新工科人才培养模式探索与研究——以“机械制图”课程为例

王美玲，徐文胜

（南京师范大学 能源与机械工程学院，江苏 南京 210023）

引言

“少年强则国强”，一百多年前的呐喊犹在耳畔。青年的教育质量关乎国家的命运。在科技革命不断推进的背景下，美欧、日本等工业发达国家对工科教育提出了革新。我国实施了“中国制造2025”等重大项目，教育部积极引导高等学校推进新工科建设［1］。具体来说，自2017年2月以来，教育部要求高校从工业产业需求的角度，开展学科建设，重构工科专业新结构，融合创新工程教育方式与手段，探索新工科自主发展新模式，为在未来的竞争中走在前沿，培养与储备具备国际竞争力的创新型工程科技人才。2017年8月，美国麻省理工学院启动了“新工程教育转型”（new engineering education transformation，简称NEET）计划［2］，重点革新学生的学习方式及内容，旨在重构麻省理工学院的工程教育学。2013年，德国提出“工业4.0”计划［3］，实施生产一体化、智能化，将分散的生产设备实现数据交互，形成高度智能化的有机体。“工业4.0”理念已经成功应用在德国奔驰公司和大众汽车上。2014年，日本启动“工业智能化”［3］，主要针对人工智能产业解决劳动力断层并支持未来的工业智能化。日本丰田汽车采用机器人、无人搬运机、无人工厂等先进技术和产品，建成了世界最短的高端车型智能生产线。与之对应，日本工科教育注重培养学生工程素质素养，灵活设置专业，主动地适应现代工程的发展要求，加强产学写作，提高工程实践。

信息技术与教育教学的深度融合，互联网对高等教育产生了重要影响。2001年，麻省理工学院通过开放课程OCW（Open Course Ware），使得全球高等教育参与者能够接触到顶尖高等学府是如何开展教学活动的。OCW不但影响了教师如何开展教学活动过程，也间接影响了课堂教学。MOOC（Massive Open Online Course）为社会学习者提供了在线的学习方式，使得教学过程转变为混合式课堂教学。混合式课堂教学丰富了课堂教学。自新冠病毒感染以来，大规模实时交互式在线教学（如雨课堂）保证了疫情期间正常教学，这种“教与学”和“学与学”高质量的实时交互重新定义了课堂教学［4］。

“机械制图”课程是高等学校工科专业人才培养中的基础环节。学生通过该课程的训练，应能绘制和阅读工程图样，开展形象思维及创造性构思。本文提出以“互联网+”技术和理念为依托，在信息技术飞速发展与新冠病毒感染背景下，探索以学生为教学核心的课程改革方法，不断丰富传统教学模式，提高“教与学”和“学与学”的教学过程质量。

在新工科以及“互联网+”背景下，以南京师范大学能源与机械工程学院能源类专业“机械制图”课程教学改革为例，扩展教学内容、丰富教学方法和开展多元化的学生考核机制，加强教学实践在教学过程中的比重，促使学生高度参与到教学过程中，提升该课程教学效果，探索新工科建设背景下，以近机类专业“机械制图”课程为例，对教学内容以及方式手段进行初探，为社会主义建设培养合格的新型复合型工程科技人才。

一、“机械制图”课程与“互联网+”的融入点

“机械制图”课程涉及部分相关国家标准内容简介、点、直线、平面的投影、直线与平面、平面与平面的相对位置、立体的投影、组合体的视图、轴测投影图、机件的常用表达方法、标准件和常用件的表达方法、零件图、装配图等内容，是机械类及近机类重要的专业课。在目前教与学中存在的问题主要有：由于课程内容较多，课时量少，课堂教学基本“满堂灌”，“教与学”互动性不高，学生被动学习，对于知识的消化吸收效果不理想。为了利用互联网的优势加强课堂教学效果以及融入新工科的要求，教学团队仔细梳理了“机械制图”课程中的主要知识模块，提出“以二维为基础，二维与三维并重”的教学思路，将“机械制图”的知识点与“互联网+”相结合，建立该课程“互联网+”案例库。“机械制图”课程与“互联网+”的融入点如表1所示。

表1 “机械制图”课程“互联网+”案例库

“机械制图”课程与“互联网+”的结合点可在《立体的投影》《组合体的视图》《轴测投影图》等章节中选取。在《立体的投影》中重点有立体表面点、线的投影，截交线、相贯线。基于“以二维为基础，二维与三维并重”的教学思路，可结合“互联网+”技术，与学生实现实时交互沟通。在《组合体的视图》章节中，重点是组合体补画视图，难点是组合体补画视图、尺寸标注，尤其是组合体补画视图。

二、案例教学设计

为融合新工科要求，利用“互联网+”技术优势，教学团队提炼“机械制图”课程的知识点，基于“以二维为基础，二维与三维并重”的教学思路，侧重教学过程“教与学”的双向互动，促进学生正确理解知识点。下面以组合体的视图知识点为范例，说明“机械制图”课程与“互联网+”教学实践案例。

（一）选取该课程教学案例

《组合体的视图》是“机械制图”课程的重点和难点。掌握这部分内容，是学生绘制和阅读机械图样的重要基础。组合体，由若干基本立体或常见简单体通过一定方式组合而成。组合体的形状反映了常见机器零件的设计构想。组合体是机器零件经过简化之后工艺结构的几何模型。《组合体的视图》主要包括：组合体视图的画法、组合体视图的尺寸标注法、读组合体视图的方法以及组合体的构形设计。表2列出了针对《组合体的视图》教学设计。

表2 《组合体的视图》教学设计

《组合体的视图》章节主要分为以下几个模块：三视图的形成及其投影规律、组合体的形体分析、组合体视图的画法、组合体视图上的尺寸标注、读组合体视图的基本方法及其构形设计。其中，“组合体视图的画法”是重点与难点，训练学生由三维向二维转换空间构图能力的重要过程。“组合体视图上的尺寸标注”是加工制造机件的重要依据，看似简单，却是学生经常犯错误的知识点。读组合体视图是画组合体视图的逆过程。在新工科背景下，学生仍须掌握读图的基本要领和基本方法，培养空间想象能力和构图能力，通过不断实践，逐步提高读图能力。

（二）教学流程设计

本文以“组合体视图的画法”这一知识点为例，探索以“互联网+”的“机械制图”教学设计如下。课前预习、课堂互动、课后小结等课堂教学环节可在课堂在线管理工具（如雨课堂、腾讯课堂）中完成，教学流程如表3所示。课前预习，使学生自行完成一些简单的、属于复习性质的内容。例题讲解环节会进一步诠释重点、难点知识。“互联网+”提供了师生实时交互的平台，是新常态下开展教学活动的必备。针对“机械制图”课程特点，“互联网+”为“二维与三维”之间的转换提供平台，促进学生消化吸收知识点。

表3 相关教学流程设计

教学过程设置为六个环节：课前预习、课堂讲授、例题讲解、课堂练习、“互联网+”引申及课后小结。教师可提前发布小视频/动画，引导学生预习。课堂讲授是知识点的主要解析。教师通过合理利用图表、动画，讲解“组合体视图画法”的步骤。利用例题讲解，为学生做组合体视图画法的示范。通过课堂练习，检验学生是否真正理解了该知识点，并反馈存在的知识点盲区，让教师随时掌握学生的学习动态，实现高质量的“教与学”。教师可将课堂上的理论知识点引申到工业生产实际，实现学以致用。学生可以积极主动讨论知识点，既可以有助于消化吸收知识点，又可以培养学生思辨能力。“互联网+”提供了师生实时交互的平台，是新常态下开展教学活动的必备。在教学过程的总结环节，学生对组合体的视图进行讨论、归纳、总结。

（三）引入“互联网+”教学思路

将“互联网+”技术融入“机械制图”课程的教学中，会丰富整个教学过程，使“教与学”具有实时交互、共享和社群化等特点。引入“互联网+”，构建以学生为主的课堂教学，促使学生保持积极、主动及开放的学习状态。根据教育部推进新工科教育，我校积极响应新工科教育部署，开展了新工科人才培养探索与探究。本研究在“机械制图”课程中融入“互联网+”技术和理念，构建基于“互联网+”的课程内容体系，相应地丰富该课程的知识结构，探索该课程的教学新方法和模式。在新常态下教学活动中，对课程考核评价体系进行多元化管理。我校以能源动力类专业为试点，融合新工科要求，利用“互联网+”技术，教学团队在新常态下“机械制图”课程的教学内容、教学方法及考评体系上进行初探，以期为同行提供一些参考。

1.融合专业特色的“机械制图”教学。在新工科人才培养模式探索下，构建课程内容时，要注重学生工程素质和创新能力的培养。在优化教学内容时，教师采用启发式的教学方法，以学生主动学习为主。同时，教师在“教”的过程中，充分教授“机械制图”课程大纲核心知识点，然后引导学生理论与生产实践，联系能源生产实际，筛选能源工程实例，融入教学过程之中，吸引学生对该课程的学习兴趣，使该课程与人才培养目标更契合。例如，教师可在科研或工程项目中选取实例，解释机械制图理论知识在其中的应用。教师引导学生利用多种渠道，如图书馆、网络资源、信息交流平台等，通过查阅资料，思考理论知识和实际工程之间的联系，不断提升自身的工程素养和创新能力。

2.建立线上和线下并行的双重教学方式。新常态下，线上教学对于教学过程的正常运行显得尤为重要。确保线上教学质量是重要的一环。雨课堂、腾讯课堂等工具保证了实时互动，实现了教师的教与学生的学，提高了教学质量。教师也可以将教学微视频、一些与该课程相关的动画、文本以及图片等上传到在线课程平台。教师可通过在线工具对学生的作业进行实时批阅，也可通过微信群和QQ群等方式，及时与学生沟通互动。线上和线下教学相互协调、配合，有助于提高“机械制图”课程的整体教学质量。

3.建立多元化的考核方式。“机械制图”课程的考核方式主要有：考试成绩、平时作业以及平时测绘。基于线上和线下教学并重的特点，增加网络资源学习考核，主要包括：线上作业的完成情况，线上提出问题、解决问题、答疑讨论的活跃度，设置线上预习知识的浏览次数以及线上视频的观看次数等。使用多元化、综合化的考核方式，适应新常态下的教学需求，高质量开展师生之间的“教与学”，坚持以学生为本，促使学生主动学习，提升教学质量，实现教学相长。

结语

新冠病毒感染疫情为教育教学带来了挑战，使得信息技术与教育教学进一步融合，以“互联网+”技术平台，探索如何以学生为主、实现师生实时互动，是新工科背景下“机械制图”课程学生培养、教学方法和模式不断完善的必经之路。本文提出将“互联网+”技术融入我校能源类专业“机械制图”课程教学改革中，丰富了教学内容，改进了教学方法和学生考核机制。在今后的教学实践中，进一步实施探讨的方法，提升“机械制图”课程的教学效果。