新工科視域下土木工程制圖課程改革研究

繆宏杰 鄭宣恭 黃若鵬

(1.福建農林大學金山學院 福建福州 350002 ； 2.廈門華巖勘測設計有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

新工科理念的提出，為打破傳統教學體系建立面向未來的全新教學體系奠定基礎，同時也推動了土木工程專業的教學改革。土木工程制圖是土木工程專業學生最早接觸的專業相關課程，諸多學者對該課程進行教學改革實踐研究。何蕊等[1]提出以項目為驅動，激發學生主動學習熱情，通過對照比較實驗班和普通班凸顯自主學習模式的合理性和科學性。史俊偉等[2]結合“互聯網+”的大背景，基于傳統工程制圖存在的問題，提出結合MOOC的翻轉課堂模式，通過實踐取得良好教學效果。李娜等[3]分析工程制圖課程目前存在的問題，采取互動教學、團隊合作等多元改革措施以增強學生創新能力和學習興趣。目前大部分研究集中于學生能力和教學模式的課程改革[4-8]，取得了一定研究成果。本文以新工科背景，開展課程內容、考核體系等方面改革，以期培養滿足新工科要求的學生。

1 新工科對土木工程制圖課程的內涵要求

制圖課程作為一門學科基礎課,對培養學生綜合素質起著至關重要的作用。新工科基于未來產業變化，提出培養新型復合人才的要求，具體可分3個方面 ：一是具備扎實學科知識，在此基礎上具有一定的學科交叉能力和素養；二是具有學習新知識新技術并運用知識解決問題的能力；三是具有良好團隊合作能力以及人文素養?；谛鹿た埔蠼Y合課程特點，進而明確土木工程制圖課程目標。首先，知識方面,掌握投影知識、工程圖例等圖紙相關知識；其次，能力方面,培養學生空間想象能力，空間三維圖形和二維投影相互轉換能力，應用知識解決問題能力和創新能力，為以后專業課學習打下堅實基礎；再次，在技能方面，學生掌握國家建筑制圖標準，掌握繪圖識圖的科學工作方法；最后，在素養方面，形成良好工程素養，能適應和勝任多變的職業領域。

2 學情分析及存在問題

2.1 學情分析

授課對象為剛進入大學的新生，對于大學的課程和大學學習方法都不甚了解，易將高中的學習方法直接套用于大學學習生活中。針對土木工程制圖課程，學生有一定的三視圖基礎，但土木工程制圖課程內容抽象，對空間想象能力以及邏輯要求高，大部分學生學習過程覺得吃力。同時工程制圖內容實踐性強，與專業聯系密切，雖然有很強的新鮮感，但由于新生缺少預備知識(如梁、板、柱等構件分不清)，逐漸給課程貼上“難”的標簽。

2.2 教學問題

教學內容方面：首先，無重點的全面講述知識點的傳統制圖課程，由于課程學時不斷減少，已經難以滿足學習要求；其次，傳統制圖課程內容忽視與實際應用的聯系，部分知識點如換面法等難度大，占用大量學時卻在實際工程鮮有機會使用；最后，傳統的制圖課程在畫法幾何模塊以抽象理論解釋為主，追求投影知識框架的完整性，重點不突出，大量時間花在投影求時長、傾角等幾何問題上，而對軸測圖、剖視圖等立體內容簡單講解，給學生產生該門課用處不大的誤解?；诖藗鹘y制圖課程急需改革。

成績考核方面：以往的考核較為單一，主要以期末考成績作為評判標準，缺乏過程評價和能力素養評價，學生主動性難以充分發揮。在這種考核模式下，學生只會解特定題目，難以將知識遷移應用。學生常出現考完就忘的現象，也鮮有學生能在課程學習中能力得到充分提升，更不用說將所學知識帶到未來的工作中。

教學效果方面：雖然大部分學生通過了考試，但是在畢業設計階段仍出現無法清晰表達設計意圖的現象，此外還出現所畫出的圖紙不足以用于實際生產，常出現線型使用錯誤、制圖不規范等問題。通過走訪調研，部分企業反映學生沒有養成查閱規范文件的習慣，并且未掌握讀圖的科學方法，難以通過實際工程圖，發現現場施工問題并加以解決，尤其對于結構施工圖難以完全看懂。

基于傳統教學多方面的問題，傳統教學須通過一系列的學習和實踐改革手段達到新工科所賦予的內涵要求，以期培養符合新工科要求的復合型人才。

3 教學改革

3.1 優化教學內容，重塑教學體系

傳統教學在教學內容上缺少與實際應用的聯系，追求投影知識框架的完整性及解題技巧性。從實際和學情出發，以實際應用為導向，以內容少而精為改革原則，對傳統制圖課程內容體系進行重組。如表1所示，制圖課程內容分為三大模塊：畫法幾何模塊、規范制圖模塊、工程制圖模塊。本次教學體系改革，適當減少畫法幾何模塊的學時，增加工程制圖模塊學時及規范制圖學時。畫法幾何模塊弱化部分實際中用不上的理論和方法如換面法、線面相交問題等。畫法幾何模塊分為投影基礎模塊和立體投影模塊兩個子模塊，先進行投影基礎模塊學習，由點、線、面投影層層遞進，在此基礎上可開展立體投影模塊學習，重點結合應用學習組合體視圖以及軸測圖等。

表1 教學體系模塊劃分

如圖1所示，課程改革中投影基礎模塊大幅度減少，而其他三大模塊學時不同程度上升。其原因在于投影基礎模塊內容抽象枯燥，對該模塊非重點部分進行剔除，同時將部分知識點融合在立體投影模塊中講解。此外為了增強課程實踐性，故對規范制圖模塊和工程制圖模塊適當增加學時以保證學生繪圖識圖能力得到提升。

新工科背景下有針對性和科學性進行教學體系重塑，是課程改革關鍵所在。模塊之間并非相互割裂獨立，而是相互聯系，相互滲透。畫法幾何模塊偏向理論性較為枯燥，而工程制圖模塊偏向實踐性，兩大模塊中部分知識相互融合。因此，課程改革中有意識加強知識點的組合，如將面的投影和組合體視圖融合相互貫通，將三視圖與房屋建筑工程圖結合等，此做法不僅可以節約學時，還可讓學生適應知識的交叉融合，提高綜合素質，為培育新工科人才奠定基礎。

圖1 改革前后各模塊學時變化

3.2 改革教學方法，以學生為中心

由于制圖知識點抽象，很多時候學生對于老師傳授的知識難以消化，出現上課瞌睡、成績不佳等現象。究其原因，在于以教師為主導單向傳授知識的教學方法已不適用于當代學生，課程改革著眼于以學生為中心，采用啟發式教學方法，激發學生自主性，提高其對本專業的興趣和認可度。啟發式教學方法強調知識是在教師的啟發下，自然而然被學生探索出的，其中學生作為課程學習主體，教師充當學習引導和幫扶的角色。

本次課程改革，針對不同模塊知識點的不同特點，采用啟發式教學中的研討啟發式和設疑啟發式，以激發學生探索和創新熱情。研討啟發式是學生組成小組，對老師拋出的問題開展討論研究，充分發揮小組集體智慧。如在探討三視投影圖之間的關系時，由小組自主尋找實物繪制三視圖并從三視圖圖中發現規律，進而小組派代表進行交流成果。類似對于平面立體與平面立體相交這一難題，通過觀察圖形討論出繪制相貫線的做法。研討啟發式能讓學生自己小組內部碰撞出知識火花，知識自然而然被學生探索出的，同時有助于培養學生團隊合作能力和表達能力。設疑啟發式，則是從生活中的事物或現象提出疑問，通過疑問引導學生學習知識的方法。如在剖視圖章節中，提問學生如果對具有復雜內部結構的構件，采用普通三視圖將會出現多條虛線，給工人造成巨大識圖負擔，應如何解決。設疑啟發法激發了學生學習好奇心和學習熱情，有助于養成終身學習習慣，為適應未來工作打下基礎。

3.3 改革教學手段 利用現代化教學手段

3.3.1利用智慧教學手段

隨著教學手段不斷發展，涌現了像超星學習通、雨課堂等智慧教學工具。本課程緊扣時代發展，依托現代信息技術所構成的教學環境，創新性地引入超星學習通平臺，以激發學生對學習的內在驅動力。教師可以利用超星學習通平臺對課前、課中、課后進教學設計，創建教學空間并且進行課程建設以及課程教學管理。

圖2 基于學習通的智慧教學

如圖2所示，在課前教師上傳教學資源至學習通平臺，以供學生自主學習，學生通過學習通 APP 線上隨時隨地預習，并完成設定的預習任務和課前檢測。老師則通過課前檢測的結果了解學生預習情況和對新知識的掌握情況。在課中，教師依托現代教學手段開展以學生為主體的交互式學習。教師的作用在于引導啟發學生學習新知識，學生則利用學習通APP通過搶答彈幕等功能，通過手機端發表個人見解，全程參與課程。在課后，教師利用學習通平臺發布和批改作業，并在線上對學生學習過程的疑惑進行解答。此外，課后教師須追蹤課堂教學過程性數據，查看學生參與和當堂檢測情況，并基于此進行課程總結反思調整。這種移動教學模式通過增加學生課堂參與度，達到激發學生學習積極性的效果。

3.3.2利用實物模型

現行的工程制圖教學多采用板書和多媒體結合的教學手段。制圖內容抽象深廣，對空間想象力要求高，使用現行的教學手段教學效率低?；诖?，課程改革引入實物模型，將實際模型展示在學生面前，降低了空間想象的難度，同時對于空間想象力較差的學生可借助模型跟上課堂進度。此外，對于初次接觸專業課程學習的學生來講，實際工程圖紙教學部分具有一定的新鮮感， 但由于缺乏必要專業預備知識，學習時不易把握要點，難以想象實際工程形體，采用實際模型與圖片結合可以更好反映實際工程構筑物，增加直觀性和課堂趣味性，從而提高課程效率，提升教學效果，進而達到預設的學習目標，如圖3所示。

圖3 實物模型

3.4 強化學生主體地位，增加實踐環節比例

土木工程課程是一門實踐性很強的課程，所學知識可直接應用于實習和工作中。在課程改革中以實際應用為目標，增加實踐環節，凸顯課程實用性。教師以工程制圖模塊中的建筑工程為例，分發完整實際工程圖紙。學生開展繪圖識圖訓練，通過手工繪圖、小組內部探討識圖等方式，加深對課堂知識的理解。此外，還結合模型和實際現場參觀，三位一體強化教學效果，提高學生實踐能力。此外，本課程創新性增加了為期一周的土木工程制圖課程設計，學生從網絡自主選擇一套完整圖紙，選擇適當比例進行閱讀和抄繪。由繪圖成績加答辯成績來評定最終成績，通過答辯可防止學生機械抄圖，確保學生真正理解圖紙。通過實踐環節，教師引導學生自主觀察分析身邊的建筑形體，這不僅使學生對課堂知識有更深刻的了解，而且提高了對土木工程學科的興趣。

3.5 改革考核形式，注重過程評價

本課程考核改變過往以期末成績為主的考核方式，而是更加注重學習過程的考核，從而客觀全面評價學生整個學習過程。通過學習過程考核評價與期末閉卷考試相結合的方式，評定學生課程綜合成績，課程總成績則等于各分項分數與分項所占比重的累加值。如圖4所示，針對土木工程制圖課程特點，學習過程考核分為課堂出勤、課堂參與度、課堂作業、模塊檢測、課后作業5個分項部分。

T=∑TiWi

(1)

式中：T——課程總成績;Ti——分項分數;wi——分項所占比重。

圖4 各分項組成及比重

傳統教學平時成績難以量化，大多草草打分，難以體現平時學生學習成效。本次課程平時成績如表2所示，學習過程考核主要依據學習通的課堂數據以及小測成績，主要用于考察學生在學習過程中表現，養成平時學習認真的習慣，防止學生期末突擊復習獲取高成績。

表2 成績考核體系及依據

3.6 改革效果

通過實施教學改革創新，充分調動了學生積極性和自主性，學生“知識學習、能力培養、素養升華”三部分得到有效提升，近三年，學生獲省級以上學科競賽及創新創業項目10余項，發表學術論文3篇。啟發式教學激發了學生積極性，使學生對于自主探究的知識點有更深刻理解；引進的智慧教學工具讓學生成為課堂主導，點燃了學生對于課程學習的熱情；全新的考核制度，讓學生養成平時努力認真的習慣，提高學生階段性知識總結能力。問卷調查顯示，100%學生認為通過本課程學習自身有提升，其中40%學生認為自身提升顯著。學生表示，制圖課程不僅學習到專業知識，而且自身自主學習能力和解決問題能力得到提升。本課程教學模式、教學手段、考核方式的創新方式，已推廣至本專業的核心課程以及相近專業的部分課程。

4 結語

土木工程制圖課程是土木工程專業課程體系中重要一環，課程學習效果直接影響專業課學習。本文結合新工科背景，明確新工科對土木工程制圖課程的內涵要求，從教學內容、教學方法、教學手段、考核形式方面提出符合學生發展和課程特點的教學改革模式。本課程以工程應用為導向，重組教學內容體系，適當減少畫法幾何內容，增加工程制圖模塊內容；改變傳統以講授為主的教學方法，引入啟發式教學，同時借助移動教學手段打造“人人參與”的課堂；改革考核評價體系，注重過程評價，通過全新評價體系引導學生養成良好學習習慣，激勵學生全方面自我提升。課程經過全方面改革后，教學效果良好，學生課堂積極性顯著提升，學生繪圖與創新能力都得以提高。新工科背景下課程改革是一項長期工程，須不斷反思、探索、改進，以適應未來時代的變化。