深度融合信息技术的《机械制图》课程教学改革与实践探索.pdf

174 Academic and Practise 学术与实践深度融合信息技术的机械制图课程教学改革与实践探索阳明庆（贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550025）摘要：在信息技术与课程教学高度融合的背景下，贵州大学机械工程学院实施了课程信息化教学改革。首先，基于图学类课程建设了深度融合信息技术的立体化教学及实践体系，重点培养在产品信息建模技术下的工程设计与工程成图实践能力。其次，面向信息化教学，构建图学类课程全过程性评价机制，探究课程阶段性目标评价机理与学习个性化反馈策略。最后，总结图学课程改革实施的效果、存在的不足及应对策略。经过五年的改革与实践，图学类课程教学与时俱进，获得令人满意的教学效果，此次改革可对其它课程的教学改革提供借鉴。关键词：机械制图；信息技术；教学改革基金项目：教育部高等学校工程图学课程教学指导分委员会 2022 年面向新工科的工程图学类一流课程与虚拟教研室建设项目“工程制图混合式教学模式探索与实践”(GTYLKC2022-1H)；贵州省省级本科教学工程项目“基于逆向教学设计理论的图学课程教学改革”(2018520003)；贵州大学一流课程培育项目“机械制图（机类）”（2021016）。作者简介：阳明庆，男，贵州大学机械工程学院副教授。教育部颁布的教育信息化十年发展规划（20102020 年）指出：“在信息技术与教育教学深度融合的基础上，建立新型信息化教学环境，优化教育模式，推动教育改革。”全国各高校纷纷出台相应政策，将信息技术与教育教学深度融合作为教学改革的工作重点，大力推进教育教学的全方位创新1。2020 年新冠疫情突发，更加速了教育教学与信息化技术的融合与深化。阳明庆：深度融合信息技术的机械制图课程教学改革与实践探索175贵州大学机械工程学院于 2018 年开展课程信息化建设，图学类课程解析并重构了以信息技术为主的图学类课程体系，将信息技术深度应用于课程。从培养新工科复合型人才的角度出发，对机械制图等课程的教学内容、教学方法、教学实践、教学课件、网络微视频课程、电子模型库、考核模式等多个教学环节进行改革，构建了多模块、立体化的机械制图教学与实践体系，强化学生的工程实践能力，培养计算机产品信息建模技术下的工程设计与工程实践能力2，达到新工科课程建设的创新型、复合型人才培养目标。一、构建立体化教学与实践体系图学课程以“知识、能力、素质”目标为导向，以现代机械工程的综合设计能力培养为主线，运用现代信息技术重构图学类课程各类教学资源，重点塑造并深化工程实践能力的培养，将课程建设成为了多模块、三段式（课程、层次式实验实践、教学支撑环节）的立体化教学与实践体系（如图 1 所示），提升学生的思维能力、创造能力和工程素质。课程内容按照“几何、构型设计、机械零部件图样、产品信息化建模、先进成图 1机械制图课程立体化教学与实践体系176 Academic and Practise 学术与实践图技术”等模块，重构线上3、线下教学资源，采用持续更新的自编教材4开展教学。课程教学采用现代信息技术实施混合式课堂教学授课模式5，将微课程视频与线上、线下教学，翻转课堂等深度融合，让学生获得良好的学习体验，使学生掌握图学课程的核心能力：即空间逻辑思维与形象思维能力。课程实施按四阶段循环：即信息收集（经典机械图样）、反思观察、抽象分析概括、实践并绘图输出，加深学生对图学理论的理解，在观察中分析、总结，在实践中不断尝试，采用输出、修正、调整、再输出的循环机制，提升图形思维与表达能力。为满足工程图学实践与实训的需求，贵州大学建设了开放式制图专用实验室（包含尺规绘图教室、测绘实验室），占地300 余平方米，可同时容纳 200 人进行实验实训，由贵州大学学生会驭想团队进行日常开放式管理，是贵州省最大的图学实验室。课程改革实施四年期间，教学团队完成各类型机械制图课程 185 个行政班级、7 950 余名学生的授课任务，通过课程教学实现了工程教育认证提出的“知识向能力转化、输出”的目标。二、培养多种成图技术能力传统工程图学教学中，徒手绘图应用于工程设计的初始阶段，即调研、设计创作灵感记录、工程思想表达与交流；尺规绘图则聚焦于培养学生认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风。虽然图学类课程大量引入计算机产品信息化建模技术，但是由于工程应用场景并没有发生本质改变，因此，课程教学并不能忽视或减少徒手绘图和尺规绘图的学习与训练。我们提倡教师在教学和实践训练环节对多种成图技术进行同步印证对比。例如：在组合体或零件测绘环节中，可通过建模软件将模型的工程图和轴测图排列在同一窗口，利用“模型特征树”对尺规绘图过程及建模步骤进行实时对比印证演示。实践环节亦要求学生将组合体或零件的轴测图徒手绘出，再使用尺规绘图绘制三视图，然后在计算机实训中进行产品信息建模并生成工程图，最后进行模型特征数据对比，排除错误。通过对比印证训练，使学生能全面掌握尺规绘图、徒手绘图、计算机三维建模及工程图生成等多种成图技术，从而实现学生从基础能力到高阶工程素质的成长蜕变。机械制图课程能力目标达成如图 2 所示。阳明庆：深度融合信息技术的机械制图课程教学改革与实践探索177三、改革课程教学评价模式为培养学生的现代工程设计能力，引入并深度融合计算机产品信息化建模技术是目前国内工程图学课程教学改革的热点和趋势，也是对传统工程图学教育的一次变革。在新的工程图学教学培养体系中，使用传统单一卷面形式进行考核评价的方法已不能满足培养需求6。经过多年的探索和实践，我们建立了包含传统卷面考核、实践成果输出、阶段性评估相结合的多层次、多元化的课程学习评价模式，采用过程性评价机制（如图 3 所示），设计清晰合理的课程达成度指标，按知识、理解、运用、洞察分析、自我认识、评价 6 个层次确定各阶段学习进阶目标，对学习过程中的表达、内容的掌握度等指标进行持续评价，探究课程阶段目标达成机理，并做出个性化反馈。学习评价实施全过程性评价，具体策略如下：第一学期以知识传授为主，引导并实施研究性学习。课堂讨论占 10（考勤、习题集、课堂讨论参与），实践项目占 10（团队讨论与研讨、分析），尺规绘图输出占 10（能力输出），期末测试占 70（以知识体系测试为主）。第二学期强化学生的空间思维能力、空间构形能力，强调工程能力达成。课堂讨论占 10（考勤、习题集、课堂讨论参与），尺规绘图占 10（能力输出），阶段性评估占 20（计算机二维、三维 CAD 能力评估），期末测试占 50（标准体系、工程设计、图纸等）。图 2 机械制图课程能力目标达成分层图178 Academic and Practise 学术与实践四、实现后续课程衔接图学类课程以机械产品为教学素材，学习群体是大一新生，学生对机械产品设计的概念、加工方法、工艺等制造过程不了解，学习中会产生较多的疑惑。为弥补此缺陷，图学类课程教学中不仅需要通过产品制造过程视频来讲解，还应在计算机产品信息化建模技术的装配教学中，增加由装配关系决定的零件设计环节（如设计填料等），使学生了解“自顶向下”和“自下向上”的设计思想。同时，采用图学内容与认识实习、工程能力训练相结合的教学方法，开展基于工程图纸的实践实训，使学生在实践性学习中加强对机械制造过程常见工艺结构、加工等知识的掌握，以工程图来衔接后续课程教学。五、图学课程改革实施效果贵州大学图学教学改革从 2018 年单班试点，到 2021 年全校覆盖，取得了良好的教学效果，全面提升了学生的图学素质、自主学习能力和工程实践能力。图 3图学课程阶段目标过程性评价机制阳明庆：深度融合信息技术的机械制图课程教学改革与实践探索179教学团队鼓励并积极推动学生参加国家级“全国大学生先进成图技术大赛”“全国大学生机械创新设计大赛”等学科竞赛，通过竞赛方式验证课程效果，在 20182022 年项目实践检验期间，学科竞赛取得了优异的成绩，共获得团体一等奖 3 项、团体二等奖 3 项、团体三等奖 3 项；个人一等奖 26 人、个人二等奖 34 人、个人三等奖 24 人；单项竞赛项目二等奖 2 项、三等奖 4 项，参赛队员个人国奖平均获奖率高达 89.2%，这从侧面验证了图学立体化教学与实践体系在塑造高水平工程实践能力上的有效性。浙江大学、合肥工业大学等教学同行，也对贵州大学建设的机械制图立体化教学与实践体系给予充分肯定和较高评价，一致认为其走在全国图学类课程教学改革前列。六、后续研究问题深度融合信息技术的机械制图立体化教学与实践体系虽然在资源建设、教学方法创新和信息技术应用等方面获得了显著成效，但仍然需要解决以下四方面问题：第一，从工程素质培养的角度研究课程间的教学衔接。目前我们主要是从课程培养本身思考教学创新，未来将围绕工程教育认证的高质量达成，结合信息时代学生特点，从各专业培养角度改进图学类课程的教学设计，强化工程能力，提高核心课程之间的持续性和衔接性，全面提升教学质量。第二，以信息技术改进课堂教学改革。配合学校的智能教室系统建设，需建立实时跟踪学生课堂学习效果的机制，给予学生更及时、更准确的学情反馈，并帮助教师改进教学方案。第三，构建基于数据驱动的过程性学习评价系统。为了保证学生学习的持续性，提高学生的注意力，构建基于数据驱动的学生学习过程评价分析系统，形成及时反馈机制，将课程教学聚焦学生个性化学习过程，加强高质量交流互动，实现精准学习指导。第四，结合课程思政进行阶段性教学实践总结，不断完善实验环境、持续更新实验实践项目，打造层次式创新实验实践平台。参考文献：1 袁金丽,郭志涛.深度学习为核心的高校智慧教育实践路径研究 J.河北师范大学学报(教育科学版),2022,24(4):68-74.180 Academic and Practise 学术与实践2 教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见(教育部文件教高 2011 号)EB/OL.(2011-01-08)2022-08-18http:/ 费少梅,王进,陆国栋.信息技术支持的SCH-SPOC 在线教育新模式探索和实践 J.中国大学教学,2015(4):4.4 陈 锦 昌,陈 炽 坤,邓 学 雄,等.基 于 素 质教育进行工程图学的教材建设 J.工程图学学报,2009,30(6):5.5 吴木洋.基于智慧教育理念的高校课堂教学模式改革创新 J.产业与科技论坛,2019(20):2.6 陈书肖.教育评价方法技术 M.北京:北京师范大学出版社,2004:30-37.