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苏文桂
（广西大学机械工程学院，广西 南宁 530004）
智能制造是工业化与信息化深度融合的产物。随着中国智能制造战略的大力推进，数字化、智能化转型已成为制造企业的主要发展趋势[1]。在2021世界智能制造大会上，中国工程院院士周济指出人才是智能制造发展的第一资源[2]。智能制造需要具备家国情怀、科学精神、创新能力、大工程观的交叉复合型人才。高校是智能制造人才培养的第一阵地，课程是高校人才培养的核心要素，高质量的课程是实现智能制造人才培养的现实支点。
“机械制图”课程是高校工科各专业的核心基础课程，培养学生运用投影原理和国家标准绘制和理解工程图样，运用形体表达方法进行复杂机件的工程表达；
培养学生发现、解决问题的创新思维和综合能力，适应复杂多变的工程需求。授课对象为大学一年级学生。本文对标智能制造人才培养需求和当前“机械制图”课程教学痛点，探索“机械制图”课程教学改革。
1.1 产品表达的方式发生了变化
工程图是工程界交流的语言，在整个制造过程中起着至关重要的作用，要实现智能制造，首先需要实现产品的数字化设计。传统的制造业中产品的设计过程采用“二维设计-二维表达”设计方式，二维工程图是传递设计信息的载体和工具。设计人员将产品的三维构思采用适当的表达方式设计出二维工程图。在制造单元，加工制造人员通过二维工程图样了解设计要求，还原出的三维模型进行产品制造。在智能制造背景下，数字与智能贯通设计与生产制造的每一环节，传统设计方式改变为正向设计，工程表达从二维向三维转变。数字化设计制造环境下，设计和制造过程采用“三维设计-二维表达”、“三维设计-三维表达”的方式，三维几何模型信息贯穿产品全生命周期，工程图的内涵不再局限于二维图纸[3]。传统的“机械制图”课程教学从投影理论开始，着重讲授二维制图，再从二维图样延伸至三维建模，教学内容不能很好地适应智能化设计和制造的要求。
1.2 智能制造需要高质量的人才推动
中国工程院院士周济指出：智能制造人才队伍大而不强，特别表现在富有创新精神和创新能力的智能制造人才队伍建设上，这是我们的短板和劣势。智能制造的“人-信息-物理”系统中，制造是主体、智能是主导、人是主宰。推进发展智能制造，最根本的要靠“人”，智能制造人才为本[2]。在制造产业智能化升级过程中需要具备社会责任感、扎实基础理论、复杂问题处理能力、自主学习能力、科学思维和创新能力的人才。传统的“机械制图”课程以课堂为主、教学方式偏重灌输，以理论授课为主，学生缺乏主动性与参与性，教学评价方式单一，评价过程强调结果，忽视发展和变化的过程。教学缺乏创新，不能满足新时代制造人才培养需求。
现代智能技术的发展推动传统工科向新工科转变。面对技术引发的变革，作为工科生接触的第一门专业基础课的“机械制图”课程，如何变革以满足培养制造业转型升级的智能制造人才的需要，支撑我国迈向制造强国，是人才培养的挑战。
针对目前“机械制图”课程中存在的课程内容针对性、时效性不强、教学方式创新不足、教学评价不能很好地激励学生自主学习等问题，对标智能制造人才培养需求和专业认证的毕业要求，以服务智能制造人才培养为目标，对课程目标、教学总设计等进行统筹规划，支撑人才培养从传统知识进阶型向工程能力提升型转变。
2.1 课程目标设定
课程目标是确定课程内容、教学目标和教学方法的基础。根据学校的办学定位、专业的人才培养需求，“机械制图”课程坚持“知识传授、能力培养、价值塑造”三位一体现代化人才培养目标，以学生发展为中心，通过价值引领、知识探究、能力建设培养学生空间思维能力、创新能力和工程意识。课程目标具体描述如图1所示。
图1 课程目标
2.2 教学总体设计
秉承“以学生为中心”的教学理念，以提升学生科学精神、创新能力为核心，注重线上线下教学资源的优质性与适用性，运用数字化教学工具展开两性一度、应用型和复合型新工科教育，从教学资源建设、教学内容重构、教学方式创新、教学评价重建和课程思政建设5个方面构建思政教育和专业教育有机结合的教育新形态。课程教学总体设计思路如图2所示。
图2 机械制图教学总体设计
2.2.1 课程知识重构
作为工科的技术基础课程，表达工程中的立体是“机械制图”课程的根本任务。为适应智能化设计对图学课程的要求，对教学内容做相应的调整，在保持传统的基础上，与时俱进。对传统的图学内容做适当的取舍，精简画法几何部分内容，删减点线面相对几何关系、面面交线等内容，降低尺规绘图训练，同时增加徒手绘图训练，增加三维建模的表达。图形认知的结构层次从三维到二维、从整体到局部、从实际工程到几何抽象。
2.2.2 课堂重组
改变以教师为中心的教学模式，打破灌输式的教学模式，采用线上线下相混合的“翻转课堂”教学模式，将教学活动划分为“课前、课中、课后”三个基本教学阶段，培养学生的自主学习能力和终生学习的素养。
课前预习阶段主要以线上精品课程MOOC学习为主，由学生自主学习方式完成，解决学生的基本概念构建问题和学情分析。
课中根据学生学习数据分析，加强启发式、讨论式、研究式教学，避免重演绎推理、轻归纳综合，突出对学生创新思维和创新意识的素质培养。通过测绘综合实训培养学生解决问题的能力，强化学生的高阶思维能力。
课后实现个性化学习从而达到知识迁移。学生可以继续利用在线资源学习，巩固知识点，完成作业。通过课后学生作业等数据分析进行及时总结与反馈，动态调整学生线上预习内容。学生将学习中发现的疑难问题通过在线工具进行发布，教师和其他学生均可以进行疑问解答与相关问题的讨论，深化对教学内容的理解。
2.2.3 教学资源拓展
线上学习资源整合及应用实现了学生个性化学习。采用中国大学慕课网国家精品慕课天津大学的“工程图学”、西安交通大学“工程图学解读”、大连理工大学“现代工程制图”等课程作为理论模块学习的线上参考资源。学生可以利用丰富的线上资源，进行立体化的学习，丰富了学习的途径和手段。在课程中引入虚拟教学环境促进了学生探究性学习。借助机械工程学院的国家级实验教学示范中心的资源，建立虚拟模型库、虚拟加工、零部件装配库。数字化新形态教材建设与使用促进了学生的自主学习能力的培养。
2.2.4 课程思政建设
在课程思政建设纲要指导下，结合课程特点和价值理念，以课程专业内容为载体，从社会责任、家国情怀、工匠精神、探究创新、标准意识、团队合作等几个方面深入挖掘课程蕴含的思政元素，提升课程价值内涵。通过多渠道、多形式线上线下相结合开展课程思政建设，线上推送思政学习小视频，PPT集合思政要素，线下师生共建思政案例库，形成了全时空的课程思政教学体系。
2.2.5 课程评价
根据课程定位与目标，除了针对知识能力的考核，考核体系还包括了课前课中课后教学全过程和思政育人效果的追踪式检测。采用过程性考核+终结性考核相结合的评价方法，强化学生自主学习与协作学习过程中的表现，课程思政学习纳入考核评价体系。采取多元化评价机制，定量评价与定性评价相结合。终结性考核的评价主体是教师，而过程性考核采用了多评价主体的考核方式。多评价主体的考核方式包含教师评价、自我评价和学生互评的多评价主体。总成绩中期末考试为终结性考核，占比60%，平时作业、测验、测绘、思政、平时表现计入过程性考核指标，占比40%，课程成绩组成如图3。
图3 课程成绩组成
新的“机械制图”课程知识体系以培养正确的空间思维、构型思维为课程的主要任务。传统的图学基础理论采用点线面体的知识主线。新的机械制图内容体系以“三维设计表达”为主线，形成三维构型-投影制图-三维设计的内容体系。从三维实体的构成分析入手，通过观察零部件三维模型建立产品的结构形状概念，再学习投影理论，解决空间形体的二维表达和由二维图形重新构造三维形体问题。新的内容体系符合现代图形学发展趋势，同时能帮助学生更深入的理解、认识形体，更有助于空间思维能力的培养。强化的徒手绘图和三维产品建模的训练，更贴近现代工程实际中产品设计和表达需求。
3.1 课程构建了教和学的新生态
传统的“机械制图”课程课前预习主要是通过课本预习，预习的效果无法评定和监控。课堂采取大班授课，以教师为核心，教学互动形式以课堂提问为主，课堂的活跃度不高，学生的参与性不强。课后的学习主要以课后作业形式来完成。成绩的评定以期末考试占70%，平时成绩占30%。平时成绩以课后作业完成度为主要评定方式，无法有效激励学生课外自主学习。教师和学生的交流方式通过固定时间地点现场答疑。
在新的教学模式下，依托多种信息化手段，建设线上线下混合式教学过程，做到课前有准备，课中有收获，课后有拓展。学生的预习通过线上慕课、移动式自主学习系统、新形态教材等完成，通过教学工具推送预习任务，教师可以通过线上教学工具线上监控预习任务的完成效果。线下课堂中，教师回顾课程知识点改为线上课堂前测，学生的预习、复习效果得到验证，为线下教学活动提供指导。课程教学中，由于部分基础的教学内容提前到了课前的慕课，课堂中有更多的时间进行以练代讲、小组探究，课堂互动性增强。采用多种方式活跃课堂气氛，教学工具随机点名，课堂分组每次随机，促进学生的合作能力。课后课堂实录上传至线上，基础差的学生可以重复观看。课后除了传统的作业外，还增加了增强习题微课。对于学有余力的学生，可以自主选择观看拓展的习题微课，打造课程的高阶性。教师和学生的交流方式也从单一的现场答疑转变为了QQ群+MOOC平台+现场，教和学构成了良性的循环和互动。课程成绩评定降低了期末考试成绩所占的比重，增加了平时成绩占比。平时成绩中强化了学生课前、中、课后综合的学习表现。慕课学习、互动答题、小组讨论等学习数据都由教学工具记录作为成绩评定的依据，评价更具科学性与激励性。从线上线下的学习数据与评价反馈来看，学生普遍对知识掌握有所提高，课堂互动性变强，学生的提问从广度和深度上都有所提升，提高了“教”与“学”的效率。
3.2 学生创新能力增强，人才培养质量提升
在教学中不断渗透工程意识和培养团队精神，搭建了系列测绘与拆装、系列大赛与认证为载体的创新实践平台。通过鼓励学生参加教育部和中国图学学会组织的创新大赛和成图大赛，开阔学生视野，厚实了学生基础知识和提高了工程素养。近5年来，机械制图教学团队指导本科生发表论文31篇，其中中文核心期刊25篇；
获授权发明专利42项，授权实用新型专利3项；
学生获国家级学科竞赛奖6项，省区级74项，获奖学生人数400多人；
本科生主持创新实践项目国家级大学生创新计划项目7项，省区级18项。
3.3 学生对课程满意度不断提升
从学生的评教结果来看，学生对课程满意度较高，任课教师教学质量综合评价优秀。学生对将课程知识与课程思政融合的教学效果与教学方法均给予正面评价，学生认为将课程知识点与爱国主义、传统文化进行融合，不仅有利于他们更好地理解知识要点，同时对自己树立正确的人生观与价值观，以及对进一步强化爱国主义、民族精神，提升职业素养有着积极的激励意义。
课程改革通过MOOC教学、智慧教学环境下的合作教研、优质教学资源共享共建、创新平台建设等丰富的方式，初步形成了常态下满足不同能力水平学习群体学习需求差异化的教学设计与实施方案。新形态的教学模式发挥了良好的示范作用，教学效果明显提升，学生的思想政治素养、学习能力、创新能力得到有效提高。后续继续探索应用新的教学方法与手段，更注重学生探究、创新能力的提高和价值观的塑造，更好地服务于智能制造人才培养。
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