[出处] 教育教学论坛_2022年第27期

于旻 刘庆立 史鹏涛

[关键词] 新工科;案例衍生;教学模式;工程制图

[基金项目] 2019年度陕西科技大学线上线下混合式教学改革项目“基于互联网+的创新创业教育与工程制图的教学融合”（123063009）

[作者简介] 于 旻（1986—），女，山东临沂人，博士，陕西科技大学机电工程学院讲师，主要从事工程图学、材料成型及控制工程研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）27-0097-04 [收稿日期] 2022-01-28

新工科建设是实现高等工程教育内涵式发展的必然要求，是应对新一轮科技革命与产业变革的重要举措[1]。研究工程教育的特点与探索工科课程教学改革的新方法、新模式对培养高质量新工科人才具有重要的学术价值和现实意义[2，3]。工程教育的本质属性是实践性，而工科学生在本科阶段很难有机会参与复杂的实践活动，导致学生在后续的学习和工作中面对实际问题无从下手，更谈不上去创新[4，5]。

为了解决这一问题，案例教学法被广泛应用于工科教学中，它让学生在特定的情景中综合运用所学的多学科知识分析和解决问题，对于培养工科人才的实践性和综合性很有帮助[6-8]。然而，工科专业课程门类多、学时紧、节奏快，学生往往对于案例教学的课前准备不足，又欠缺综合应用理论知识的能力，以至于案例教学法“学生的主体性、过程的互动性、思维的启发性、形式的实践性及结果的多元性”等特点无法发挥出来。这就急需在案例教学的基础上进行进一步衍生，创新性地构建一种案例衍生的教学模式，引导学生主动参与并完成知识、方法、情感等的拓展，提高自觉意识和能力，实现对知识的深度理解、迁移升华，从而衍生新知识、提炼新方法，塑造正确的价值观。

在工科教育中，工程制图课程是所有工科生的基础课，课程研究表达机械设计对象技术信息的理论、方法与技能，是一门既有理论又有较强实践性的公共基础课。本文以陕西科技大学“工程制图”课程为例进行课程教学模式创新的探索，以“学生发展为中心，以激发学生创新的原动力”为抓手，在教学实践中逐渐形成了案例衍生的教学创新模式，探讨其独具特色的教学模式，以不断完善该课程的教学内容与方法。

一、“工程制图”课程教学的现状分析

（一）学生的空间构形能力提升难

学生此前一般没有任何生产实践方面的经验，无法将空间立体模型与身边实物联系起来进行直观性学习，面对复杂的立体构形问题，学生常常想不出，或者想出来但不会表达，在立体构形中束手无策。

（二）基础理论与专业实践结合难

学生的专业跨度大，各专业的要求不尽相同，但是工程制图作为一门基础课，课程内容主要以共同性的基础内容为主，现有的知识范围难以适应不同专业的特殊需要，因此很难与专业实践相结合。

（三）學生的图学素养培育难

学生缺乏实践经验，无法切身体会到图样绘制和阅读的差错会给生产带来损失，甚至造成事故，很难建立起工作责任感。

二、案例衍生教学模式的创新设计思路

团队在改革探索中发现，教学创新之道在于“激发学生的创新”，因此将教学创新的着力点聚焦在激发学生创新的原动力上，提出了案例衍生的创新理念。

首先，在学生的空间构形能力培养方面，鼓励学生由基础案例自主构形、随机组合，进而衍生出无限可能的挑战度案例;其次，在理论与实践结合方面，通过将工程案例简化成若干基础模块，再经过学生的重构，衍生出改进、创新案例，培养创新思维;最后，通过学生扮演不同角色对案例纠错，形成警示案例，使学生在主动纠正错误和不同角色的转换中，提升图学素养。

三、案例衍生教学模式的构建与实施

（一）基础案例衍生模式——学生对基础构例自主构形、随机组合，衍生出无限可能的挑战度构形案例，提升学生的空间构形能力

为了提升学生的空间构形能力，团队提出了由学生对基础案例自主构形→随机组合→“碰撞”出新构形→进而衍生出无限可能的基础案例衍生教学创新模式，这种模式一改传统教学教师给定案例、学生分析案例的教学方法，在学生的主动参与和深度思考下，学生自主组合、自主创新、自主挑战，体现了“两性一度”的理念。

实际教学中具体实施策略（步骤）为：教师给出基础案例，甲组同学得到的是圆柱，乙组同学得到的是圆锥，甲、乙两组同学各自对手中立体进行构形，甲组构形出立体1和立体2，乙组同学构形出立体3和立体4，甲组和乙组的方案随机组合，形成立体5和立体6，接下来交给丙组同学，丙组同学通过叠加或切割的组合方式，完成立体n1和立体n2的构形，然后再交由丁组同学继续完成构形，如此可以一直不断衍生组合出无限可能的构形方式，形成非常具有挑战度的案例（如图1）。

基础案例衍生活动加深了学生空间构形能力的训练深度，锻炼了学生对立体表面交线、组合体表面连接关系、组合体构形方法等知识的掌握能力、使用能力，完成了学生对之前章节内容的反馈，形成教学过程迭代。活动结束后，学生在学习通上传自己的作品，通过小组互评，形成本次成绩。

（二）工程案例衍生模式——将工程案例简化分解成若干基础理论，然后由学生重构衍生出改进创新案例，理论与实践相结合，培养创新思维

相较之前构形训练的无限可能，专业实践是有限的可能，如何在有限中进行创新？这就需要构建工程案例衍生模式，如图2所示。

1.教师首先从专业实践中提取工程案例，将专业高阶案例模型化，然后简化、分解对标到基础理论，如从材料成型专业注塑模具案例中提取Z型拉料杆，然后将其模型化，接着进一步简化、分解对标到图学基础理论的知识点：回转体的投影、平面与回转体表面相交和两回转体表面相交，自上而下完成教学案例收集。在工程案例的拉动下，丰富了基础理论的模型案例库。

2.在课堂教学中，层层推进，逐步将学生由基础理论导向专业实践，让学生感受到学以致用、有的放矢。紧接着，引导学生结合构形训练和及时补充的专业知识（如拉杆在注塑模具中的作用和动作机理），由下而上推动递阶，学生主动重构、衍生出原生案例（Z型拉料杆）的改进案例（球头拉料杆）、创新案例（倒锥型拉料杆）。通过工程案例衍生模式，实现了基础理论与专业实践深度融合，培养了学生的创新思维能力和解决实际工程问题的能力。

（三）案例纠错衍生模式——通过学生扮演不同角色对案例纠错，形成警示案例，学生从实践中汲取经验教训，潜移默化中培育图学素养

能够绘制和阅读工程图样、具备空间构形能力是图学素养的核心基础，除此以外，通过课程学习培养起来的科学思维方法、严谨细致的工作作风、遵守标准规范的自觉性、责任意识、使命意识等也是图学素养的重要组成部分，更是课程思政的主要目标。

针对学生由于缺乏生产实践经验，无法切身体会到图样绘制和读图差错带来的工程后果的学情，我们提出了案例纠错衍生的教学模式（如图3），在教学方法上通过创设情景，使学生随着理论知识的逐渐深入，不断转换角色，设身处地地站在“设计工程师→工艺工程师→总装工程师→质量工程师”的角色立场，对图纸案例检查和纠错，进而从结构表达、制造工艺、装配工艺、质量安全等方面衍生出不同的改进意见，形成警示案例。

例如图4的这个泵体的图纸，如果从画法来看，并没有问题。但是如果从总装工程师的角色来看，这个泵体底座的设计就很不合理，没有留下安装螺钉所需要的空间。此时，学生扮演的总装工程师就提出改进意见，延长底板的长度，增大这里连接圆弧的直径，从而留出安装螺钉的空间。通过案例纠错，学生积累了实践经验，能够切身体会到图纸绘制错误或设计不合理可能导致的工程后果，此时通过创设情景，结合课程思政，很容易使学生建立起工作责任感。

新工科建设着眼于工科，落脚点在人才培养，意在培养和造就一批多样化、创新型的卓越工程科技人才。本研究根据工程教育的实践性特点，培养学生的实践能力和创新能力，在教学过程中创新地提出了案例衍生教学模式，以“工程图学”课程教学为例，通过基础案例衍生，由学生构建起一个开放的、无限的、活的案例库;通过工程案例衍生，探索建立基础课与专业课的桥梁;通过案例纠错，学生经历了整个行业的设计过程，站在不同的工程师的度去看待未来的职业，最后提升了思想境界。这一创新模式有利于提高学生的创新思维，有利于打通基础课与专业课的壁垒，有利于激发学生的创造潜能，有利于学生自觉遵守国家标准和行业规范，形成严谨认真的工作作风。通过案例衍生模式的教学改革，为新工科教育公共基础课程的教学改革开辟了一条新路。