以核心素養為導向的“工程制圖”課堂教學深度變革研究

李錫柱

(內江師范學院 物理與電子信息工程學院,四川 內江 641199)

“工程制圖”是一門有理論又有實踐的基礎課程,也是學生掌握理論知識應用到實踐、自主解決問題的一項重要學習內容。對于工科專業的學生來說,“工程制圖”課程是學生成為一流卓越工程師的奠基石,越來越多的專業把“工程制圖”納入到課程體系中。目前,許多學者對“工程制圖”課程的教育教學進行了研究,有學者基于BOPPPS(Bridge-in、Objective/Outcome、Pre-assessment、Participatory Learning、Post-assessment、Summary)模型的授課模式的設計,提高了課程的教學質量[1-2],有學者基于成果導向教育理念對課程內容進行優化、完善了教學目標、構建了課程評價體系[3-4],還有學者開發了“工程制圖”的教學工具,用于教學也取得了不錯的效果[5]。此外,Cerra等[6]介紹了一種基于方法學的交互式圖形工具在“工程制圖”教學中的應用。穆浩志等[7]在工程認證背景下,對教學大綱進行達成度的改革。還有從課程思政的角度對課程進行的研究[8-10]。在具體教學方面,Ali等[11]提出采用虛擬學習環境的方法,研究發現該方法可以促進提高“工程制圖”教學的效率和質量。Gorgani等[12]采用模糊決策方法來確定影響“工程制圖”教學質量的因素以及它們之間的相互作用。Ruhizan等[13]在教學中實施問題解決策略,對學生的問題解決技能產生積極影響,成功地提高了學生的成績和問題解決能力。本文以“工程制圖”課程為對象,以核心素養為導向、思政元素為內涵、研究性學習為教學方法對課程進行研究。

1 課程改革的必要性及內在驅動力

“工程制圖”課程改革建設是在“新工科”建設的背景下進行的?！靶鹿た啤苯逃莿摻üこ探逃闹袊Ｊ?要從理論、方法、教學和實踐上創新,創立多學科交叉融合的新型技術師資培養“新工坊”。發展“新工科”教育,要重視與時代同步、與企業接軌、與世界看齊。此外制造業是國民經濟的主體,是立國之本、興國之器、強國之基。課程建設的內涵要求是堅持把立德樹人作為中心環節,把思想政治工作貫穿于教育教學與人才培養的全過程,推動課程的改革創新,把課程思政和教育教學相結合,既要教知識、教技能、教方法,強調知識的習得技能的提升,也關注學生的品德修養;知識和品德的培養二者缺一不可,相輔相成。

2 核心素養課程的內涵、理念及體系

核心素養課程的內涵是知識、技能、情感、態度、價值觀等多方面的綜合能力,研究認為核心素養課程由人文底蘊和科學精神組成。其理念是把核心素養培養作為貫穿課程思政全方面全過程的指揮棒,推動課程的改革創新,多維度、全方面推動課程的建設,使學生能具備創造性、批判性思維和解決問題的能力。因此使知識體系教育與課程思政同向同行,將心靈成長、價值塑造和能力提升三者結合,實現協同育人。二者辯證統一,實現學生的價值引導,與學生當前的認知水平相結合,尊重和引導學生的思考。引導和幫助學生解決學習和研究課題時遇到的真實難點和困惑。在教學中要把握和發掘課程內涵中蘊含的深意,從而提高學生的學習興趣。核心素養課程的內涵需建立價值塑造、能力培養、知識傳授的教學目標。核心素養課程體系中要建立課堂教學體系、考試體系、評價體系、反饋體系,重視學生的實踐和創新能力。在評價體系中改變傳統的評價模式,強調和重視過程性考核。在教學手段上選擇探究性和研究型學習方法,采用項目式和模塊化學習手段。

3 課堂教學及實踐

3.1 人文底蘊

3.1.1 審美情趣

“工程制圖”中蘊含的美學元素可以激發和培養學生內心對美的追求。在課堂內外培養學生發現、感知、欣賞、評價美的意識和基本能力。在書寫漢字時要求一筆一畫,圖樣按照先大后小,先整體、后局部的順序,培養邏輯美。用鉛筆繪制時要求圖面干凈整潔。線性要求曲線光滑、流暢,直線均勻、一致、清晰,粗實線黑、光、亮。圖樣布置中盡量避免左輕右重等情況,最終的圖幅效果“疏密合適”“遠近適宜”。在完整、清晰的表達前提下,處理好整體和局部,使整個圖紙具有均衡美、對稱美,特別是在繪制輪輻、端蓋、軸類零件時尤其注意對稱美,給人一種莊重、穩定和威嚴的美感。圖紙中的漢字等按照國標認真書寫才能使圖面干凈整潔。在讀圖時,能發現、感知和欣賞圖樣的美,具備積極的審美態度和健康向上的審美情趣。

3.1.2 人文情懷

在緒論中,通過對萬里長城等著名建筑物介紹,展現大國風采。在建筑模塊章節中講授古人巧妙利用榫卯結構,感受古人的智慧。在裝配圖章節中,通過觀看我國空間站相互對接的視頻,激發學生的愛國主義情懷,增強民族自豪感和信心。結合裝配體的內容介紹方文墨的先進事跡,學習“文墨精度”,使學生把自己的理想信念同國家發展結合起來,培養甘于寂寞、吃苦耐勞、精益求精、追求卓越的精神。通過介紹中國機械制造的前輩專家,學習他們發展中國工業、推動國家發展的良苦用心,并學習他們的工作、學習作風。培養工程思維與創新意識,以及精益求精的職業規范精神與素養。通過對“大國工匠”視頻的學習,使學生了解中國制造業,從而學習工程師在國家安全、建設中的求真務實、不畏艱險的職業與專業精神。在金工實習過程中,通過學習加工“排疏零件”,感悟精益求精的工匠精神,培養學生的愛國主義情懷。

3.1.3 人文積淀

在“工程制圖”的學習過程中,注重對傳統人文學科領域中知識和技能的學習,在實踐中側重工具,如工量具的使用。掌握古今中外工程制圖的基礎知識和發展脈絡;能獨立使用文字和圖紙對領域知識進行歸納整理;掌握繪圖工程中所蘊含的認識方法和實踐方法,在標注尺寸時,具備辯證、綜合分析能力,在設計時能闡述獨立的觀點和想法且具備良好的溝通能力。

3.2 科學精神

3.2.1 理性思維

人的思維能力包括形象思維能力與邏輯思維能力,邏輯思維能力可以促進形象思維能力的提升[14]?！肮こ讨茍D”的繪制和識圖是建立在投影的基礎上,投影的視圖具有最基本的規律,如三視圖滿足主俯視圖長對正、俯左視圖寬相等、主左高平齊的規律。為了提升學生的形象思維能力,首先在教學時適當使用實體模型和三維設計的零件、組合體,引起學生的興趣。引導學生從形象思維能力到理性思維能力的過渡,避免學生對模型的依賴,引導學生通過理性思維觀察和空間想象來解決問題。

例1:熟悉采用球、棱柱、圓柱等基本幾何體組合不同的立體構建過程和組合特點。組合過程是運用形象思維和理性思維的融合,通過實踐和積累,可顯著提高學生對立體結構的理性思維能力培養。

例2:通過數字、文字、圖表等手段,引導學生多角度理解圖紙表現手法,配合聯想等多種策略,突破形象思維到理性思維轉換的學習難點。

3.2.2 批判性思維

批判性思維是對事實、證據、觀察結果和論據的分析以形成判斷,需要有效的溝通和解決問題的能力[15]。繪圖的低階技能包括圖幅的布局和選型、比例的選取、字體的書寫、尺寸的標注和工藝結構的確定等。繪圖的高階技能是設計,對所繪制的圖紙進行批判性地更改,能對所設計的內容進行圖樣表達。通過訓練使學生加深對批判性的理解、消化,鞏固所學的知識,為后續技能比賽、課程設計、畢業設計打好基礎。此外教學內容具有開放性,不僅要求學生掌握課本內容,還要求他們能查閱文獻。

例1:將學生分為2個組,為學生展示若干圖紙(每幅圖片分別與點、線、面相關),請每個組任選1幅圖紙,然后組員瀏覽、討論并判斷該圖紙的對錯。做出判斷后,并指出哪里錯誤,并在課后進行正確地繪圖。

例2:將尺寸標注好的圖紙分發給學生找出錯誤,學生分成2個組,找出錯誤,討論錯誤的原因是什么。

3.2.3 勇于探究及實踐創新。

教師引導學生主動探索,讓其自行發現并掌握相關知識和原理進而得出感悟或者結論,聚焦學生發展核心素養的培養、由抽象知識轉向具體情境的總體要求。

例1:根據教學目標,講授裝配圖,安排與學生生活貼切且與教學內容相關的自行車,來達到吸引學生興趣的目的,重點引導學生思考自行車是靠什么運動的?確定問題后學生通過討論收集材料,然后討論并解決問題。如果不使用鏈條還有哪些方式可以實現相同的功能,然后在討論的基礎上,形成一個假設并提出解決問題的方案,由個人或小組共同實施方案,通過在開放實驗室建立實驗模型,驗證模型的可行性或者模擬仿真來提高效率等。在探究和設計自行車的功能運動時,以學生為中心,有利于培養學生的探究能力及激發學生的好奇心。在可行性驗證時,學生將所學機電、工業設計、人文知識加以整合,有利于學生學以致用,培養學生的思維能力、實事求是的科學精神和態度;在遇到問題時相互討論、協助促進學生合作、交流、傾聽、批判和反思的能力;在探究過程中,自行車的功能不一定會一次實現,可培養學生勇于探究的精神。

例2:引導學生建立機械裝置的結構化認識,形成認識機械原理的思路與方法,通過工程制圖的意義和價值,培養勇于探究精神。

3.2.4 勤于反思和自我管理

鼓勵學生參與教師的科研項目,學會發現并解決問題。倡導以人為本,由于每個學生的空間想象能力是不同的,這就要求教師重視并調動學生的主觀能動性,學生通過探索、設計、合作、創造、反饋、改進等一系列活動,實現對知識的學習、技能的運用和思維邏輯的建構,逐步掌握科學的學習方法,懂得發現、研究、解決問題、總結所得。對生產生活中接觸到的機器設備進行細致觀察,幫助學生認識運動的基本原理,發展對機器的設計和制造能力。如對洗衣機進行觀察和反思,研究各種三維造型中的基本形體和構建方式,懂得基本形體間連接方式。通過對生活中存在的事物進行拆分和組合的真實情境和任務,促進學生多角度分析和解決問題,逐步發展學生的系統思維,促進其反思能力和自我思維管理能力的提升。

例1:點、線、面的規律。根據教學目標,讓學生自主通過物體在平行光的投影下,收集不同物體的點、線、面的投影,然后讓學生進行討論反思,得出答案。

例2:選取學生身邊的裝置,引導學生觀察、分類和比較,建立工程制圖的相關概念;基于表象看出原理,進行圖紙構造,促進學生設計到成果的思維形成。如軸類零件的投影和尺寸標注。通過學生加工工件為切入點,使學生探究得出軸類零件的尺寸標注規律。

4 評價及反饋

建立科學的考試和評價體系,堅持以學生為主體的考試模式和合理的過程性評價。在實施教學時以學生表現為標準,將過程評價與形成評價相結合,形成科學的評價機制。

考試由課堂成績、實踐成績、平時成績和期末成績組成,學習情況的好壞不以卷面成績作為唯一標準,重視平時的實踐過程,強調過程性考核。學生的課外作業強調基礎性、綜合性、應用性、創新性等考察要求,多維度考查學生學習情況。一方面強調平時的測試,學生的自主學習能力;另一方面,重視學生在學習過程中出現的問題。此外,增加反饋體系,以學生為中心,建立反饋平臺和渠道。學生在學習過程中遇到問題時,可以使用微信等平臺及時與同學溝通或者與老師討論,以解決問題。此方式拉近了學生之間的距離,激發了學生的學習潛質。建立有效的教學策略,開展跨學科實踐活動,首先應當明確教學定位;設計和開展具有創新性的實踐內容;過程將理論知識、實踐能力、職業發展相結合,對問題的解決方案設置開放性,促使學生自主思考、勤于反思、與人合作、研究互動、反思總結,實現研究性學習,提升解決真實問題的能力,促進核心素養的能力培養。

針對學生對課程缺乏興趣和動手能力差的特點,通過核心素養為導向的課程教育教學改革,學生對課程的學習興趣大幅提升,測試成績也有了較為明顯的提升,學生學習效果得到了進一步加強。

學生能夠使用工程圖紙表達機械零部件,會對機器裝置拆裝并用圖紙正確表達零件位置和技術要求,在裝置的設計過程中考慮零部件的工藝結構。學生積極參加教師的科研項目且申報大學生創新創業項目。學生面對困難,不畏艱難險阻,一絲不茍,養成了良好學習和生活習慣,用手繪制圖紙時注重圖幅界面的整潔,給看圖者以美的享受。此外學生學習課程后勇于參加學校組織的各類人文比賽。