融合式教学模式在机械制图课程中的应用研究

周荣安，符纯明

融合式教学模式在机械制图课程中的应用研究

周荣安，符纯明

(南华大学机械工程学院，湖南 衡阳 421001)

针对传统机械制图课程教学中学生空间想象能力差、学习主动性弱、大班授课时师生互动困难的现状，借鉴美国高校“主动学习与协作学习”融合式教学模式的改革经验。在教学过程中采用课堂实时互动环节和课外“线上+线下”模式培养学生主动学习能力为主，同时采用以创新设计项目为牵引的协同学习，培养学生团队协作和创新精神。以南华大学某教学班为研究对象，实践结果表明该教学方案强化了教学效果，提升了教学质量。

机制制图；教学模式；主动学习；协同学习；创新设计

近年来，高等教育教学正在逐步推进以“学生为中心”的教学理念，其目的在于使大学生成为课堂学习的主体，调动其积极性。其教学理念最早由美国心理学家Rogers教授提出，是以大学生学习心理学为基础，是建立在“构建主义”学习理论上的现代大学教育理念，目前已在多个国家推广实施，并取得了丰硕的经验和成果[1-4]。目前，中国高校也正在积极推进从教为主转变为以学为主的教学模式，获得了大量宝贵的经验。文献[5]研究和讨论了主动学习模式在《可视化程序设计》课程中的应用，解决了以传授知识为核心的教学过程中学生“过得了考试，写不出软件”的问题，即“高分低能”。文献[6]采用主动学习与协作学习的教学理念，对非计算机专业《程序设计》进行了应用研究。文献[7]在土木工程制图课程中实施了以“学生为中心”的教学方法，其实践结果表明有效地提升了学生的学习主动性。文献[8]开展了“以学生为中心”的混合式教学活动实践，在机械制图课程中激发了学生自主学习动机和动力，增强了学生的学习兴趣，提高了教学质量。

机械制图作为工科类学生一门非常重要的基础专业课，掌握其相关标准、规范和培养好学生的空间思维和创新设计能力，对完善工程类人才培养体系具有重要意义。该课程目的是在掌握基本制图规范和相关行业标准、国家标准的基础上，需进一步培养学生三维模型空间想象力、零件或部件建模设计能力和创新构型设计能力。因此，开展以“主动学习与协作学习”的大班授课、线上与线下等融合式的教学模式，可有效激发和提升学生的学习动机和兴趣，提高学生的读图和画图技能，并有效提高机械制图相关课程的教育教学质量。

1 机械制图课程教育教学现状

机械制图课程是针对工科类“大一”新生的基础专业课，其教学内容主要包括：画法几何、机械制图、零件测绘和计算机辅助制图、建模和设计。机械制图作为工科类相关专业学生培养的基础必修课程，为专业课程、课程设计与本科毕业设计的后续学习奠定可靠的基础。同时其又是几何学、工程各行业和国家标准，以及计算绘图、建模和设计技术相结合的产物。文献[8]以网上问卷调查的结果表明，学习机械制图的主要障碍为：空间想象能力的缺乏、学习动力和兴趣不强、自我约束能力较差、不能认真听课和及时复习。为此，本课程采用“主动学习与协作学习”融合式教学设计时需要考虑以下几个特点：

(1) 大班教学，师生难以互动，学生遇到问题难以及时反馈和解决。受师资力量的限制和高等学校政策的影响，我国大部分高等院校的机械制图课程难以具备小班教学的资源，尤其是非机械专业的制图课程。大多数高校往往是制图教研室的教师承担了全校图学相关课程，课程量巨大，任务繁重。

(2) 低年级授课。本课程通常在新生第一学年开设，学生电脑普及率较低，这也成为线上教学和辅导的一大障碍。同时，学生接触机械产品数量有限，在一定程度上限制了对模型的空间想象力。

(3) 范式教学模式。现有绝大多数高校以教师为主体的范式教学模式是“老师在讲台上讲，学生在座位上听”。此种单一的传授模式，生动性不足，趣味性不够，难以有效调动学生学习的主观性和主动性，一定程度上降低了学生学习兴趣和效率。

(4) 考核方式单一。在现有的考核方式中，大多数院校往往按一定比例以期末考试卷面成绩(占比70%)+平时成绩(占比30%)作为最终考核成绩，但并没有将学生机械制图专业知识和创新设计能力加入到考核体系。

针对以上实际问题和特点，本文进行了融合式教学活动设计，采用多个改进环节提升学生的参与性和积极性，以期望获得较好的教学效果。

2 课程教学活动设计

2.1 课堂教学实时互动

在课堂教育教学中以学生为中心，积极探索以被动学习转为主动学习的培养学生教育教学模式。在课堂教学中除单纯的讲授之外，还需设计让学生积极参与的互动环节。如，教师讲授完某一重要知识点后，以某一习题为例，邀请学生上台进行讲解，既巩固了学生所学的知识点又提高了学生表达和思维能力。图1为“大一”某生在课堂中进行互动，并上台进行讲解，既让学生掌握了知识，又提升了学生的表达能力和积极性。某学生讲解完毕，其他学生可自由提问，并让讲解者回答，随后老师进行点评和对某些重要知识点的再次强调。

在讲解组合体尺寸标注、读画组合体视图和机件零件的表达方法时，需有机地融入三维建模设计软件(SolidWorks，UG，Pro/E等)和二维绘图软件(AutoCAD等)。如，在标注尺寸时，直接以AutoCAD软件为例进行组合体的尺寸标注，形象直观地讲解尺寸标注过程中的注意事项以及容易出错的地方。同时，适量给出一些有错误的尺寸标注，让学生积极去查找和思考。在读画组合体视图和机件表达方法时，将相关的视图直接以三维模型的形式展现给学生，便于激发学生的学习兴趣，有意识地引导学生学习三维建模设计软件。此外，可根据学生的学习情况，要求学生对某些习题进行三维模型构建。将积极探索将制图建模软件与机械制图课程有机融合，形成以机械制图课堂教学为主，计算机辅助制图与建模为辅的教学模式。

图1 同学课上进行知识讲解

同时，在讲解完组合体后，适量增加构型设计相关学习内容。从基本平面图形、基本立体、组合体到部件和零件进行逐级训练，逐步培养学生的构型想象、设计和动手能力。如，给定某一视图，根据实际情况画出另外的(一个或多个)两视图。学生根据已给定的视图尽可能多的想出满足条件的模型，这样掌握了基本制图规范的同时，也有利于培养学生的创新能力和空间想象能力。

2.2 “线上+线下”课外互动支持

美国芝加哥大学著名教育学家Bloom教授指出，“掌握学习”的核心理念在于系统的反馈-矫正程序，即使教学需要搭建完整的闭环系统。教育教学过程除了课堂教学，教师应给予一定的“线上+线下”课外互动支持，学生课后所提的疑问能够及时反馈并解决，也是主动学习模式激发学生积极性的一种重要方式。具体操作为：每一个教学班建立QQ群，可及时地收到学生的疑问并进行解答，为每一个群配备2~3名高年级同学，协助解答学生所提的疑问。

同时，以“学习通”软件为在线平台，建立了机械制图相关关键知识点的讲解视频，每一个讲解视频一般控制在20 min之内，便于学生观看和理解，能最大程度上利用碎片化时间进行学习。学生可采用该平台上的相关视频进行相关知识点的预习或复习，使课堂学习与课外学习建立沟通桥梁，让课堂互动环节实时在线。2017年以来，在“学习通”平台上已分别建立了《画法几何与机械制图精讲》、《SolidWorks三维机械产品设计》和《AutoCAD教学与绘图实例》课程，累计学习次数分别超过25万人次、103万人次和74万人次(统计时间截止到2020年6月1日)。其中后2门课程学习目录如图2所示。

2.3 以创新项目为牵引的协同学习

创新项目学习主要是在机械制图课程后期学习中使用。教师给定项目设计题目，学生借助于三维设计软件分组实现，使同学们在完成创新项目学校过程中体会到团队合作与创新精神。学生自由分组(每组3~5人)，利用课外时间查阅相关资料进行建模设计，完成项目后每一组选一人以PPT的形式进行项目答辩。

在项目学习后仍有兴趣的同学，可进一步强化建模设计方面的学习。在后续学习过程中，逐步引入全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛和全国三维数字化创新设计大赛等相关模型进行练习，提升其自身学习和建模设计能力。学校每年举办一次制图竞赛，所有学生均可报名参加，成绩优异者将优先推荐参加“全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛”或“全国三维数字化创新设计大赛”，适当采用激励机制和奖励制度达到以赛促学和以赛促教的效果。图3中选取了部分同学在学习过程中练习或设计的模型。

图2 2门课程在超星上的部分目录

图3 学生练习或设计的模型展示

同时，图学教研室的教师们根据自己的科研经历和项目整理出一些与模型或工程结构设计相关的内容，转换为学生训练项目。鼓励有兴趣的同学积极申报与参与，使学生了解制图学科前沿，进一步提高学生的查阅资料和自主探索学习的能力，继而将被动学习转变为主动学习与协作学习，不间断强化绘图、建模和设计能力。此外，支持并鼓励学生考取含金量较高的各类职业资格认证证书。

2.4 注重过程化考核

南华大学校将机械制图细分为《画法几何与机械制图A1》和《画法几何与机械制图A2》，分别在2个学期进行讲解。第一学期以机械制图基础知识学习和空间想象力培养为主，总成绩由50%平时成绩和50%期末考试成绩构成。第二学期主要讲解标准件、零件图和装配图等知识，为后续相关核心专业课夯实基础，其总成绩由70%平时成绩和30%期末成绩组成。平时成绩主要包括学生出勤学习次数、平时作业、课堂笔记、课程参与度、创新项目或模型设计、线上互动度等。

3 实施结果分析

依托于南华大学机械工程学院图学教研室，对机械制图的融合式教学模式进行了尝试。实施结果主要从期末考试成绩和成图大赛获奖情况2个方面进行定量统计分析。

(1) 期末考试成绩方面。《画法几何与机械制图A1》实行了闭卷考试，考试时间100 min，常规班与试点班的成绩统计见表1。从表中可以得出，试点班中优率(>90分)15.73%显著高于常规班的2.00%；试点班中的良率(80~89分)29.21%明显高于常规班的13.00%；试点班的不及格人数为1人，而常规班的不及格人数为16人。统计结果说明试点班较大程度上提升了学生的学习成绩、主动性和学习兴趣。

表1 某学年《画法几何与机械制图A1》成绩统计

(2) 竞赛获奖方面。南华大学机械工程学院工程图学教研室在推进机械制图教学改革的同时，还积极组织学生参加各种大赛以检验教改的成效。从2017年开始，已连续3年参加“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模大赛，均取得了较好的成绩。以2019年参加竞赛结果为例，荣获机械类团体一等奖1项，个人单项一等奖5项，个人单项二等奖6项，个人单项三等奖6项。从此次参赛获奖的学生来看，除2人来源于常规班，其余7名队员皆来至于试点班级。来源于试点班级的同学数量显著高于常规班。同时，试点班的大多数同学都获得二等奖以上的荣誉。上述结果表明，实施了机械制图融合式教学模式的班级成绩显著优于常规班级。

除上述2个方面定量分析外，本文还从另一个维度上定性地分析实施了融合式教学模式的效果。①学生创新能力和团队协作能力的显著提升。在融合式教学中较好地培养了学生的创新能力，学生在后续学习过程中，更加愿意参加各类创新创业活动或大赛。如，大学生创新创业训练计划项目、全国大学生机械创新设计大赛等。②学生个人表达能力的显著提升。在后续的接触中，学生与老师们的沟通更有效、更主动、更自信。

4 结束语

“主动学习与协作学习”融合式教学模式提升了教育教学的趣味性，激发了学生学习的主观性和主动性。教师在教育教学过程中以学生为学习主体，以课堂教学实时互动、“线上+线下”课外支持、创新项目为主的协同学习为导向培养学生主动学习的能力。同时，也培养了学生独立思考、空间想象、三维模型设计、团队合作和创新设计的能力。

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Application research on the mixed teaching mode in the mechanical graphics courses

ZHOU Rong-an, FU Chun-ming

(College of Mechanical Engineering, University of South China, Hengyang Hunan 421001, China)

To address students’ lack of spatial imagination and learning initiative and the difficulty in teach-student interactions in the traditional teaching of mechanical graphics, this paper mainly drew from the reform experience of the American universities: the “active and collaborative learning” integrated teaching modes. In the teaching process, the real time interactions in class and “online + offline” modes after class were utilized to foster students’ active studying ability. At the same time, the collaborative learning assisted by the creative design projects was employed to train students’ team collaboration and innovation spirits. Take one class from University of South China as the object of this study, the results of the practices indicate that the teaching proposal could enhance the effectiveness and quality of teaching.

mechanical graphics; teaching modes; active learning; collaborative learning; innovative design

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2020061039

A

2095-302X(2020)06-1039-05

2020-06-09；

2020-06-28

9 June，2020；

28 June，2020

湖南省普通高等学校教学改革研究项目(湘教通[2018]436号323课题)；湖南省教育科学十三五规划项目(XJK18BGD047)；南华大学船山学院教学研究与课题项目(2019C2003)；南华大学教改课题(2019YB-XJG31)

Research Projects of Teaching Reform in Colleges and Universities of Hunan Province ([2018]436-323); Teaching Science Thirteen-five Planning Project in Hunan Province (XJK18BGD047); Teaching Reform Project of Chuanshan College, University of South China (2019C2003); University of South China (2019YB-XJG31)

周荣安(1965-)，男，湖南衡山人，副教授，学士。主要研究方向为图学教育、计算机辅助设计。E-mail：4196876302@qq.com

ZHOU Rong-an (1965-), male, associate professor, bachelor. His main research interests cover graphics education and computer-aided design. E-mail：4196876302@qq.com.

符纯明(1987–)，男，四川宣汉人，讲师，博士。主要研究方向为图学教育、优化设计。E-mail：739928195@qq.com

FU Chun-ming (1987-), male, lecture, Ph.D. His main research interests cover graphics education and optimization design. E-mail：739928195@qq.com