《工程制图》综合开放式教学模式的研究与实践

《工程制图》是工程技术专业的一门基础课，也是我校电子信息专业创新创业教学体系中技能训练部分重要的一个课程环节。这门课程实践性强，是《激光雕刻与切割技术》和《3D 建模与打印技术》的先导课程。
"工程制图"的授课对象是一年级本科生，他们在中学期间学习了各种各样的解题技巧，但是问题求解不是自己悟出来，而是教出来的。在各科老师事无巨细的教学辅导下，学生学习依赖性过强，自主性学习习惯没有养成，缺乏独立思考问题和对未知问题的探索能力[1]。而以职业技能为主线的创新创业教学体系旨在培养学生的系统思维能力、工程应用能力、改进创新等能力。为了培养学生的这些能力，作为先导课程的"工程制图"就要完成两个基本任务。一是从依赖性的学习方式到自主性学习方式的转变，二是从做题为主的思维方式到形成开放思维方式的转变。
这就要求该课程要采取多种开放式的教学模式，将现代多媒体技术、计算机网络技术、计算机图形学和计算机辅助设计融入到了工程制图课的教学过程中，以适应现代教学的要求，充分调动学生的积极性、主动性和创造性[2]。
一、课程的基本体系及相关开放式方法研究
《工程制图》课程主要有传统的工程制图体系和Auto－CAD 绘图两部分构成，两部分内容完成的学习内容和培养的能力重点不同。根据这一事实，将"工程制图"的课程系统一分为二，不同的教学内容采用不同的开放式教学方法。
（一）传统工程制图体系中开放式教学方法研究
在这一体系中包括了培养学生空间思维，空间构型能力，工程表达能力和创新设计能力四个部分[3]。
其中点、线、面、基本几何体投影属于基础知识，主要培养学生的空间思维能力。因为在初高中阶段已经掌握了画法几何的基本知识，所以对于大一的本科生来说这部分知识熟悉而又新鲜。可以将"翻转课堂"引入这部分内容的教学。在翻转课堂教学模式下，教师可依托建构主义理论进行教学。建构主义理论认为知识是一种动态增加的过程。有效的学习过程需要通过已有的认知结构对新信息进行加工而建成的。这一理论正好和学生的实际状况完全吻合，因此教师只需要充当知识建构的引导者和帮助者，并对学习过程加以引导，使之朝着有利于意义建构的方向发展。
组合体，构型设计属于空间构型能力的培养。这部分知识是在空间思维能力培养基础之上进行的，是对新学知识的应用与开拓。在这个阶段给学生一些简单的任务，并以此为驱动力完成相关知识的学习是可取的。因此可以用"任务驱动"完成这部分内容的教学。任务驱动法要求，学生在教师的帮助下，围绕一个共同任务活动中心，在强烈的问题动机的驱动下，通过对学习资源的积极主动应用，进行自主探索和互动协作的学习，并在完成既定任务的同时，引导学生产生一种学习实践活动。
零件图和装配图旨在培养学生的工程表达能力和创新设计能力。这部分知识是前面所学知识的综合、应用和创新。"项目教学"可用于这个阶段的教学。项目教学法是在老师的指导下，将一个相对独立的项目交由学生自己处理，信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价，都由学生自己负责，学生通过该项目的进行，了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求。由于学生具备了完成项目的基本知识和能力，通过项目方案的设计、实施和评价课业把工程制图的知识融会贯通，充分培养他们的工程表达能力和创新设计能力。
这三部分结构的关系如图1 所示。
图1《工程制图》体系与开放式教学方法
（二）AutoCAD 绘图教学中开放式教学方法的研究
AutoCAD 作为一款可以用于二维制图，和基本三维设计的自动计算机辅助设计软件，因无需懂得编程，即可自动制图，已经成为国际上广为流行的绘图工具，也是现代工程制图教学工作中必不可少的一个环节。但是AutoCAD仅仅是绘图的工具，对于工具的使用，有没有必要是从前到后按顺序逐条介绍命令和使用，就像是带领学生读手册呢？AutoCAD 的交互功能很简单，学生们很容易上手，多听一点就会觉得索然无味。对于这样一门需要自己亲自操作的课程来说，只有学生自觉地学习和认真操作了，才能真正学到东西。而且计算机辅助设计及辅助制造的软件工具层出不穷，更新换代速度越来越快。要适应这种快速变化，学生只有掌握了如何学习一种新型软件的方法，才可以以不变应万变，才有可能去创新。对此，可以采用全方位的开放式教学方法。现代网络技术高速发达，信息资源垂手可得，有很多很成熟的AutoCAD 视频教程和参考书籍，而且学生人手一台笔记本电脑，校园网无处不在。具备了全方位开放式教学的条件，完全可以分散学习，集中解决问题。
二、综合开放式教学方法的实践
（一）任务安排
工程制图的基本知识教学和AutoCAD 的教学工作同时展开，基本按照每次课2：1 的时间安排教学内容。
点、线、面、立体投影部分采用翻转课堂形式。每次课告知学生下次课要学习什么内容，并要求学生充分预习，内容不局限教材，可以根据自己的情况学习相关内容。下次上课时，首先用20 到30 分钟时间对安排内容测试，测试题目通常都是机械制图题库中相应的习题。然后学生相互交换试卷，老师逐一公布答案，解决学生做题中出现的各种问题，同时把这部分的知识的应用贯穿在整个题目的讲解过程中。实现了理论学习在课下，课堂回答疑问和解决问题的课堂翻转过程。
组合体部分采用任务驱动法教学模式。提前给学生各种组合体模型，要求学生完成组合体视图的绘制和尺寸标注。学生可以在课下进行组合体基本知识学习，完成组合体模型视图绘制的初稿，然后把完成任务过程中解决不了的问题带到课堂，和同学商讨解决方法。如果对于某些知识点不清楚，或者任务解决不了，老师可以及时指导，个别解答和帮助。并根据学生能力和进度情况，适当增加或者降低任务难度，但是所有学生都要完成大纲要求的基本内容。
AutoCAD 部分采用全方位开放式教学。这并不意味着完全让学生自学，老师要引导学习方向，帮助学生有效的自主学习。每次课安排一个内容要求学生课下完成学习，比如，AutoCAD 第一个学习内容就是完成图层和图纸的设置。学生就要利用自己课下的时间通过去图书馆，上网查阅，或者找视频教程学习。下一次课带着笔记本电脑来，按照老师的要求完成图层和图纸的设置。这中间肯定会有很多的问题，而且学生因为获得的学习资源各不相同，绘图方法也是千差万别。老师只需要解决他们绘图中出现的问题，并让大家讨论交流，对不同的绘图方法相互学习。对于这样的方式，学生非常喜欢，课下都是卯足了劲学习怎么画的好，怎么画的快，课堂上积极竞争，互相学习，课堂气氛非常活跃。根本不会出现不愿意听讲的问题，因为问题都是他们自己需要解决的。之后可以逐步安排直线，圆弧等图形的绘制，三视图的绘制，剖视图，零件图和3D 建模等等。在这个过程中，学生逐渐具备了查找和分析资料的能力，自学的能力，交流的能力和团队合作能力。当然课堂上要绘制的具体图形学生提前并不知道，学生必须把在课下学到的绘图方法应用到制定图形的绘制上，自然也就培养了他们思考分析能力，解决问题的能力。
零件图和装配图部分采用项目教学法。我校电子信息专业有多项大学生创新创业项目，需要各种零件的设计和制作。我们采用的方法是，先完成图形设计和建模，然后采用3D 打印机完成。根据这一实际情况，在学习到零件图和装配图的时候，直接让学生参与到大创项目的完成过程中，学生先后完成了自动灌溉系统喷头的设计和打印，机器人舞龙项目传递装置的设计和制作，等多项设计。由于可以学以致用，学生学习兴趣异常高涨，催着老师看他们设计的零件图，这部分学与教实现了高效率完成。
（二）评价方式
传统教育的学科评价通常是采用结业性的考试[4]，学生平时可以不学，通过考前突击过关。学生考完试以后，所有的知识就被抛之脑后，学生只关心分数，不在乎知识，更不在意学习方法和过程。采用综合开放式教学模式后，评价不在是"结业"考试，而是对学生学习过程的评价。课下学习知识，课上检查知识掌握程度；课下完成任务，课上讨论问题的解决方法；课下查找、分析资料，课上考核学习成果。我们的评价主要是在平时，每节课都会给学生的学习过程打分。
评价内容不仅仅是对知识的掌握，还包括表达和沟通能力，团队合作能力，学习态度，创新思维等。考核方式多种多样，闭卷，开卷，手工绘图，上机操作，分析报告等。对学生每一步学习过程的评价，促使学生在整个学期的学习过程中都保持着一种"痛并快乐"的学习状态。整个课程学习，每个学生有二十多次的分数记录，这些分数不再是一个符合，而是学生学习成长的记录。为他们后续学习《激光雕刻与切割技术》和《3D 建模与打印技术》打下了良好的基础，让他们在一年级就适应了创新创业课程的学习方法。
（三）存在的问题和改进方法
综合开发式教学模式对教师要求较高。教师知识的结构、宽度、广度，教师的思维能力、综合应用能力都会直接影响着教学的效果。教师不仅要具备专业能力，还必须具有良好的管理能力和协调组织能力[5]。在整个的教学过程中，教师要逐渐建立起尊重学生、信任学生、宽容学生的教学态度。
习惯了传统教学方法的大一学生，刚刚开始对综合式开放教学方法会表现出不适应和小情绪。这就需要教师进行合理的引导，对学生多鼓励和肯定。学生最担心就是分数问题，可以采用去掉记录分数中最低两次分数的方法，缓解他们的不适，增加学习的动力。
总之，综合的开放式教学是在先进的教育理论指导下进行的旨在提高工程制图教学效果，实现培养学生综合素质的教学尝试。高校创新创业教育项目是一项实践性很强的教学改革系统工程，涉及职业理论基础、职业技能训练、职业实践和创新创业教育等方面。本文只围绕开放式工程制图教学模式进行了探讨，有关教学管理、教学评估等问题还需进一步研究。