基于工程教育认证的“工程图学A课程设计”教学改革探索——以北京林业大学为例

史雪松 霍光青 郑嫦娥

(北京林业大学工学院，北京 100083)

从2015年国务院发布《中国制造2025》，到党的十九大指出“2035年我国要基本实现社会主义现代化”，都对我国工业化提出了新的要求。新时代背景下，工程科学技术人才是建设工业强国的第一战略资源[1]，而工程技术人才的培养更具有时代特点。2016年，我国正式成为《华盛顿协议》中的一员，标志着我国工程教育质量在国际上得到了认可，工程教育的发展迎来了新的篇章。

工程教育认证是由专业认证机构对高等教育机构开设的工程类专业进行的专门性认证，用以提升教育质量，保障工程教育的人才培养质量，提升工程教育专业对产业发展的适应度，并推动我国高等院校工科教育发展[2]。工程教育认证的基本理念是：以学生为中心，以目标为导向，持续改进[3]。我国2017年11月修订的《工程教育认证标准》中共有7项，分别是学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍和支持条件。其中，学生是中心项，其他项都是围绕着学生要达到的毕业要求而设置的[4]。

北京林业大学工学院在开展工程教育认证过程中，对机械设计制造及其自动化专业培养方案进行了修订[5]。为了使课程教学能够适应新的人才培养方案，并符合工程教育认证标准的要求，“工程图学A课程设计”课程的教学改革迫在眉睫。“工程图学A课程设计”是由工学院开设的工程实践课程，是机械设计制造及其自动化专业学生在完成“工程图学A”课程学习后开展的对产品认知、测量、造型、装配、表达等技能进行综合训练的实践类课程。该课程具有极强的综合性，考察的知识点较多，对学生的综合实践能力要求较高。随着北京林业大学工程教育认证工作的开展，经对比发现，原有的“工程图学A课程设计”课程目标、教学内容和评价标准不能满足工程教育认证的基本要求。因此，如何使“工程图学A课程设计”课程教学符合工程教育认证标准的要求，并满足北京林业大学工学院机械设计制造及其自动化专业人才培养要求，是该课程教师急待解决的问题。

一、“工程图学A课程设计”课程教学面临的问题

“工程图学A课程设计”是机械设计制造及其自动化专业的工程实践类必修课程。该课程主要考察学生的研究、设计、造型、表达和协作沟通能力，其涉及的内容包括测量、造型、设计、装配、图纸表达等，共计16学时。①测量：要求学生对指定设备进行观察，了解部件结构及作用原理，并测量各组成零件，做好记录；②造型：要求学生使用三维建模软件对各零件进行三维实体造型与设计，并生成零件图纸；③设计：要求学生设计一个轴上外接使用的皮带轮或齿轮，尺寸与结构由学生自定；④装配：要求学生使用三维建模软件将各零件进行三维装配，并生成装配图纸；⑤图纸表达：要求学生遵照机械制图国家标准，正确、合理地表达零件及设备。基于工程教育认证对学生能力培养的要求，笔者发现该课程主要存在以下问题。

(一)教学目标不具体

目前，“工程图学A课程设计”课程目标为“学生应当掌握机械设计的基本方法，达到熟练运用绘图与设计软件进行机械设计的目的”。这里仅描述了学生应具备的能力，不符合工程教育认证关于课程目标的相关要求，未建立课程目标与毕业目标之间的对应关系。

(二)教学内容不详实

目前，“工程图学A课程设计”课程教学内容为“对一指定的部件进行分析，利用软件进行绘图和数字建模，生成零件图，并进行尺寸标注，如尺寸公差、形位公差、粗糙度的标注；利用软件进行装配，生成工程装配图，进行标注后生成编号、明细表；对生成的图形文件进行格式转换并打印主要的工程图”。这里并未细化各知识点内容。该课程开设学期为第二学期，授课对象为大学一年级学生，由于学生缺乏实践经验与工程意识，且授课课时较短，导致学生不能充分理解该课程教学内容，而且教学内容未突出“以学生为中心”的教学理念，没有将每一项教学内容与课程目标、毕业目标之间建立起对应关系。

(三)评价标准不完善

在工程教育认证中，课程的评价标准主要依据课程目标和毕业要求的达成情况进行评价。而“工程图学A课程设计”课程的评价标准是“采取实习报告加图纸的整体考核”。这样的评价方式学生只有一个最终成绩，没有针对各教学内容的具体成绩，导致教师无法准确得知学生在每一个设计环节的真实能力和对知识点的掌握程度，从而无法了解每一个课程目标的达成情况，因此现有评价标准不符合工程教育认证的要求。

二、基于工程教育认证的“工程图学A课程设计”课程教学改革的措施

依据工程教育认证要求修订的机械设计制造及其自动化专业培养方案中，共有12个毕业要求，分别是工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理和终身学习。按照该专业对毕业要求指标点的划分，“工程图学A课程设计”课程共支撑4个毕业要求，见表1。笔者根据“工程图学A课程设计”课程所支撑的4个毕业要求，针对该课程当前存在的问题，从课程目标、教学内容和评价标准等4个方面提出了教学改革措施。

(一)细化教学目标

课程目标作为教学大纲的核心要素，既支撑毕业要求的达成，又决定着教学内容、教学方法以及评价标准[6]。因此，为确立课程目标与毕业要求的对应关系，笔者将课程目标细化为4个具体的目标，分别如下。

①课程目标1：观察与测绘机械产品。学生通过观察机械产品，了解常见的机械结构与特点，分析设备的工作原理以及每个零部件的作用、加工方法、材料的使用情况；学生通过运用拆装工具，拆卸零部件，分析零部件结构及其相互关系，找到合理的测量方法进行测绘，并记录详细尺寸，最后安装零部件将机器恢复原样，培养学生独立分析、独立思考的能力。

②课程目标2：零部件造型与表达。学生根据测绘结果进行三维实体造型，进一步掌握零部件造型的方法；学生根据零部件三维模型，除标准件外生成每个零部件的零部件图；学生根据设备功能要求，自主设计一个相关的零部件，进行三维实体造型并生成零部件图。

③课程目标3：装配造型与表达。学生利用三维软件进行装配，生成三维装配模型(轴测图)和爆炸图及二维装配图。

④课程目标4：分组协作。2～3名学生一组进行分工测绘和零部件造型；每位学生独立完成造型三维装配、零部件图和装配图。测绘时，同组学生间需要有合作意识；产品装配时，所有学生需要做好沟通；相邻零件结构或尺寸装配有矛盾时，应相互讨论、共同查找原因，找到合理的解决方法，以便于将来能够顺利完成任务。

同时，根据“工程图学A课程设计”课程所支撑的4个毕业要求，笔者建立了课程目标与毕业要求之间的对应关系，使课程目标能够有效地支撑毕业要求，见表1。

表1 “工程图学A课程设计”课程的教学目标与毕业要求的对应关系

(二)优化教学内容

依据细化后的课程目标，对“工程图学A课程设计”课程的教学内容进行了优化，并针对每一项教学内容都增加了对学生的基本要求，建立了教学内容与课程目标之间的对应关系。例如，将教学内容中第3部分“造型”对学生的基本要求优化为学生“通过分析零件结构，制定造型策略与方法，完成零件造型”，这与“课程目标2：零件造型与表达”相对应。优化后的教学内容与课程目标间建立了明确的对应关系，满足了工程教育认证的要求，见表2。

表2 “工程图学A课程设计”课程教学内容与教学目标之间的关系

(三)完善评价标准

根据优化后的“工程图学A课程设计”的课程目标与教学内容，通过科学划分成绩比例、细化评分标准，笔者完善了该课程的评价标准。该标准全面反映了学生对教学内容的掌握程度，特别是学生在各个环节的真实能力，并为课程目标达成度评价和毕业要求达成度评价提供测算依据。例如，在学生提交材料中，零部件图和装配图是重点的考查内容，这2部分反映了学生对该课程重点教学内容的掌握程度，支撑课程目标2和课程目标3。因此，细化了这2项的评分标准，提高了相应的成绩占比。同时，增加了对该课程设计进展情况的检查，实现了对学生学习全过程的评价及对团队协作工作的评价，建立了与课程目标4的对应关系，见表3。

表3 “工程图学A课程设计”课程需要提交的内容与评分标准的关系情况

(四)建立持续改进机制

工程教育认证体系的核心理念之一是持续改进，要求“工程图学A课程设计”课程建立教学过程监控机制，以及明确可行的持续改进机制。课程目标达成度是质量反馈环节的重要数据，对教学设计、教学管理和持续改进都具有重要的指导意义。依据新修订的课程目标、教学内容和评价标准，在每学期课程结束后形成课程目标达成度分析报告。通过分析“工程图学A课程设计”课程目标达成度、毕业要求达成度等一系列数据，获得该课程教学过程中存在的问题，从而指导该课程教学内容、教学方法的持续改进，形成“评价—改进—再评价”的闭环管理，最终实现提高学生工程能力的目的。

三、“工程图学A课程设计”课程教学改革的成效

基于工程教育认证的“工程图学A课程设计”课程教学改革自实施以来成效显著，主要表现在以下2个方面。

(一)教学效果显著提高

布卢姆曾说：“有效的教学始于知道希望达到的目标是什么”。基于工程教育认证的“工程图学A课程设计”课程教学改革自2017年9月开始实施，通过细化课程目标明确了课堂教学的核心，在此基础上优化了教学内容和评价标准，并在每学期课程结束后形成课程目标达成度分析报告，使该课程教学效果得到显著提高。以2017级和2018级机械设计制造及其自动化专业学生为例，“工程图学A课程设计”课程目标达成度的数据计算情况见表4。结果显示，课程目标达成度均在0.6以上，表明学生均已达到了考核要求。进一步地，通过对2届学生每一项课程目标达成度的分析和对比发现，课程目标1、2、4的达成度较上一年都有大幅度提高，表明学生对机械系统的观察能力、机械零部件的拆装和测绘能力以及运用计算机软件进行三维建模的能力都有显著提高。另外，从教务处组织的学生评教结果来看，2018级机械设计制造及其自动化专业学生对“工程图学A课程设计”课程的打分为95.21分，排名为工学院该类课程第1、学校该类课程第3，说明学生对该课程的满意度普遍较高，取得了较好的教学效果。

表4 2017级与2018级学生“工程图学A课程设计”课程教学目标达成度的比较

(二)教学内容和教学方法持续改进

基于工程教育认证的“工程图学A课程设计”课程教学改革，可以发现教学中存在的问题，从而指导教学内容和教学方法的持续改进。从表4可以看出，2018级相比2017级课程目标3的达成度稍有下降。该项课程目标主要由测绘零部件图和设计零部件图2项工作构成，由于在设计零部件图方面学生的平均得分较低(平均得分5分，满分10分)，导致课程目标3的达成度降低。这反映出学生在零部件设计方面还存在不足，其原因主要是一年级学生在零部件设计方面的专业知识有所不足，导致零部件设计能力较差，造成达成度值偏低。针对这个问题，笔者建议后续“工程图学A课程设计”课程教学应从2个方面进行改进：一是从教学内容上，进一步加强该课程内容与工程实践的结合，培养学生工程意识，同时重视二维零部件图和装配图的表达训练；二是从教学方法上，加强该课程设计与测绘实验教学的有效结合，充分利用测绘实验教学使学生提升对复杂机械系统的认知能力，并了解各部分零部件的工作原理，在测绘实验教学中加入对零部件设计相关知识的初步讲解，增强学生对设计的直观感受，提升学生的设计兴趣。

综上所述，笔者依据工程教育认证标准，结合学校“工程图学A课程设计”的课程特点和存在的问题，对“工程图学A课程设计”课程教学进行了改革，取得了良好的教学效果。改革后的“工程图学A课程设计”课程教学符合工程教育认证“以学生为中心，目标为导向，持续改进”的基本理念：以学生为中心，全面培养学生各项能力；以目标为导向，切实保证教学内容贴合就业需要；建立持续改进机制，不断完善教学内容和改进教学方法，确保培养适应新时代所需的工程技术人才。

资助项目：北京林业大学2018年教育教学改革项目“工程教育认证背景下的工图课程建设”，项目编号BJFU2018JY051。