基于新工科的图学课程体系建设与实践

工程图样表达机械运动原理及功能性设计为核心，在零件结构功能设计上充分利用形体特征分析方法，形成工程图学新体系；通

过工程制图内容的重新组织，引入工程项目案例式教学，强化工程制图功能创新设计,破解工程制图课程图形表达与功能设计割

离、教学内容封闭性与跨专业知识融通的问题。［关键词］新工科;工程制图；功能设计;教学方法；工程素养［中图分类号］G642.3 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2020）05-0052-04当前,新一轮科技革命和产业变革加速演进,人工智 能、大数据、物联网等新技术、新应用、新业态方兴未艾 但目前我国高等工程教育面临着很多问题，学校专业人 才培养过程中教学内容陈旧，实践技能与企业技能需求

对设计内容进行详细设计时,学生往往不知所措,一脸 茫然,提交的设计中看不中用，与工程设计和制造的要

求相距甚远。（二） 工程图样表达与产品功能设计割离，教学内容

“两张皮”,专业技能与企业技能需求最后“一公里”问题，

即所学专业技能与产业需求不完全契合等,高等工程 人才培养瓶颈对国家工业高速发展形成了巨大制约。衔接不当机械结构都具有特定的功能,工程制图课程重点在

机械结构的表达,机械设计课程重点在机械结构的功能 设计,二者之间相互衔接。由于大学一年级的学生还没 有学习机械设计的相关知识,工程制图教师要具有丰富

对于机械类学生而言,工程制图能力是专业能力的 基础。作为工程师的语言,工程制图课程培养工科学生

空间思维与表达能力，同时，在绘图过程中大量国家标

的工程实践经验,将产品功能与工程图样表达融合在一

准的正确运用能让学生形成严谨、规范、认真的工作作 风。以工程应用为支撑的工程制图课程为大一新生开

起,避免就事论事。如果工程制图课程只讲形体结构的 表达,不涉及机件的功能结构分析,学生在学习时只是

启了专业学习的首道大门。工程制图课程打开专业之 门,呈现在学生面前的应是一幅多彩如幻的工程世界。机械记忆作图的规范,当在毕业设计环节中需要进行结 构功能表达时,不能用合理的表达方法正确表达自己的

一、图学课程现状分析设计思想，这样的教训每届毕业生都有学生会遇到。（三） 教学内容封闭性与跨专业知识融通之间的矛盾浙江大学宁波理工学院（以下简称“我校”）工程制

图类课程虽然经过一系列改革和教学创新，但实践性训练 教学仍然是课堂教学的薄弱环节,其普遍存在如下问题。工程制图针对专业不同划分为机械类、近机械类和

非机械类,知识体系与专业紧密耦合,表达出知识结构 的完整性和封闭性,而工程实际需要跨专业、跨领域交

（一）重理论，轻实践，教学理念存在一定偏差叉融合,现有的工程制图内容体系不能满足新工科跨界 融合特点。二、图学课程教学体系改革现代科技的发展，三维建模工具如Solidworks、 UGNX、CATIA等给产品表达带来质的变化,三维设计、 二维工程出图和有限元仿真分析已是软件工具的必备

基于上述问题,本文以新工科图学体系建设与实践 为突破口，以在线开放课程、新形态教材和学科竞赛为

功能,三维软件的引入使工程制图教学内容更贴近企业 实际需求。但在工程制图教学实践中，三维设计软件操

载体,以新技术、新理念及新模式为支撑,破解目前工程 图学课程存在的教学困境。（一）课程内容体系的改革作的方便性和三维模型的易表现性会使学生热衷于产

品的外观概念设计,而对于机械结构零件间的配合关 系、技术要求及复杂装配二维工程图样的表达等知识掌 握不到位,在毕业设计、课程设计环节需要按工作原理

以新工科图学课程体系建设为切入点,以结构功能

表达为主线纵向贯通课程知认体系,从零件图及工艺结

［收稿时间］2222-03-28［基金项目］本文受浙江省教育厅高等教育\"十三五”教学改革项目（项目编号:jg20180441）、浙江省教育厅\"十三五”省级重点 建设实验教学示范中心立项建设项目、浙江省教育科学规划课题（2210SCG210）和宁波市教育科学规划课题（2210YGH057）资助。［作者简介］张学昌（1965-），男，山西永济人，博士，教授，研究方向：机械产g创新设计与建模技术。52University Educatioo构的深入了解引导学生步入机械设计、机械制造领域， 企业真实产品，通过产品的三维数字化模型讲解其功

装配图的读图和绘制带领学生进入机械专业高级阶段。 以图学技能需求为基础横向贯穿课程知识体系,通过跨 专业项目引领，凝练各专业图学技能,构筑跨新工科图

能，并进一步分析零件形体结构的合理性，以启发学生 的空间思维。以截止阀、齿轮油泵等简单产品为例，分

析其功能及工作条件，然后由功能构思合理的结构，进 而完成图样表达。在实际教学过程中，融入学生创造性

学课程知识构架，突出基于功能的零部件结构设计和 表达，可促进学生形体结构创新能力和设计表达能力

思维，加强学生实践动手能力培养。2. 空间思维能力培养是新工科图学的重点。建设

的提高02 O重新梳理工程图学理论基础及相互知识点的逻辑 联系，以树状图为纲，在图样表达技巧、工程图样方面突

浙江省线上开放共享课程<<新工科图学，新的课程理 念、新的教学模式会随着线上的推广而使学生受益。工

出专业特性,所有案例既有工程实际的二维图样，也有 程图学空间思维的训练需要大量的练习才能内化为学 生的专业技能，通过新形态教材构建课程习题集完整视 频解析答案,所有实例真实体现绘图的每一个步骤，每 一笔动作，学生身临其境般体验工程图样的诞生,学生在 自学、会学的环境下，形成乐学的良好学风生态。SolidWorks等工具可以打开的三维模型。典型零件图及 装配图涵盖机械设计制造及其自动化专业、高分子材料 与工艺专业、能源与环境工程专业、机械电子工程专业、

电器工程及其自动化专业，其二维图样具有真实的工艺 及相关技术要求，学生接触到的是企业实际产品。教学内容的改革体现在新形态教材及在线开放课

3. 加强工程意识的培养。工程案例进课堂、科研成 果进教材，将机械制图课程教学与计算机辅助设计、工 程仿真分析结合起来，培养学生的工程意识。实体测绘 与产品数字化建模，训练学生从测量工具的使用，到徒 手草图绘制，再到三维模型建立及装配，最后输出合格

程之中。通过微视频、微动画、PPT及微课堂将新工科 图学知识体系呈现出来。（二）教学方法的改革1.形体构思为主线。以案例式教学方法为主，引入 的工程图样，这个过程锻炼了学生综合运用工程制图的改革内容和

科H

功能表达的

课程知识体投影\\投影［及相互关及相互关丿Ki教学方法改革体的空间

投影及相 互关系组合体呛 构成及表 面相交关L教学手段改革机械电子工程 基于OBE的专业制

图要求课程知识跨界融合机械设计制造及其自动化基于0BE的专业制图

要求手业交文\\

融合 在线开放课电器工程及其自

动化

基于OBE的专业制

图要求新工程图学在线开放课程建设

高分子材料与工程 基于OBE的专业制图

要求基于新工科 的师资提升化学工程与工艺 基于OBE的专业制

图要求能源与环境工程 基于OBE的专业制

图要求学科竞赛

前沿技术视频 化

新

形态教材建设

图1新工科图学体系建设53教师素质 提升/新形态教材基于新工科的工程图学教、学模式探索模型数字化\"工程图学

基础机械电子工程 基于OBE的专业制机械设计制造及其教学方法 提升项目式教学 作业模式探索电器工程及其自

动化 基于OBE的专业制

图要求大数据跟踪与 个性化培养高分子材料与工程基于OBE的专业制图能源与环境工程 基于OBE的专业制

学科竞赛图要求化学工程与工艺基于OBE的专业制具备工程制图素质能 力的新工科人才教学内容全国先进成图 机械设计 挑战杯图2项目实施方案知识与能力,使学生对工程图样的理解从作图规范上升 到功能合理性和生产制造的理解。的合理性和工程性,既能学懂又能记住。（三） 构建了 “助学”与“助教”相结合的新工科图学

三、新工科图学课程实施方案（一） 构建了适应多专业、易扩充的新工科图学课程 资源体系，促进了不同专业大学生的图形技术和图形素 养能力培养教学网络资源平台，促进了学生自主学习，有效提升了

工程图学教学质量依据工程图学课程规范、知识点特征，将教学视频、

知识点微课、原理动画、多媒体课件等教学资源集成于 一体，构建立体化新形态教材。将教材、作业测试等教

根据高水平应用型人才培养要求和各类专业应有

的图形素养和专业能力、不同教育类型、不同层次教学 要求,制订了不同的课程培养方案，即符合人才培养需

学内容中的原理、方法、过程全部呈现于网站，对典型例

题的分析和解答过程进行设计制作,每题均给出解题思

要的三个层次（即两个平台、一个提高）的课程体系。第 一层次面向非机械类、信息类、艺术设计类、经管类等专 业,以培养形象思维、工程意识和一般图形处理技术为

路、步骤与标准答案,在题目的教学设计过程中,加入讨

论的环节,留给学生独立思考的空间,更好地体现教师 “引”与“导”的作用。结合CAD等级考试，学科竞赛、数 字化装配等形成线上线下、课前课后不受时空限制的实

特色的图学通识教育工程图学课程基础平台;第二层次 为面向机械类、近机械类的以专业技术基础为特色的图

践教学虚实化体系,实现学生工程图学能力四年不断线 的培养。（四） 构建“变被动为主动”新工科图学课程作业评 价体系形技术基础平台;第三层次为以培养设计、创新、实践能 力为一体的机械类专业图形处理技术课程提高体系，同

时建立了实践模块以加强学生实践技能培养。（二） 构建了基于结构功能设计的机械制图课程内

在工程图学课程课时不断压缩、课外作业批改工作

容新体系，使机械制图与结构设计有机结合，机械制图 与机械设计平滑衔接量不计入考核的情况下，采用新的教学手段来解放教师

的劳动。线上线下混合式教学过程中,加大线上测试环

机件或机器的结构决定于其功能需要和制造条件, 但一般机械制图仅对机件或机器已经确定的结构进行

节，学生作业增加学生互批环节；同时,引入学生自批订 正作业环节。这一方面促使学生利用新形态教材建设 成果,培养了学生的严谨作风和负责精神,另一方面使

表达描述,脱离对功能设计理解的表达,难以使学生掌 握图样表达的合理性和工程性，靠机械地记忆图形规范 和典型结构，学生只知其然而不知其所以然，难以达到

教师从单纯的批改大量作业的事务中解脱出来⑹。（五） 构建了专业视频资源库和廊道展示墙，多方面 提升教师素质预期教学效果。因此，我们构建了全新的、基于功能设

针对年轻教师“校门对校门”专业实践知识不足的

计的图样设计表达内容新体系，加强学生对机件或机器 基于功能的结构合理性和工程性的理解,并与后续课程 作平滑衔接。学生在功能理解的基础上理解结构形状

问题,采用“请进来”措施,请有丰富工程经验的企业工 程师来校进行专业讲授,并建立相关专业视频资库。通

（下转第（页）54标准，在此过程中，评价标准的制订主要围绕学生的三 把考核过程变成教育的全过程。[参考文献][1] 华国栋.差异教学论[M].教育科学出版社，北京,2001.种能力展开，包括思考与判断能力、动手实操能力、组织 实施与协调能力，具体如图6所示。评分项目及内容分

为三大部分,其中课题思路针对思考与判断能力，课题

内容针对应动手实操能力，团队合作的评价针对应组织 实施与协调能力，所占比例分别为30%、40%、30%。在 对上述能力进行考核的同时，课题内容评价细则里面包

[2] Carol Ann Tomlinsont, Susan Demirsky Allan.差异教学的

学校领导管理(Leadership foo Differeetiatin Schoola and

Classroom)[M].杨清，译,北京：中国轻工业出版社,2005.含“课题是否具有创新性”一项，包含了对学生的创新能

[3] 聂仁仕，范翔宇.高校学生差异化特征的量化评分方法

研究[J].大学教育,2013(10):115-122.力的考核与评价。四、总结[4] 曾友州，胡莹，牛洁，等.基于差异化视角的人才培养模

式构建与实践：以电子工艺与管理专业为例[J].成都航

考试的基本功能是指导和改进教学，是促进学生的 差异化发展，以考促教才是保证教育质量的前提。高校 课程考试作为高等人才培养的重要组成部分，在培养和

空职业技术学院学报，2019(1):7-9+13.[5] 田拥军，黄国庆.基于岗位能力的高职理工专业差异化

考试探析[J].大学教育，2013(2):46-47.[6] 张全福.差异化视阈下高校思想政治理论课考试考核方

实现学生的差异化发展中具有不可替代的作用，教师与

学生都应转变传统的考试观念，树立差异发展的教学理 念与现代考试观，建立多元化考试形式以适应不同的课 程特色。在实践过程中，应对课程考试内容、考试方式

式改革初探[J].齐鲁师范学院学报,2015(1)45-20.[7] 孙旭峰，陶阳.基于宽口径人才培养模式的结构力学差

异化课程教学实践[J].高教学刊，2018(22):85-87.不断充实和创新，以适应新时期的学生特点。通过优化

[8] 荣泉.差异发展教学理念下高校课程考试改进研究[D].

武汉：华中师范大学,2012.知识架构体系、完善考试评价体系，全面掌握学生的学

习情况，根据考试反馈做出相应的教学实践调整，以适 应学生学习过程中的心理变化。应充分发挥考试对 “教”与“学”的导向作用，形成有效考试,这样才能真正[9] 贺强，吴雪颖.高校学历继续教育融合Z景下的教学计

划改革研究[J].大学教育,2016(9):54-62.[责任编辑:刘凤华](上接第54页)

过企业典型案例的学习提升年轻教师的产品设计及工艺 规划能力，从而进一步提升工程图学课程的教学质量。四、 课程建设成效涵为引导，以在线开放课程和新形态教材建设为载体， 实现工程人才的跨界融合及个性化培养。[参考文献](一) 学生受益面广，人才培养成效显著实施范围以机械设计制造及其自动化专业为主，同

时兼顾机械电子工程专业、包装工程及能源与环境工程 专业。浙江大学宁波理工学院机械设计制造及其自动

[1] 新华社.*向第六届世界互联网大会致贺信[EB/

0L],(2212-10-20)[2022-01-21 ].http：//conrtapp.chinac-

化专业是学校最早建立的专业之一。学校下设5个学 院，其中机械与能源工程学院下设四个专业，分别是机

oueiro/fadu -xiangqinn-19177 l.html.[2] 中国新闻.陈宝生：高等教育要坚持以本为本推进四个

械设计制造及其自动化专业、机械电子工程专业、包装 工程及能源与环境工程专业，共计学生1346人,其中机

回归[EB/OL]. (2011 -06-21) [2222-01-21]. hotp://news.

cctv.chm/2013/f6/f1/ARTIrl6VmrcIKRZeRJvS0ZU13762

械设计制造及其自动化专业有学生646人。(二) 实验教学培养模式得到企业、同行认可我校针对学生的特点，设计了系列实践环节，并发

1ohima[3] 搜狐.吴岩：严起来难起来实起来忙起来把本科教育质

量实 实在在提起来[EB/OL].(2019-08-29)[2022-01-

21 ].http ：//www.ahr.chm/P337300754_691624.挥学生的主动性成立机械图形协会，引导学生自下而上

[4 ]李拓宇，李飞，陆国栋.面向“中国制造2025”的工程科技

积极学习，使大部学生较为完整地掌握图样表达和工程 建模方法，有效培养学生的创新设计和实践能力。5年

人才培养质量提升路径探析[J],高等工程教育研究，

2015( 6) : 17-23.来，学生取得了不少成绩，约有200余人次在CAD等级 考试及全国先进图形创新大赛活动中获得奖励。五、 结语[5 ]施岳定，张学昌，许少锋，等.加强实践能力培养的机械制

图课程改造研究：基于产品功能表达与设计[J].大学教 育，2017(1):58-59+62.新工科图学尤其要注重学生个性和创造性的培养， 加大跨学科课程资源的开发与整合，扩大通识教育课程

[6]张学昌，施岳定，吴红兵，等D变被动为主动”机械类工程

图学课程作业评价模式改革与应用实践[J].大学教育，

的可选择性，为学生提供更多满足个性发展需要的课程 选择机会。本文以工程图学为切入点，以新工科实施内

2016( 11)： 92-94[责任编辑:刘凤华]58