导和调动学生的学习积极性，提高教学效果，实现课程教学目标。

工程图学作为工程设计的重要组成部分，其教学改革应立足于工程设计、应用人才培养目标，将国家及社会对于创新人才的需求与高等院校的人才培养特色相结合，根据教育教学实际有针对性地进行课程内容体系重组，实施有效的课程教学手段，提升实践型、创新性人才培养质量，为国家和社会输送更多高素质建设人才。

本文通过笔者多年的教学研究与实践，根据高等教育人才培养目标和北京工商大学的人才培养特色，从教学的目标设定、内容体系、教学过程、考核评测等方面，对工程图学课程改革进行了有益的思考和探索，以期在教学模式、内容及方案等方面对高校课程改革提供一定的借鉴和参考。

参考文献

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