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摘要：基于新工科建设背景，以提高《工程测绘》实验课程教学效果为出发点，通过分析《工程测绘》实验课程存在的问题，以机油泵测绘实验为例，具体介绍了《工程测绘》实验课程进行的相应改革。具体从项目教学法的运用、创新思维的启蒙和创新能力的培养、虚拟仿真技术的利用、以及成果导向为教学取向的工程教育理念的树立四个方面进行了改革与探索，有效提高了学生实践创新能力，以满足新工科建设之人才培养的需求。
关键词：新工科；工程测绘实验；课程改革
本文引用格式：谷芳等.基于新工科建设的《工程测绘》实验课程改革与探索[J].教育现代化，2019，6（49）：65-69.
Reform and Exploration of“The Engineering Mapping”Experimental Course base on the Background of New Engineering
GU Fang,ZHU Lin,LI Zhuo-qun,HAN Bing
（College of Mechanical and Electronic Engineering,Northwest A&F University,Xianyang,Shaanxi,China）
Abstract:Based on the background of new engineering to improve the teaching effect of the《The Engineering Mapping》experimental course,the author researched the problems about the experimental courses of《The Engineering Mapping》.In the example of oil pump mapping,the corresponding reform of the《The Engineering Mapping》course was explained.The reform was carried out from four aspects:the application of project teaching method,the enlightenment of innovative thinking and the cultivation of innovative ability,the creation and utilization of virtual simulation experimental platform,the establishment and implementation of the engineering education concept about result,which effectively improved the students'practical innovative ability to meet the needs of new engineering.
Key word:new engineering;“The Engineering Mapping”experimental course;curriculum reform
“新工科”建设，是应对新经济的挑战，从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度，是在“卓越工程师教育培养计划”的基础上，教育部提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划[1]。开展“新工科”建设是教育部深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神，写好高等教育“奋进之笔”，打好提升质量、推进公平、创新人才培养机制攻坚战的重要举措[2]。2018年教育部公布了600多个“新工科”研究与实践项目[3]，高校“新工科”建设已经进入实施阶段[3]，“新工科”建设谱写了高等教育的新篇章，实现了人才培养的新机制。在高校“新工科”不只关注的新专业建设问题，也要关注已有专业的改进升级问题，因此，有必要改革创新《工程测绘》实验课程培养模式、改进课程体系、更新教学内容，提高学生实践创新能力，以培养引领未来产业发展的一流工程科技人才为目的。
《工程测绘》实验课程是机械类专业学生必修的专业基础课，其教学内容和实践过程涵盖了机械制图、加工制造、机械原理、设计创新及解决综合问题等多方面知识和技能。《工程测绘》实验课不能只注重巩固制图基础理论知识，更要注重培养学生的工程实践能力、解决实际问题能力和创新能力，为后续专业课程的学习打下良好的基础，使学生在专业成长的道路上迈出坚实的第一步[4]。本文以“新工科”建设为契机，以培养工程测绘能力为出发点，以提高工程实践能力为核心，以培养创新能力为导向，以培养适应产业发展的专业人才为目标，对《工程测绘》实验课程进行了改革和探索。
一 工程制图测绘实验课程现状
《工程测绘》实验课程是工程制图课程的一个重要实践教学环节，通过综合实践使学生接受比较全面系统的工程训练，培养学生的零、部件测绘能力，培养分析问题、解决问题的能力，为后续课程设计和毕业设计打下坚实基础。《工程测绘》实验课程虽然经历了十多年的不断改革发展，仍不能满足新工科人才培养机制的需求，需要不断改进，继续探索。主要存在问题如下：
（一）《工程测绘》实验课程在学生实践能力培养方面不足
长久以来惯用的教学法展示+讲解使得工程测绘实验课程在学生实践能力培养方面不足。如康宝来在机械制图实践教学环节整合的研究一文中提出现在的能力培养模式不能很好地适应学生就业需要等问题[4]；杨莉等在工程制图测绘教学模式的研究与实践一文中指出传统制图测绘的教学模式采用的手工绘图占用了测绘的多数时间，从而忽视了对零件设计、工艺结构、尺寸标注合理性等方面知识的理解和综合运用[5]。这与新工科背景下注重实践的“工程范式”高等教育模式不符[6]，工程范式的基本内容是按照工程的实践性、创新性、综合性和社会性确定人才培养定位，反推课程体系、重构教学内容，进行教学方等改革[7]。现代企业对员工综合素质的要求也越来越高，所以我们必须通过改革以提高学生实践能力，解决产教结合松散问题，使高等教育无缝对接产业。
（二）创新意识和创新能力培养不足，不能满足新工科建设需求
虽然当前的工程测绘实验课程经过改革已经有意识在教学过程中融入创新教育，但由于长期以来受以知识传授为主的教学模式的影响，课程无论在设置层面还是设计层面，创新教育都不强，严重阻碍了学生创新意识启发和创新能力培养，难以满足新工科建设需求。科技实力的竞争是综合国力的竞争重要组成部分，培养具有创新精神的人才才能有效地推动未来产业发展。
（三）教学过程互动性和先进性不强，不能激发学生学习动能
目前国外以信息技术为主导的新一波教育技术的快速发展，比如虚拟现实技术、虚拟仿真技术、可视化技术等有力地促进了教育领域面貌极大改观[8]，但国内情况不容乐观，新技术在高校日常教学过程中运用甚少。张宗波等通过对山东省和辽宁省9所高校中部分师生的问卷调查显示出本课程存在测绘模型单调、绘图方法陈旧、学生的课程参与感差等问题[9]。我校改革前的《工程测绘》实验课程同样存在测绘模型、教学仪器及实验技术陈旧的问题，教学过程互动性和先进性不强，学习结果探究性和个性化缺乏，导致培养的学生距离工程师的基本要求还有一定差距，不能满足人才培养需求。
（四）教育理念不适应
目前高校的工程教育理念与当前的变化和未来的发展需求不适应，严重制约新型工程技术人才的培养。高校是培养工程人才的重要场所，教师必须站在战略的高度并以战略的眼光和思维深化教育，以新工科战略为导向。工程测绘实验课程是机械工程专业大一学生的第一个实践环节，但因教学过程中产教不融合，不注重成果导向，导致不能推动成果转化、技术更新。
因此必须以“新工科”为导向，加快改革《工程测绘》实验课程改革，为国家经济发展和社会进步提供强有力的人才保障，这也是当前高等工程教育改革的时代使命与亟待解决的重要课题。
二 《工程测绘》实验课程具体改革措施
针对《工程测绘》实验课程中出现的问题，通过改进教学方法，完善教学计划、改善教学条件、树立工程教学理念等方法进行了系统的完善。我们既充分利用了我校工程测绘实验室现有条件，也积极运用新技术和创建新平台，本着与时俱进的思路，以机械专业工程测绘课程为对象，进行了一系列改革，使本课程教学效果实现质的飞跃。
（一）合理提升课程挑战度和高阶性，切实提高学生实践能力
实践能力是学生顺利运用已有知识和技能去解决实际问题所必须具备的生理和心理特征，其构成要素分成一般实践能力因素、专项实践能力因素和情景实践能力因素[10]。通过多年的教学实践经验得出：对于机械工程专业的学生，实践能力的提高必须考虑“专项实践能力因素”与“情景实践能力因素”的参与。学生在解决专业问题时需要在真实情景下，运用掌握的专业知识和技能，分析并最终解决实际工程问题，所以实践能力因素参与程度越高，实践能力提升越大。为了提高“专项实践能力因素”与“情景实践能力因素”的参与程度，对我校机械工程专业的工程测绘实验课经过两年的改革和探索，逐步改变了原有的测绘形式，通过引入项目教学法积极调到学生的参与性，提高课程的挑战度和高阶性。
首先给每组学生选择设计一个科学、合理、可行的项目。设计的项目融合有机械设计、加工工艺、机械原理、机械创新等多学科知识的整体性，且具有一定的挑战性、高阶性和针对性。下面以机油泵测绘为例说明项目教学法在测绘实践环节中的具体过程。编写的“机油泵测绘”指导书包括：项目任务、项目目标及操作过程，书中配有机油泵工作原理说明和装配示意图，如图1和图2所示。学生可以通过其了解各零件的功用，零件之间的相对位置关系，部分零件结构形状，部件的拆卸顺序等，然后对实体机油泵进行拆装，实现“情景实践能力因素”的参与。为完成测绘终极目标即机油泵各零件图和装配图的绘制，学生需要逐个测绘非标零件，结合运用高效快速的计算机绘图技术，减少手工绘图工作量，预留工作时间用于零件的设计和工艺结构分析，既调动了积极性又有一定的挑战性，提高了“专项实践能力因素”的参与程度。
学生在项目完成过程中，在不断分析解决问题的实践过程中，理解所学理论知识的具体应用，做到理论知识与实践知识的融会贯通，既培养了专项实践能力，又提高了情景实践能力，达到了良好的教学效果。
（二）贯彻落实新工科的教育教学理念，提高学生强创新能力
创新教育是培养学生创新意识为基本价值取向的教育理念，其目的通过教育达到启蒙学生的创新意识和创业精神。工程测绘实验课是使学生实现由学习领域向工作领域思维转变的一个重要环节。这一环节既可以锻炼学生基本测绘技能，又可以培养学生解决实际工程问题的综合技能，通过在实践过程中强调技术与方法的创新性，达到启蒙学生的创新意识和能力，使本课程成为我专业学生创新技能力的培养新平台。
学生经过一周的项目式测绘工作，最终完成机油泵零件图和装配图，包括了三大类零件和标准件：
（1）轴套类：输入轴、输出轴和轴套等；（2）轮盘类：齿轮；（3）箱体类：箱盖和箱体；（4）标准件：键，销以及螺纹紧固件等。为了调动学生在工程测绘中的主动性和创新性，启发学生创新思维，让学生以组为单位，对每个零件进行功能、材料、设计和加工等方面进行分析讨论，并提出切实可行的改进创新方案。这样不仅培养了学生的团队协作能力，也培养了学生的创新意识与创业能力。如图3所示是机油泵左端盖零件图，学生测绘完后指导老师提出问题：为什么左端盖面上加工月牙槽（A-A视图所示）？利用“问题学习法”，以问题为导向，以学生为主体，带着问题去开展探索创新，调动其主动性和创造性，达到启发学生创新思维，培养创新精神和创新能力的目的。通过一年级的创新意识启蒙和创新能力培养，使我院学生在全国、全省及全校各项竞赛中取得逐年递增的佳绩，16年我院学生获得各种竞赛奖励总计27项，17年为90项，18年为199项。
（三）以新技术为主导，增设虚拟仿真技术，塑造学生设计能力
采用虚实互补的课程结构旨在打好基础的前提下加强设计实践锻炼，注重测绘对象的再设计与创新，促使实践教育教学体系更加完善，使课程内容具有前沿性、教学形式具有先进性、学习过程具有探究性，学习结果具有独特性，培养出具备新工科人才应有的专业设计素质。
经过教研室多次探讨与研究，决定利用先进的虚拟建模仿真技术改变以往工程测绘中以机件的表达为目的测绘目标。老师指导学生将测绘对象进行建模，引导学生利用三维软件对测绘零件进行虚拟再设计改进，激发学生的学习兴趣和探索精神，变被动表达为主动设计创新，使学生通过本课程掌握一定的先进设计技术，为后续的机械设计、机械原理和机械加工等专业课程打好基础。基于虚拟仿真设计的零件直观性强，模拟拆装过程情景真实等特点，可以保证所有学生都能参与到虚拟仿真实验中，并将学生设计优化后的产品进行3D打印。通过这样的实践学习不仅可以掌握制图和设计的基础知识和基本方法，并学会运用所学知识解决设计中的工程问题，同时也使学生了解学习了模型与零件的区别与联系。从零件的创新设计到计算机虚拟建模、装配再到实体打印，使学生能够在低年级就接触了解到先进的设计和制造技术，并将工程制图与机械加工、机械原理、机械设计有机融合。丛文静等也证实通过建立工程制图虚拟实验室锻炼了学生的创新能力，取得了可喜效果[11]。采用“实虚”结合的方式改进实践教学模式，达到提高学生自主设计和创新实践能力，为培养新工科专业人才培养提供了先进手段和优质平台，使学生自主动手实验和亲历创新设计成为可能。
（四）树立以成果导向为教育取向的工程教育理念，激发学生的设计创新兴趣
工程教育专业认证是我国高等教育发展的趋势，我院预计在今年5月对机械设计与制造专业进行专业认证，所以本课程应按照工程教育专业认证的要求，深化专业认证的理念，推动和促进我院工程教育专业认证顺利进行。
成果导向教育于1981年由Spady等人提出后，并已成为美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念，认为教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后取得的学习成果[12]。工程教育理念中以成果导向为教育取向的教育理念在本课程改革中显现优势，课程组老师积极组织学生参加全国、全省和学校举办的先进成图与三维设计技能竞赛，参赛不仅展现了学生的创新设计作品，同时也充分吸纳大赛中的最新成果，形成“学习—成果—再学习—创新”的良性循环。同时也实现了由教师直接教授转向学生展示成果的转变，方便教学人员了解学生学习状况，从而提供改进教学方法的路径[13,14]。通过参赛很大程度上激发了学生的制图和三维设计的兴趣，充分调动了一大批学生的学习主动性，取得了良好的学习效果。这种以学生为中心的产出导向代表着一种新的工程教育理念，很大程度促进了《工程测绘》实验课程的教学发展，为满足工程认证的毕业技能要求起到支撑作用。
三 结束语
“新工科”的“新”体现在人才培养过程中的各个环节，本课程目前还处于不断改进和探索之中，如何加快《工程测绘》实验课程的深化改革，尚有待广大教师在教学实践中不断探索、应用和改进，这是新工科建设的时代使命，是我国工业发展的需求。期待通过不断地改革和探索，使《工程测绘》实验课程满足新工科建设需求，完成时代赋予高等工程教育的使命，适应我国战略发展的需求，为国家经济发展和社会进步培养高素质的专业人才。
参考文献
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