张 鑫 ，涂德华 ，张晨东
(1. 厦门海洋职业技术学院 航海学院，福建 厦门 361012；
2.厦门大学嘉庚学院 机电工程学院，福建 漳州 363105)
工程图学是工科学生的一门技术基础课程，是机械、建筑、水利、道桥、交通类学生的关键课程，也是工科教育的基石。该课程教导学生如何用“工程语言”来描述其设计思想和具体方案、产品[1,2]。近年来，教育部为了支持“中国制造2025”、“智能制造”、“智能创造”等国家战略，迎接工业4.0(第四次工业革命)的挑战，先后提出了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，形成了新工科建设、改革的浪潮[3]。李晓方等推出并实践了“机械制图”与“AutoCAD”融合的项目教学法[4]；
丁乔等借鉴国外“以学生为中心”的教育改革经验，结合布鲁姆“掌握学习”理论，在实践教学中展开了线上与线下、课内与课外、理论与实际结合的混合式教学,取得了一些成绩[5-8]。陈亮等基于系统工程视角，将霍尔三维理论与工程制图课程融合，实践了移动学习、讨论课教学、创新案例教学、沉浸式学习方法，取得了较好效果[9]。近年来，随着“数字土著”以及“00”后大学生进入大学，特别在高职扩招的背景下，大量的高中毕业生、中职毕业生、社会考生进入学校，如何让新时代的学生学习并掌握工程图学依然是教育界研究的课题。
1.1 教师传授工程图学的现状
传统的工程图学教学是教师讲，学生听，教师现场示范，学生观摩、课下作业、教师评讲等方式为主。随着数字时代和网络时代的发展，教师的授课增加了PPT教案、电子动画、虚拟现实(VR)等方式。为了提高学生预习、复习、自主学习的效果，在纸质课本的基础上，增加了慕课、微课、云课堂等学习渠道。随着知识更新的速度越来越快，越来越多的新知识、新技术应用到实际生产、生活、教育中，一些新的课程加入到了大学教育中，现有课程(包括工程图学)的课时受到了压缩。为了能保证、提高教学效果，如其他学科一样，增加学生预习、自主学习时间的“翻转课堂”进入了工程图学教学。该教学方法取得了一些成效, 但该方法对概念、原理章节的教学效果不佳，对自主学习能力差和自律性不强的高职学生不太适用[10-11]。
1.2 学生学习工程图学的现状
根据众多学者的研究[5，12-13〗]和亲身与学生沟通、体会，学生学习工程图学困难或学习成绩不佳的主要原因如下：
a.部分学生由于专业调剂等原因，对工科专业兴趣不足，应付学习心态严重；
b.多数学生空间想象力弱或还没有形成;
c.课业重或课外活动多，可分配到工程图学学习的时间有限;
d.刚刚从高中或中职走进高职，脱离老师和家长的密切监督，大部分学生的自主学习习惯还没有养成；
e.对工程图学重要性、应用性理解不足；
f.在使用电子设备通过慕课、微课、云课堂等电子渠道学习时，常常受到其他电子信息的诱惑、干扰，如电子游戏。
另外，电子屏幕阅读可导致大学生近视的发生和度数加深，随着电子阅读的小时数增加，近视趋势更显著[14-15]。
1.3 企业使用工程图学的现状
通过上世纪九十年代的“甩图板”工程，如今绝大多数企业已使用二维或三维软件绘制图纸或图样，描图员岗位也退出了历史舞台。只有在手工测绘、维修等特殊情况下，工程人员才使用手工绘图。同时拥有二维和三维软件工程人员，多先使用三维软件建模、设计产品，包括并行设计、交叉设计、模拟仿真等分析，再产生二维图纸或图样，添加公差、材料、表面粗糙度等技术要求。相对单纯的二维设计方法，特别是与过去的图板画图比较，现在的三维软件建模设计极大提高了设计者的设计效率。
在企业中使用工程图学的现状如表1所示。企业要求第一层次人员，能结合设计原理、工艺学等其他课程，快速、准确地表达设计意图；
第二层次人员，能通过图纸或图样识别零件和产品，高效率、最优成本制造零件及产品。在并行设计的产品过程，各个部门的人员通过图纸或图样快速沟通，提高效率，缩短项目时间，节约成本。
表1 工程图学在企业应用一览表
从宏观和微观的角度出发，大学的客户是国家、企事业单位、学生家庭、学生本人组成的多面体。学生具有家国情怀，立德树人、追求真理是中国特色的大学教育目的。对于大学人才培养体系基本理念，学术界也提出了“教学为中心”、“科技为中心”、“教师为中心”、“学生为中心”、“大学以教学为中心和教学以学生为中心”的“双中心”等不同观点[16]。
如前所述，工程图学是一门工程实践中产生的“语言”，它会随着实际的生产和技术水平而变化。随着电子技术和软件业的发展，如今，企事业单位对工程图学只有两个层次要求：一，学生熟练掌握工程图学这门“语言”，即识图；
二，学生能熟练使用二维和三维软件绘制图纸或图样，不再要求手工绘图质量。对于学生包括其家庭而言，高效率(低时间成本)、高质量、无害(不近视)掌握工程图学是他们的述求。对于单一课程而言，满足这两大客户的需求是工程图学教学立足点，即“以客户为中心”的教学理念。
3.1 教学主体维度
学生做为工程图学教学的学习主体，随着“精英化”教学向“大众化”教学的发展，大学生人数越来越多，学生层次越来越多样化，特别是贫困学生的隐私、自尊、自卑等因素也影响到了教学质量[17-19]。针对这种新变化，多数教师提出了分层次教学思想。而教师只有一个人，存在不能兼顾每一个学生、每一个层次的现象。特别是在师生比远远没有达到1∶18的学校，该现象更为普遍。
传统的工程图学教学，多是教师和学生的组合；
在以客户为中心的工程图学教学模式中，增加了企业导师与学生的组合和学长导师与学生的组合。工程图学的企业导师，需要熟练掌握二维和三维图纸的绘制，具有工程师职称。工程图学学长导师，需要在工程制图比赛中或大学生创新大赛上取得好成绩的高年级学生。
工程图学企业导师和学长导师可以与教师形成互补关系，多层次地介入工程图学的教学、多角度地深入解决学生在学习工程图学的难点。具体工作如下：在工程图学前期，企业导师或学长导师现场演示三维和二维图纸或图样的绘制；
如企业导师时间限制，也可录制视频资料；
工程图学教学期间，建立QQ或微信等工程图学学习讨论群，分享工程图学学习经验并回答学生问题；
工程图学教学后期，提供实际产品的工程图学试题参考。
3.2 教学顺序维度
传统的工程图学，从点、线、面等开始教学，并逐步通过二维平面图、投影原理和一些实物建立学生的空间想象力。由于人类认知是从三维向二维转变，而且现多数企业设计产品，也是先三维图纸、再进行结构分析、运动仿真等优化，最后转变为二维图纸，工程图学的传统教学顺序不符合人类认真规律，也不符合客户的使用顺序[11]。传统的教学方法使一些空间想象力不好的学生无法理解授课内容，逐渐失去工程图学学习兴趣，从而失去整个专业的学习兴趣。或者，在传统的工程图学教学顺序下，空间想象力不好的学生需要大量的实践才能建立初步的空间想象力，常常使这些学生产生事倍功半的印象。
以客户为中心的工程图学教学模式中，三维实体建模优先教学，通过三维向二维转变，学习主视图、俯视图和左视图等二维工程图。将三维虚拟实体与二维工程图有机的结合，高效率培养学生的空间想象力，快速增加学生的工程图学兴趣。对于空间想象力不好的学生，可以起到事半功倍的效果。国内外多所大学工程图学教学已经试点三维实体建模优先的方法，同时解决了工程图学传统教学中缺乏与二维图样一一对应的三维实物问题，教师和学生反馈积极、正面[11，20]。
3.3 教学投入维度
国内外学者的研究都证明大学生教学的投入与学生的学习收获成正相关关系[21-22]。教学投入是指老师和大学生在教学活动中投入的时间和精力，以及学校在促进教和学而提供的支持和条件。教学投入维度关系见图1所示。
图1 教学投入维度关系图
在教的维度，针对学生数量和不同层次，除了增加单个老师的时间和精力，也可以通过企业导师、学长导师、助教等方式增加老师数量，达到教在工程图学的投入增加。在学校的维度，可以通过教学实物、公共电脑、机房、二维软件、三维软件、公共移动学习终端、图学竞赛等方式，增加学校在工程图学的投入。在学的维度，对于单个大学生来言，不可能在个体数量增加投入，只能在单个学生的有限时间和精力合理分配给工程图学。单个生在保证预习时间、课堂时间、复习时间、作业时间、上机实践时间外，还可以利用碎片时间、社会交往时间、其他相关课程时间学习工程图学。微课和工程图学题库等书籍是学生利用碎片时间的工具。而加入工程图学项目小组和学生创新大赛等活动，即锻炼了大学生的社会交往能力，也提升了其工程图学的能力和熟练度。工程图学是工科大一学生的基础专业课，在其他专业课程中，学生还会持续练习或使用工程图学。
因此，在工程图学教学投入维度，单个学生学的投入是至关重要的一维。保证每个学生的工程图学的学习时间，是学好工程图学的必要条件之一。
3.4 教学考核维度
以客户为中心的工程图学教学考核，在原有工程图学课程考核的基础上，增加企业实战考核。即将原学期或学年的工程图学考核设为预考核，在完成其他专业课程学习并在毕业设计前，增加企业实战考核阶段。在企业实战考核阶段，主要考核学生的识图和绘图两种实战能力。如机械专业的学生考核题目主要有两点：一，根据实际零件的二维图纸或图样，绘制实际零件的三维图；
二，根据零部件的三维图纸或图样和技术要求，按照标准绘制零部件的二维图纸。
在预考核阶段成绩不理想的学生，通过后期的专业课程学习和泛在学习，提升自己的识图和绘图能力，如学生通过企业实战考核，即通过工程图学的考核，获得学分。特殊情况下，如学生在工程图学正相关的竞赛获得奖项，也可以获得工程图学的学分。而对于在职学生或有工程图学经历的学生而言，是否能通过企业实战考核阶段，可以验证其是否可以免修工程图学课程。
3.5 教学其他维度
如前所述，经过工程图学大量学者、教师努力和实践，许多新方法和新设备应用到工程图学教学中。由于每种方法和设备都有其优、缺点，教师需要针对班级每个学生特点和实际情况，因才施教，即混合式教学方法。在教学过程中尽量使用学校公共设备和资源，避免要求学生在课外使用昂贵设备或稀缺设备，造成贫困学生心理负担和学习困难。特别对于手机成瘾或依赖强的学生，尽量减少其使用手机等终端产品预习和自学行为[13-25]。
工程图学是工科大学生最早接触的专业基础课程，该课程还肩负着培养大学生建立工程概念和工程兴趣的启蒙。弱化工程图学手工绘图的要求，提高计算机三维、二维绘图比例和要求，即满足了社会对人才的新要求，也减少了大学生对工科学科“脏、累、苦”的印象。以客户为中心的工程图学多维度教学模式，可以满足大学生大众化、多元化的发展趋势及现代企业的社会需求，也可以提升大学生学习工程图学的效率和对工程专业的兴趣，并兼顾了教育公平性。
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