以工程教育专业认证为导向的“工程图学A”课程教学改革探索——以北京林业大学为例

白效鹏 唐 亮 霍光青 史雪松 徐道春

(北京林业大学工学院，北京 100083)

工程教育认证既是教育部提出中国特色“五位一体”评价体系的重要组成部分，也是达成工程教育国际互认的重要依据。截至2020年底，全国共有257所普通高校涉及的机械、仪器等工科1 600个专业通过了工程教育认证。工程教育认证是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评估，其核心是确认工科专业毕业生是否符合行业认可的质量标准。培养目标是对该专业毕业生在毕业5年左右达成的职业和专业成就的总体描述，专业据此设置毕业要求，构建课程体系[1]。工程认证通用标准规定了专业在学生、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7个方面的要求[2]。基于工程教育认证标准，教师在课程教学中应始终秉承“以学生为中心，以产出为导向，持续改进”的工程教育理念[3]。

“工程图学A”是机械类专业一门专业基础课程，其理论性、应用性和实践性都很强，能够为后续专业课程的学习及工程设计提供必要的基础知识和方法。2017年3月北京林业大学机械设计制造及其自动化专业(以下简称机制专业)在工程教育认证过程中，对该专业的课程体系进行了修改，并着手定制了培养目标和毕业要求[4]。如何使“工程图学A”课程教学适应新的本科人才培养方案，并使该课程教学符合机制专业工程教育认证标准的要求，成为课程教学急需解决的难题，因此以工程教育认证为导向的“工程图学A”课程改革迫在眉睫。

一、“工程图学A”课程的特点

“工程图学A”是以机械产品为对象，研究图、数、形关系及其应用的课程，该课程要求学生在遵守国家和行业标准的基础上，以工程语言表达、识别机械产品的图样，培养学生空间想象力和构形分析力，形成工程图样的绘制和阅读能力。课程主要涉及平面绘图、三维零部件造型、三维装配造型、二维零部件工程图，空间问题的求解与表达和二维装配工程图，具有教学内容多、任务重、课程知识难点多、易出错、实践性强等特点[5]。

二、“工程图学A”课程教学面临的问题

对标工程教育认证标准的要求，“工程图学A”课程教学主要存在以下3方面的问题。

(一)课程教学目标与工程教育认证要求不匹配

“工程图学A”课程教学目标为“系统掌握产品设计与表达的基础理论知识，熟练设计一般机械产品的三维模型，利用投影知识表达产品结构等。熟练生成零部件图、装配图、装配分解图等，具备阅读一般机械类产品图纸的能力”。此时的课程教学目标仅描述了学生应具备的能力，没有根据工程教育认证标准中的“12条”毕业要求通用标准进行划分，不能与工程教育认证要求的毕业要求指标点建立对应关系。因此该课程教学目标与教育认证标准不相符合，满足不了工程教育认证对于课程教学目标的相关要求。

(二)课程教学内容与工程教育认证要求不匹配

“工程图学A”教学内容为“讲授国标、平面绘图、造型、投影、表达方法、零部件图、装配图的基本内容，使学生能够运用这些表达方法设计产品，能够构建机械产品的三维零部件模型和装配模型、规范表达产品结构与尺寸、生成零部件图和装配图、阅读机械产品图样。”改革前，该课程的教学内容虽然比较全面，但课程讲授注重知识传授，且授课对象是普遍缺乏工程实践经验的大一新生[6]。学生由于缺乏对机械结构的直观性认识，在理解课程内容时不是很充分，且课程教学内容与认证标准没有建立起一一对应关系，不符合工程教育认证“以学生为中心”和“以产出为导向”的教学理念。

(三)课程考核难以支撑教学质量的持续改进

持续改进是工程教育认证的一个核心理念。课程的持续改进需要根据毕业要求指标点对课程教学进行有针对性评估。这就要求课程考核需要按照毕业要求指标点进行，并得出相应的评估结果。改革前，“工程图学A”考核采用期末考试的方式开展，考核的结果只有一个最终成绩，没有针对课程各项内容的具体成绩，不能体现课程教学设计每个环节的真实效果和学生对各个环节知识点的接受程度，使教师无法掌握课程目标的达成情况。因此，改革前的考核结果不适应工程教育认证的标准，致使课程教学质量持续改进支撑不具体。

三、以工程教育专业认证为导向的“工程图学A”课程教学改革措施

针对“工程图学A”课程教学存在的问题，“工程图学A”课程组提出了3个方面教学改革举措。

(一)构建课程教学目标与毕业要求指标点的对应关系

根据机制专业工程教育认证12条毕业要求分解情况，探究并细化了课程教学目标，提炼出了与课程教学目标相匹配的毕业要求指标点，并建立了课程教学目标与毕业要求指标点的对应关系和支撑强度，见表1。其中，课程教学目标分解如下。

表1 “工程图学A”课程教学目标与毕业要求指标点的对应关系

课程教学目标1：工程图表达。①零部件图：掌握投影和视图基本知识，运用物体表达方法分析零部件内外部结构，提出并实施零部件表达方案，标注完整尺寸和技术要求，制作零部件工程图；②装配图：运用物体表达方法，分析装配体的装配线、零部件数量、工作原理，建立合理的装配表达方案，规划零部件编号和物料清单，标注必要尺寸和技术要求，制作装配工程图。

课程教学目标2：工程图阅读。掌握工程图阅读基本规律，应用形体分析法、面形分析法或综合分析法想象物体各结构的形状；获取零部件图和装配图中尺寸、技术要求、明细表、标题栏等信息，鉴赏零部件图和装配图中的视图、尺寸和文字表达的合理性；分析零部件的工作原理、功能作用。

课程教学目标3：平面绘图。学习机械制图相关国家标准，跟踪智能草图、智能约束与捕捉、尺寸驱动等前沿技术，运用纸笔、计算机等常用工具绘制平面图形，合理规划平面图形的尺寸标注。

课程教学目标4：三维设计。①零部件造型：应用基本造型方法和高级造型方法，构建零部件三维模型。②装配造型：调用标准件和常用件模型，整合零部件三维模型，选择合适装配关系，构建机械产品整机或零部件的三维装配模型；熟练添加、复制、编辑零部件之间的装配关系；检查零部件之间的动静态干涉情况，设计装配模型的爆炸效果图和渲染图。

(二)构建支撑课程教学目标实现的教学内容体系

根据分解后的课程教学目标，结合机制专业开设的“机械认知实习”课程，“工程图学A”课程组对课程教学内容进行了优化，具体做法如下。①对学生在“机械认知实习”课程中熟悉的机械产品涉及的知识进行了分解，把细化后的知识点融入到“工程图学A”课程教学内容设计中。②针对教学内容细化了对学生的基本要求，建立教学内容与学时、课程教学目标之间的支撑关系。如，将第3部分“特殊结构的设计与表达”的教学内容细化为“熟练倒角、圆角、肋板、薄壁、螺纹结构的设计与表达方法……”，细化后的内容与课程教学目标4对应。改革后的课程教学内容与课程教学目标之间建立起了映射关系，满足了工程教育认证的要求，见表2～3。

表2 “工程图学A”课程理论教学内容体系及其与课程教学目标的对应

表3 “工程图学A”课程实践教学内容体系及其与课程教学目标的对应

(三)构建课程教学质量持续改进机制

1.建立课程教学目标达成度的考核标准

面向工程教育认证标准，课程教学过程中的每个教学环节都需要有具体可操作的评价方法，科学合理的课程评价方法能反应教学中存在的问题，为教学内容、教学方法的持续改进提供依据。课程教学目标达成度评价是以评价学生能力为主要目的，以考察学生对知识点的理解和应用能力为重要内容。“工程图学A”课程教学一般分为2个学期开展，笔者对平时成绩和期末考试成绩进行了细化。平时成绩分解为作业和测验成绩，每学期安排1次测验和2次作业。根据以上考核方式对课程教学目标的贡献度，设置了期末考试、平时作业1、平时作业2和平时测验的权重，分别为0.7、0.15、0.075、0.075，见表4～5。

表4 “工程图学A”课程第1学期与课程教学目标对应的成绩占比分布情况

表5 “工程图学A”课程第2学期与课程教学目标对应的成绩占比分布情况

2.建立保障课程教学质量的持续改进模型

依据“工程图学A”课程组提出的课程教学目标的考核标准，笔者首先在课程教学周期结束后撰写课程目标达成度的分析报告(评价-assessment)；其次分析总结课程教学的特色和经验，找出教学过程中存在的问题(分析-analyzation)；然后以问题为导向，在课程教学、教学方法、教学手段、考核方式等各环节，提出课程教学的改进意见和建议(改进-improvement)，在后续课程教学内容设计中融入改进的意见和建议；最后每学期课程结束后，教师对教学质量进行再评价(再评价-reassessment)，以构建课程教学持续改进AAIR模型，见图1。

图1 “工程图学A”课程教学持续改进AAIR模型

四、以工程教育认证为导向的“工程图学A”课程教学改革的成效

(一)提升了课程教学效果

表6 面向2017～2019级学生的“工程图学A”课程教学目标达成情况

(二)持续改进教学内容和教学方法

从表6可知，2018级课程教学目标1的达成度较2017级下降了9.19%，表明学生在分析零部件内外部结构和装配体表达方案方面能力有所降低。分析原因笔者发现：①学生过渡依赖于软件，没有养成遵守国家标准的习惯，表现在对零部件的表达时，绘图不规范，影响工程图纸的质量；②学时压缩，用在讲解软件实操的学时减少，尤其在后半学期的零部件图和装配图表达部分，没有足够的学时对学生进行有针对性的训练，导致教学效果不佳。为此，在2019级该课程的教学过程中，笔者提出了改进措施。①利用“艾宾浩斯记忆曲线”理念开展教学，调整各部分内容教学计划。增加表达方案部分的教学学时，增加手工绘图，培养学生对零部件进行合理表达的能力。②多方位持续加强表达内容教学。通过装配图画图和读图，加深学生对技术要求的理解，在课程设计中，通过拆装零部件让学生增强对机械零部件的认知，加深对该部分知识的理解。③融入“互联网+”的新模式，探索并实践运用创新式教学方法开展教学活动，借助翻转课堂，强化学生主体地位，弥补学时不足带来的问题。

在对2019级“工程图学A”课程教学进行评估时，笔者发现教学效果得到了进一步改善，从表6可以看出，2019级整体的课程教学目标达成度大于等于0.71，较2017级和2018级的最低课程教学目标达成度的0.67，提高了5.97%。尤其课程教学目标1和2的课程目标达成度显著改善。其中，2019级课程教学目标1的达成度为0.88，较2018级提高了11.39%，结果表明学生的工程图表达能力明显增强。而且2019级课程教学目标2的达成度为0.76，较2018级的0.68提高了11.76%，表明学生工程图阅读的能力进一步得到提升。2019级的课程教学目标3和4虽然较2017级和2018级分别降低了11.76%和13.79%，13.42%和16.47%，表明学生的平面绘图和三维设计的能力有一定程度的降低；然而其课程教学目标3和4的课程教学目标达成度也分别达到了0.75和0.71，表明学生整体绘图和设计的能力也得到了一定保证。

为了持续提高学生对课程教学目标整体达成度的要求，秉承工程教育认证持续改进的理念，笔者对课程教学目标3和4的达成度降低的原因进行了分析：①学时分配不均有待进一步优化调整；②“互联网+”的新模式应用比较生疏，而且针对学生自主学习的监督机制不明确，没有量化考核指标。针对以上不足提出进一步改进的措施。①基于雨课堂，增加并细化学生对课程教学知识点掌握程度的过程性考核评价。根据课程教学计划，合理设计考核题型和权重，分析并构建学时、题型、权重和过程考核测试结果的关联关系，优化学时分配和资源整合。②继续探索“互联网+”的课程教学改革模式，完善课程教学的线上与线下融合的方式，打造开放且有监督考核机制的教学环境，提高教学质量。