面向工程教育的機(jī)械制圖和公差課程融合式教改研究

　　摘 要: 以中德機(jī)械專業(yè)學(xué)生為試驗(yàn)班，對(duì)機(jī)械制圖與公差這兩門課程進(jìn)行相應(yīng)改革，適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代、進(jìn)行面向工程教育的教學(xué)改革，貫徹新的教育理念，加強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，重新組織、編排教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)，更新教學(xué)手段，以提高學(xué)生對(duì)兩門專業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。

　　關(guān)鍵詞: 機(jī)械制圖; 公差; 教學(xué)改革; 工程教育

　　徐旭松; 蔣琴仙; 謝文濤; 范振敏， 科技風(fēng) 發(fā)表時(shí)間：2021-10-30

　　機(jī)械制圖課程與公差課程均為機(jī)械、車輛、模具等專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)專業(yè)課、課程設(shè)計(jì)與本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。《機(jī)械制圖》課程本質(zhì)上是表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀的工程語言，《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測》( 公差課) 本質(zhì)上是表達(dá)技術(shù)要求及其檢測驗(yàn)證的工程語言。此兩門課程教學(xué)內(nèi)容的核心是工程語言的載體“圖樣”，使得學(xué)生能夠繪制和閱讀機(jī)械圖樣，能對(duì)圖樣中的技術(shù)要求進(jìn)行正確的解釋，能將技術(shù)要求正確地標(biāo)注在圖樣上，因此該兩門課程內(nèi)容有“融合”教學(xué)的可能性和現(xiàn)實(shí)需求。

　　一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

　　《機(jī)械制圖》是趣味性、挑戰(zhàn)性及實(shí)用性都很強(qiáng)的課程，學(xué)生學(xué)習(xí)制圖有一定的難度，學(xué)習(xí)的主要障礙為: 缺少空間思維和空間想象能力、自我約束力較差、不愿及時(shí)復(fù)習(xí)及動(dòng)手繪圖。《公差》課程知識(shí)的應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)，學(xué)生普遍反映課程概念和術(shù)語多、枯燥無趣，學(xué)的時(shí)候沒想到用到何處，用的時(shí)候卻忘記所學(xué)。在現(xiàn)行《機(jī)械制圖》教材中， “零件的技術(shù)要求”等相關(guān)章節(jié)有涉及公差知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，而后續(xù)《公差》課程卻又重復(fù)講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生上《機(jī)械制圖》時(shí)由于公差內(nèi)容的學(xué)時(shí)少，印象模糊，相關(guān)知識(shí)掌握不牢; 而上《公差》課時(shí)，《機(jī)械制圖》已淡忘，一些學(xué)生看不懂機(jī)械圖樣，以至于兩門課程的學(xué)習(xí)效果均有所欠缺[1]。

　　傳統(tǒng)的線下課堂授課一般采用大班集中教學(xué)，老師按教學(xué)進(jìn)程授課，不可能照顧到班上所有學(xué)生。同時(shí)，我校制圖與公差課程組承擔(dān)了全校的制圖與公差課程，工作量巨大，任務(wù)繁重。學(xué)生遇到疑問不能與老師進(jìn)行及時(shí)互動(dòng)，難以及時(shí)得到答疑與解惑。因此，單一的“教師站在講臺(tái)上講課，學(xué)生坐在座位上聽課”教授模式難以有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性和參與度不高，在一定程度上降低了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。另一方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)前期接觸的專業(yè)知識(shí)和機(jī)械零部件有限，對(duì)此兩門課程在本專業(yè)中的作用和重要性認(rèn)識(shí)不足; 同時(shí)，部分學(xué)生空間想象力差、主動(dòng)性弱、不愿意動(dòng)手動(dòng)腦積極完成作業(yè)。

　　針對(duì)以上問題，本次改革將兩門課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行融合打通，重新進(jìn)行編排和組織教學(xué)，并借鑒其他高校“線上+ 線下”和“主動(dòng)學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)”融合式教改經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)改革研究[2]。“融合”與“混合”相比更強(qiáng)調(diào)“交織性”，強(qiáng)調(diào)在教學(xué)中的“線下教學(xué)中有線上布置作業(yè)和課程資源，線上為主教學(xué)中有線下指導(dǎo)、答 疑、解 惑”，彼 此 相融[3]。與混合式線上線下的教學(xué)模式相比，融合式教學(xué)模式將課堂線下課堂授課、指導(dǎo)解惑與網(wǎng)上教學(xué)交織在一起。在教改中把握兩個(gè)要點(diǎn): ( 1) 機(jī)械制圖與公差課程融合式教學(xué)要打破知識(shí)點(diǎn)條塊分割的結(jié)構(gòu)模式，將《機(jī)械制圖》( 表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀的工程語言) 和《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測》( 公差課-表達(dá)技術(shù)要求及其檢測驗(yàn)證的工程語言) 課程內(nèi)容進(jìn)行整合。對(duì)課堂講授、輔導(dǎo)答疑和網(wǎng)上自學(xué)進(jìn)行一體化教學(xué)設(shè)計(jì)，以期達(dá)到線上/線下融合。( 2) 教學(xué)改革應(yīng)有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力、動(dòng)手實(shí)踐能力，鞏固、融會(huì)貫通專業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)，以確保大學(xué)生就業(yè)后能勝任業(yè)務(wù)工作為目的。

　　二、改革方案與途徑

　　( 一) 教改方案設(shè)計(jì)

　　教學(xué)依托線上/線下教學(xué)資源，按照課堂講授、指導(dǎo)答疑和網(wǎng)上自學(xué)進(jìn)行一體化教學(xué)設(shè)計(jì)，便于學(xué)生進(jìn)行融合式學(xué)習(xí)。要求線上/線下資源能支撐一體化教學(xué)，并達(dá)到課堂教學(xué)、面授導(dǎo)學(xué)和網(wǎng)上自學(xué)的深度融合。將總的學(xué)時(shí)分成線下課堂講授和線上網(wǎng)絡(luò)自學(xué)兩部分，通過構(gòu)建多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)單元，達(dá)成一系統(tǒng)完整的教學(xué)總目標(biāo)，按照 “課堂上現(xiàn)場講授-線上/線下輔導(dǎo)答疑-線上網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)自學(xué)”順序，借助于專門網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課堂重難點(diǎn)講解和課后網(wǎng)上復(fù)習(xí)、答疑。各環(huán)節(jié)互為聯(lián)系與補(bǔ)充，后一環(huán)節(jié)對(duì)前一環(huán)節(jié)的教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而給教師和學(xué)生同時(shí)提供及時(shí)的反饋信息; 課堂上現(xiàn)場教學(xué)、線上線下指導(dǎo)答疑與線上網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)自學(xué)這三個(gè)過程相互依存，互相滲透，循環(huán)鞏固[2-5]。教改方案設(shè)計(jì)如圖 1 所示。

　　( 二) 課時(shí)和知識(shí)點(diǎn)調(diào)整

　　打破知識(shí)點(diǎn)條塊分割的結(jié)構(gòu)模式，對(duì)《機(jī)械制圖》與《公差》進(jìn)行整合并非將兩門課程簡單地合并。應(yīng)以《機(jī)械制圖》的教學(xué)為主線，將《公差》課程的主要教學(xué)內(nèi)容恰當(dāng)?shù)厝谌胗嘘P(guān)施教環(huán)節(jié)，并注重學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維和創(chuàng)新能力。整合以后的新課程定名為《機(jī)械制圖與公差》，總學(xué)時(shí)為 128，分 2 學(xué)期，每學(xué)期 64 學(xué)時(shí)，每周 4 學(xué)時(shí)。知識(shí)點(diǎn)融合: 如在“組合體尺寸標(biāo)注”中融入 “尺寸”，在“零件圖”中融入“尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度”，在“裝配圖”中融入“公差與配合”，在“制圖測繪” 中融入“計(jì)量器具的使用”。對(duì)零件圖和裝配圖的識(shí)讀和繪制、零件技術(shù)要求及零部件測繪進(jìn)行強(qiáng)化，找準(zhǔn)切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的有機(jī)融合。

　　( 三) 實(shí)現(xiàn)途徑

　　采用課堂教學(xué)為主和網(wǎng)絡(luò)自學(xué)為輔的教學(xué)方式，課堂教學(xué)按照教學(xué)大綱和教學(xué)方案執(zhí)行，并輔以課堂討論、習(xí)題課，教學(xué)過程中采用的多媒體課件以教學(xué)大綱、精品教材為藍(lán)本，有清晰且簡明的授課進(jìn)程表、例題講解及動(dòng)畫視頻，既有可對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行直接再現(xiàn)，又增加了有助于講授的多種多媒體表現(xiàn)手段。課堂練習(xí)和課后作業(yè)是課堂教學(xué)必備的輔助手段。通過課堂練習(xí)和課后作業(yè)，可以使得學(xué)生能鞏固所學(xué)知識(shí)，增加知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，同時(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況有一定的把控和約束，并起到督促學(xué)生復(fù)習(xí)的作用。網(wǎng)絡(luò)自學(xué)是基于資源的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容安排網(wǎng)絡(luò)自學(xué)學(xué)時(shí)，使學(xué)生在線上對(duì)課堂上沒充分理解的內(nèi)容以及章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容可以進(jìn)行有目的的學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。期望做到: 課程內(nèi)容有的放矢、簡明易懂，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí); 學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)反饋可使教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)中困惑或興趣點(diǎn)，以便調(diào)整課堂教學(xué)的內(nèi)容和進(jìn)度。

　　三、教學(xué)效果及評(píng)價(jià)

　　( 一) 課程目標(biāo)達(dá)成整體分析

　　以我校中德機(jī)械班為教改研究對(duì)象進(jìn)行了為期兩年的教學(xué)改革，課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算結(jié)果表明該教改方案強(qiáng)化了教學(xué)效果，提升了教學(xué)質(zhì)量。在兩輪期末試卷試題難度系數(shù)基本持平的情況下，比較 19、18 級(jí)中德機(jī)械的課程達(dá)成情況( 對(duì)比圖如圖 2 所示) :

　　( 1) 課程目標(biāo) 1: 通過平時(shí)作業(yè)、隨堂測驗(yàn)與期末考試考核了目標(biāo) 1 的達(dá)成情況。該課程目標(biāo)達(dá)成度為 0.740，說明學(xué)生初步具備了閱讀機(jī)械工程圖樣及公差技術(shù)要求的能力，與上一輪 18 級(jí)學(xué)生情況相比，達(dá)成度有所上升。針對(duì)上一輪課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算分析結(jié)果，本輪教學(xué)中強(qiáng)化了對(duì)相關(guān)基本概念掌握情況的過程考核，上課過程中多通過課堂提問、隨堂測驗(yàn)等方式強(qiáng)化了基本功訓(xùn)練。在后續(xù)教學(xué)中擬繼續(xù)采用本次教學(xué)中的措施，并給予學(xué)生更多獨(dú)立思考和訓(xùn)練機(jī)會(huì)，同時(shí)強(qiáng)化過程考核。

　　( 2) 課程目標(biāo) 2: 通過平時(shí)作業(yè)、隨堂測驗(yàn)和期末考試考核了學(xué)生課程目標(biāo) 2 的達(dá)成情況，該課程目標(biāo)達(dá)成度為 0.695，接近 0.7，與上一輪 0.693 相比略有下降。說明學(xué)生構(gòu)形能力及設(shè)計(jì)計(jì)算能力偏弱，導(dǎo)致失分較多。在后續(xù)教學(xué)中擬增加圖形創(chuàng)新設(shè)計(jì)與標(biāo)注的工程案例，同時(shí)授課時(shí)放慢節(jié)奏; 增加實(shí)例講解，特別是提高課堂訓(xùn)練強(qiáng)度，加大作業(yè)訓(xùn)練，更多關(guān)注落后學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有針對(duì)性地進(jìn)行一些課堂提問和課后輔導(dǎo)，從而提高整體教學(xué)效果。

　　( 3) 課程目標(biāo) 3: 通過平時(shí)作業(yè)和期末考試考核了學(xué)生課程目標(biāo) 3 的達(dá)成情況，該課程目標(biāo)達(dá)成度為 0.811，與上一輪 0.790 相比有所上升。說明學(xué)生能綜合運(yùn)用課程的知識(shí)進(jìn)行零部件繪圖與標(biāo)注。另一方面，本輪教學(xué)中增加了相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的講解時(shí)間，增加實(shí)例的講解，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的課后輔導(dǎo)和答疑，使得學(xué)生能較好地掌握和運(yùn)用相關(guān)知識(shí)內(nèi)容。

　　( 4) 課程目標(biāo) 4: 通過平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)與期末考試考核了學(xué)生課程目標(biāo) 4 的達(dá)成情況。對(duì)比上一輪達(dá)成情況，本輪該課程目標(biāo)達(dá)成度由 0.80 提高至 0.835。針對(duì)上一輪課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算分析結(jié)果，在本輪教學(xué)中強(qiáng)化了課堂提問、課堂小練習(xí)等環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)前增加了相應(yīng)的輔導(dǎo)和講解，收到了較好效果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作和期末考試中能夠體現(xiàn)運(yùn)用計(jì)量器具對(duì)零部件精度進(jìn)行檢測和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的能力。在后續(xù)教學(xué)中擬繼續(xù)采用本次教學(xué)中的措施，并更多地給予學(xué)生更多獨(dú)立思考和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練時(shí)間，同時(shí)強(qiáng)化過程考核。

　　( 二) 課程目標(biāo)個(gè)體分析

　　19 中德機(jī)械班級(jí)學(xué)生個(gè)體達(dá)成情況進(jìn)行具體分析: 有幾位學(xué)生課程目標(biāo) 1、課程目標(biāo) 2 和課程目標(biāo) 3 達(dá)成情況比較差。主要原因: 這部分學(xué)生不能掌握基本概念和知識(shí)點(diǎn)，不能靈活運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)，未做好考前復(fù)習(xí)工作。從學(xué)生們解題的情況看，失分較多的是組合體尺寸標(biāo)注、零件圖技術(shù)要求。原因是公差標(biāo)注涉及的公差項(xiàng)目符號(hào)很多，要靈活運(yùn)用需要花費(fèi)較多時(shí)間并進(jìn)行相應(yīng)的訓(xùn)練; 學(xué)生課后花時(shí)間不夠，沒有及時(shí)復(fù)習(xí)和答疑，更沒有針對(duì)性進(jìn)行習(xí)題訓(xùn)練，需要師生共同努力加強(qiáng)有針對(duì)性地訓(xùn)練。

　　另外，因機(jī)械制圖與公差課程的內(nèi)容概念、術(shù)語和定義較多，涉及的國家標(biāo)準(zhǔn)很多，對(duì)課程內(nèi)容的理解和運(yùn)用需要經(jīng)過有一定時(shí)間的訓(xùn)練和積累，少部分不能正確理解圖樣表達(dá)的信息，不能運(yùn)用本門課程知識(shí)設(shè)定公差、標(biāo)注圖樣是很正常的，這也直接影響了課程目標(biāo)( 尤其是課程目標(biāo) 2) 的達(dá)成情況。后續(xù)的教學(xué)工作中，應(yīng)加強(qiáng)督促，進(jìn)一步提高教學(xué)水平、改進(jìn)教學(xué)方法和手段，強(qiáng)化過程考核，使學(xué)生能夠熟悉本專業(yè)領(lǐng)域中相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)，能運(yùn)用本門課程知識(shí)進(jìn)行工程實(shí)踐，并知曉和理解環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的理念和內(nèi)涵。

　　( 三) 分析結(jié)果對(duì)教學(xué)的提示

　　( 1) 授課中應(yīng)加大實(shí)例講解的比例，加深學(xué)生對(duì)圖學(xué)和公差知識(shí)理解與運(yùn)用。要更加重視課堂上與學(xué)生的互動(dòng)，加強(qiáng)課后輔導(dǎo)，從而達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

　　( 2) 應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生課后預(yù)習(xí)和作業(yè)的監(jiān)督，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

　　( 3) 要強(qiáng)化學(xué)風(fēng)建設(shè)，對(duì)少部分學(xué)生及時(shí)進(jìn)行學(xué)業(yè)預(yù)警，盡力避免后進(jìn)學(xué)生自暴自棄，導(dǎo)致學(xué)業(yè)困難。

　　四、結(jié)語

　　探索了面向工程教育的機(jī)械制圖與公差課程融合式教學(xué)模式，采用線上/線下混合式教學(xué)，引導(dǎo)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)。機(jī)械制圖和公差課程以工程教育認(rèn)證為引領(lǐng)，以學(xué)生為中心，在教學(xué)過程中按照培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，結(jié)合專業(yè)持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，將課程教學(xué)與工程實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過融合式教學(xué)，使學(xué)生具備獨(dú)立獲取知識(shí)的能力、科學(xué)觀察和思維的能力，分析問題和解決問題的能力。