赵德胜 屈军锁
(西安邮电大学自动化学院,陕西 西安 710121)
以大数据、云计算、人工智能技术为代表的新一轮技术革命正在推动产业变革，各领域技术交叉叠加，为教育事业发展带来了更多可能和创新发展机遇。当前教育改革面临着技术叠加、产业革命和中华民族伟大复兴的多重背景，要求新工科教育要面向未来、主动作为、积极谋划。非机械专业工程制图教学也应该顺势而动，了解新工科最前沿知识和最新发展方向，丰富非机械专业工程制图教学实践，实现教学手段和方式再深化、再拓展、再突破，在提升教学质量的同时，适应时代奔腾发展的浪潮，为产业变革和技术发展输送优质人才。
新工科背景下，非机械专业教学要兼顾四方面内容：充分考虑新工科背景下非机械专业教学鲜明的工科教育属性和高等教育属性；
非机械专业教学要满足新工科课程体系改革的总体要求，充分发挥非机械专业的教学特点；
非机械专业教学要适应当前新工科课程改革的现实变化，满足未来行业和产业发展的时代要求；
机械专业教学既要借鉴国外先进经验，也要结合我国非机械专业学生的实际情况。在明确上述四点要求基础上，能够进一步厘清新工科背景下非机械专业教学的基本逻辑。
1.1 理论逻辑：通识教育与专业教育相结合的跨学科教学
新工科主要包含以互联网和人工智能为核心的智能科学与技术、云计算、大数据、区块等相关工科专业。与传统工科专业相比，智能科学与技术、智能制造、人工智能、机器人更具有鲜明的时代属性，属于对传统工科专业的改造升级。未来随着产业融合推进，必然会出现新产业、新模式和新业态[1]。这一背景下，就需要创造能力更强，实践能力更强，兼具国际视野的复合型新工科人才。同时，非机械专业教学也要充分考虑到新工科所带来的深刻影响。新工科自出现以来，就带有鲜明的跨界融合和学科交叉特点，非机械专业教学改革也会受到新工科潜移默化的影响。因此，在非机械专业教学体系建设过程中，应将通识教育与专业教育有机结合，提升学生培养的系统性和全面性。通识教育主要包含学科专业基础课程和通识基础课程；
专业教育则包含本专业的核心课程和专业拓展课程[2]。根据非机械专业工程制图教学的目的和要求，工程制图属于必修专业基础课程。从范围上看，应属于通识教育领域。但从专业背景考虑，需要学生掌握基本工程制图技巧，具备绘图和看图能力。工程制图作为通识教育与专业教育相结合的跨学科课程。在教学过程中，一方面，强调工程制图教学的交叉性，作为通识教育与专业教育有机融合的结果，通过课程教学能够促进相关知识一体化，有助于提升学生知识融合能力，有助于提高人才培养效果。另一方面，有利于通识教育课程与专业教育课程建设，在教学过程中实现二者优势互补，让学生在掌握知识过程中加深对国家制图标准的理解，提升学生对现代信息技术背景下绘图技术的交叉融汇能力。
新工科背景下，非机械专业教学本身就具有非常强的跨界和跨学科属性。因此，在教学过程中不仅会涉及理工、工程等自然学科知识，还会涉及艺术、思维等人文社会科学知识。工程制图是新工科建设背景下非机械专业学生必须掌握的重要课程之一，这一课程教学充分体现以新工科为代表课程教学的跨学科思维和属性。要求教师在工程制图相关课程教学过程中既要培养学生的问题发现能力、分析能力和解决能力，也要培养学生的价值观感知、观察、分析、判断能力，实现学生工程思维和工程知识的有机融合，让学生更好掌握工程制图的核心要领，敢于打破传统边界限制，有能力、有勇气应对复杂工程制图问题。新工科背景下，非机械专业工程制图教学应以新工科为底色，对课程建设和教学设计进行优化和完善，不脱离工程制图实际，也不进行空洞的理论讲解。通过工程制图教学，培养学生工程设计思维，并以工程设计为作为核心培养学生的想象力、鉴别力、创造力、设计能力和思维能力，引导学生对工程制图有更为深刻的思考，形成工程设计思维。
1.2 实践逻辑：理论课程与实践课程相结合的多面向教学
当前部分非机械专业教学对于专业基础课程还存在“重理论、轻实践”的共性问题，由于理论学习和实践环节缺少有效衔接，造成了部分学生理论学习不扎实，实践能力不达标的困境。新工科背景下，有必要通过理论课程与实践课程相结合方式，构建多面向教学体系，提升学生的理论学习效果和实践创新能力。工程制图具有鲜明的操作性和实践性特征，这就要求教师在教学过程中突出教学内容的实践属性[3]。具体遵循的实践逻辑有：第一，善于借助现代信息技术和先进的教学方式，对教育资源进行有效整合，实现理论课程和实践课程的有机匹配，制定科学合理的工程制图实践课程比例。第二，明确提出工程制图课程实践要求，包含与工程制图相关联的实践课程实施方式和所需要的课时数，保障工程制图实践课程在总学分中的占比。第三，在工程制图课程模块教学任务完成之后，应有相对应的实践操作环节，要求学生在掌握工程制图理论基础知识之上，通过对相关知识的交叉复合应用，增强学生理论与实践的融会贯通能力。第四，除了必要的验证性实验之外，还应该增设研究性实验和设计性实验以及综合性实验，使学生能够对工程制图学习内容进行创造性应用，加深学生对工程制图相关理论和实践操作的系统性和整体性把握。第五，加大对工程制图教学资源投入，满足学生对工程制图课程实践教学的现实诉求。新工科教育是面向未来的工程教育，是对传统工程教育范式的创新升级，这也对非机械专业学生的课程建设和人才培养方案、培养模式、培养标准提出了新的要求。通过工程制图课程让学生加深对新工科的理解，将品德培养、知识培养、能力培养、技能培养融入到课程体系建设之中，通过理论与实践相结合的方式，让学生加深对看图和绘图基本知识的理解，同时善于挖掘课程内容的素质教育内涵和外延，提升学生的空间想象能力和抽象思维能力。
2.1 理论与实践相结合：“学什么”的核心问题
第一，理论课程内容与实践联系不紧密或缺乏及时、有效衔接。尽管有一些学生在工程制图学习中，掌握了牢固的理论知识，但一到实际应用，便不知如何下手，存在看不懂图、画不出图、画不对图的困境。存在这一问题的原因中，一方面是由于教师没有给学生提供足够的实践机会，学生较少接触实际生产中的图纸，也没有为实际生产绘制过零件图。并且由于学生对课程缺乏了解不知道如何学习该课程，只是套用其他理论课程的学习方法学习工程制图。这使得在工程制图的教学中，理论和实践严重脱节。另一方面是由于各种原因导致课时太少，并且理论教学部分占据了绝大部分教学课时，导致讲解零件图等面向应用的教学内容时课时更少，使学生对这一部分内容学习得不深入，甚至没学懂，成为走马观花式教学。导致学生看图、绘图时看不懂、画不出、画不对。因此造成学生对学习内容一知半解，无法学以致用。
第二，实验课没有真正发挥理论和实践的桥梁作用。造成这种现象的原因是实验课和理论教学脱节，二者没有很好的相互融合。在一些没有机械专业的高校中，这一现象尤为突出。因为各种原因此类院校的工程制图课发展慢，落后社会需求，对实验课重视程度不足，所用绘图软件长期使用二维绘图功能。工程制图是一门内容比较抽象的课程，需要学生具备较强的空间思维能力，但是空间思维能力短期内难以培养起来，因此，在讲课时，经常出现教师声嘶力竭、理屈词穷。当前社会中，三维绘图已经非常普遍。三维绘图功能以其强大的视觉冲击，凭借直观、方便的优势特征深受绘图者喜爱。随着计算机软件技术的发展，一些三维建模软件如UG、SolidWorks、CATIA等逐渐成为绘图行业的主流，现代设计的基本过程就是首先运用CAD软件进行产品的三维实体造型，并进行装配以及运动仿真，最后直接把三维模型转换并绘制成符合要求的二维工程图，极大地提高了作图效率[4]。这是现代图学发展的必然趋势，也是数字化机械产品设计和制造对工程制图教学提出的要求。而如果只是讲解空洞的理论，势必会影响学生的学习兴趣。
2.2 如何做到学以致用：“怎么教”的关键问题
工程制图课时有限，并且几乎每个学期因为假期原因至少放弃一次教学安排。如何科学安排课堂教学内容成为教师的必选项。往年，有的教师把CAD教学内容压缩或者把教材中后面的教学内容压缩。以上压缩的内容全部是实践性很强的课程内容，这样会影响课程实用性教学效果。如果压缩前面的理论教学部分，理论学习是课程学习的基础，如果学生对理论没学懂，对后面的学习效果影响很大。
在实际教学工作中，有的教师把实验课放在课程最后，这样实际不能很好地发挥实验课的作用。如果把实验课程和理论教学穿插在一起，有可能使理论教学不系统不连贯。并且，理论教学中，剖视图和零件图部分需要在最后才讲解，如果过早融入CAD软件，学生可能看不懂零件图，导致三维建模失败。因此，CAD如何与理论教学相结合成为一个问题。此外，现行的工程制图考试方式还是沿用过去的笔试考核形式。通常，一些高校对非机械专业学生的工程制图的教学要求稍有放松，其课程考核大部分采用笔试的方式。对于软件操作部分，笔试考试不能准确反映学生的操作水平。由此也造成学生对软件学习积极性不高，实验课不认真操作软件。因为这部分内容不考试。因此，非机械专业的学生也需要上机操作以考核其软件操作水平。学以致用是教学的核心问题，这一核心思想也应贯彻到教学的各个环节，观照现实，目前在工程制图教学中，在内容选择、课时安排、考核评价等环节均存在不同程度的问题。
3.1 工程制图教学的具体做法
首先，重新编排教学内容。根据教师的教学经验尝试把学生容易理解的内容和非教学重点进行压缩或合并讲解。教师在讲课时根据自身具体情况，可尝试多种方式将CAD融入工程制图课堂教学。本文作者在讲完绘制立体三视图后，随后安排讲解CAD绘图[5]。在理论教学过程中，对于复杂零部件在课堂上用软件演示，并要求学生自己动手操作。实践证明，学习效果很好，学生学习兴趣提高，期末考试成绩不及格率下降，比赛成绩有所提高。把比赛或教师课题中典型案例融入课堂，从而提高教师讲课水平，丰富课堂知识。工程制图教学大部分学校教师都是沿用前人的教学案例，由于内容更新不及时，逐渐影响了学生学习兴趣的提高。因此，教师需要把一些自己的课题中的经典案例带入课堂进行尝试。把以往教师做过的课题，可以作为课堂例题进行讲解，也可以通过作业的形式布置给学生。
其次，利用三维绘图功能可以帮助学生理解抽象的绘图理论，使空洞的理论形象化、真实感化[6]。如果将CAD软件的讲解和应用融合在制图理论讲解中，就会使抽象的概念变得具体化、可视化。工程制图课程中出现的所有零部件或相贯线习题实例都可以由学生自己构建模型，将零部件各个细节用三维建模软件直观地展现在学生面前，使用图物对照，做到以物代言，不仅极大地简化了教师对抽象理论的讲解，而且使学生很方便地通过三维实体学习复杂组合体各基本体之间的组合关系，加速了学生空间概念的形成，能够极大地提高学生的学习兴趣，提高课堂教学效率。因此，培养学生认识和使用三维建模软件既是一种时代发展需要也是教学改革的需要。只有提高学生对该课程的学习兴趣，提高学生的学习主动性和积极性，才能从根本上改变学生由“要我学”转变为“我要学”的学习状态。只有纠正学生在工程制图课程学习中错误观念，增强对本课程的学习兴趣，从思想上解除学生的学习障碍，才能为以后的学习打下良好基础。
再次，组织学生参与工程制图相关比赛。学科竞赛紧跟社会需求，准确把握学科发展方向，通过学科竞赛可以弥补教学与社会需求的差距。组织学生参加各级竞赛，不仅可以为学生搭建一个展示个人才能的平台，而且还可以提升学生技能创新水平，扩大学生知识面。参加制图竞赛是一次工程实践直接检验工程制图课堂学习水平的考试，它将检验课堂学习水平和教师讲课水平[7]；
提升学生分析问题和解决工程问题的思考能力及技能，可以提高学生的空间想象力和绘图、读图的实践能力，促进学生更积极的学习工程制图，激发学生参与教学和师生互动的热情及求知欲，培养学生的学习兴趣，强化培养学生的工程实践能力、创新能力和可持续发展能力。在教学改革与实践过程中，将工程制图教学与竞赛紧密结合，以赛促学，以赛促教，效果突出。比赛结束后，带领学生认真总结，主要是总结比赛对学习的促进作用，总结如何学赛结合、学用赛结合。总结学生在比赛中的失误，让学生养成工作认真、重视细节的好习惯。在平时对参赛学生培训时，注意对于制图相关知识的讲解，尽量讲解机电结合的知识，以扩大学生知识面，这一点从已毕业学生的反馈情况来看，效果比较好。在组织校赛过程中，尽可能多的组织较多学生参加比赛，让更多学生了解比赛，学习一些在课堂上没有讲到的与实践紧密相关的知识，以便增强其实践能力。
最后，选择部分学生参与教师的横向课题或指导学生参加大学生创新创业项目。通过让学生参与一些与绘图相关的课题，使学生认识和了解到制图在解决工程问题中的作用。使学生认识到机电结合、机电耦合等并行设计和综合设计的重要性，有助于培养学生的工程能力[8]。为了解决教师课题不足的问题，一是采用简单的活复杂着干，一人的活多人干、重复干的模式，以便让更多学生参与到课题中来。并且让学生相互讨论，尤其是要和没有参与课题的学生一起讨论。以上对学生参与课题的方式尽管增大了人力成本，但对学生的促进作用是明显的，并且也扩大了课题的影响范围。二是在没有课题时，把往年课题拿出来让新学生重新做一遍，但是需要用不同的方法来完成。这种方法也有一定的作用。另外，邀请已经毕业的学生通过微信群等方式，让他们现身说法，现场回答学生问题。也能在一定程度上帮助学生解决工程制图在以后工作中的作用问题。
最后，改革或调整课程考核方式。首先，在笔试部分，可以把教师课题或比赛题目作为考试内容。这样可以使试题具有新颖性，扩大了考试题库。其次，增加软件操作水平考试。以往的课程考试全部采用笔试的形式，这对绘图软件来说不太合适，不能反映学生的软件操作水平，也就是不能反映学生学以致用的能力。通过增加上机考试，避免了学生因为不考试而带来的消极上实验课的问题。而且使学生软件操作熟练度增加，可以绘制复杂的三维图形，有利于课堂上复杂零件的讲解。
3.2 工程制图教学的效果评价
通过以上教学方法的改进和实施，从思想上解决了学生“为什么学习”工程制图的问题，使学生重视学习并认真掌握制图基础知识和技能，提高工程意识和创新意识。针对学生工程制图学习缺乏主动性积极性为研究对象，通过提高学生对课程学习的兴趣提高了学生在学习中的主动性和积极性，从而实现了变被动为主动，使学生由“要我学”转变为“我要学”。不仅提高了学生的学习效果，还有助于减轻教师的教学负担，提高教师教学积极性。较好地实现了把学生对工程制图的学习由“教师驱赶型”转变为“兴趣吸引型”。通过上述具体做法的落实，教师的讲课水平得以提高，其直接表现是学生对教师讲课的受欢迎程度得以提升。
综上，新工科背景下，迫切要求创新非机械类专业教学，针对当前在工程制图教学中的理论与实践联系不紧密导致学生的学习困境和效果不佳的实际问题，一方面，需要重点解决“学什么”的问题，即围绕新工科发展理念和具体思路更新课程内容，增加与时代发展和社会实践紧密相连的教学案例。另一方面，教师首先要明确“怎样教”的问题，增强问题意识，结合新工科背景下对于工程制图的影响，提高课程本身的适应性，探索学以致用的教学方法和策略，如模型构建、学科竞赛、创新创业项目开发等，通过不断丰富教学内容、方法、形式、手段以及评价机制，为工程制图教学创新的落地提供建设性方案。
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