葛艷紅,胡楷雄,黃海,陳云
(武漢理工大學(xué) 物流工程學(xué)院,湖北 武漢)
資源是一切活動(dòng)的前提和基礎(chǔ)。優(yōu)質(zhì)高效的教學(xué)資源是高質(zhì)量教學(xué)的根基和保障。資源的建設(shè)不是籠而統(tǒng)之,而應(yīng)根據(jù)不同課程的特點(diǎn)有的放矢。《工程圖學(xué)》課程作為工科院校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要基礎(chǔ)課,具有不可替代性。多年來(lái),各高校圍繞《工程圖學(xué)》課程進(jìn)行過(guò)不少研究和改革實(shí)踐,取得了一些好的經(jīng)驗(yàn)和成果。譬如,《工程圖學(xué)》精品課程的建設(shè);各類教學(xué)模式、教學(xué)方法的改革;計(jì)算機(jī)輔助軟件的應(yīng)用實(shí)踐;考核方式的改革等等,但針對(duì)資源庫(kù)、案例庫(kù)建設(shè)的相對(duì)較少。較早的課程資源建設(shè)主要針對(duì)的是傳統(tǒng)的線下教學(xué),例如教材、掛圖、實(shí)物模型等等。近年來(lái)隨著在線MOOC、SPOC的興起,線上課程資源的建設(shè)也隨之興起,主要體現(xiàn)在視頻、課件和一些測(cè)試題上。線上線下的教學(xué)不是簡(jiǎn)單的二選一,而是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),相互融合。因此,課程資源的建設(shè)也應(yīng)符合新形勢(shì)的要求——線上線下立體化整合與優(yōu)化,拓展與創(chuàng)新。
《工程圖學(xué)》是研究表達(dá)工程圖樣的理論、方法和技巧的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。所謂圖樣,即按一定的原理和方法,準(zhǔn)確地表達(dá)物體的形狀、大小及技術(shù)要求的圖形。它是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、組織生產(chǎn)的主要依據(jù)。設(shè)計(jì)人員通過(guò)圖樣表達(dá)設(shè)計(jì)思想,生產(chǎn)人員根據(jù)圖樣加工制造,管理人員則通過(guò)圖樣實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的組織、管理與質(zhì)量控制。因此,“圖樣”也形象地比喻為“工程界的語(yǔ)言”,是工程技術(shù)人員必備的交流工具?!豆こ虉D學(xué)》課程就是提供學(xué)習(xí)這門特殊語(yǔ)言的途徑,是學(xué)生進(jìn)入工程技術(shù)領(lǐng)域的第一道門,也是今后從事科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、組織生產(chǎn)的基石。培養(yǎng)具有工程素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才是本課程的更高目標(biāo)。圖形性、工程性、交叉性、基礎(chǔ)性是它的本質(zhì)特性。
《工程圖學(xué)》以圖形為載體表達(dá)工程和產(chǎn)品信息。換言之,大量復(fù)雜的工程和產(chǎn)品信息用語(yǔ)言或文字是表達(dá)不清的,必須借助圖形表達(dá)。它可以用二維圖形表達(dá),也可以用三維圖形表達(dá)。圖形的閱讀和理解不能像“數(shù)學(xué)”課程那樣邏輯推理,也不能像“歷史、地理”課程那樣記憶性理解。而且常常地,需要在二維圖形和三維形體之間轉(zhuǎn)換,這就要求學(xué)生必須具備很好的空間想象能力和形象思維能力,這也正是學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)《工程圖學(xué)》課程困難的主要原因。傳統(tǒng)授課中經(jīng)常借助掛圖、實(shí)物模型等幫助學(xué)生理解,現(xiàn)代工程圖學(xué)教學(xué)中常常借助虛擬模型和三維動(dòng)畫(huà)幫助學(xué)生理解。
《工程圖學(xué)》最終要表達(dá)的對(duì)象是工程產(chǎn)品,是實(shí)實(shí)在在的應(yīng)用。這就要求課程必須理論聯(lián)系實(shí)際,與實(shí)際的工程應(yīng)用相結(jié)合。這一方面決定了《工程圖學(xué)》具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性,另一方面也決定了本課程在教學(xué)過(guò)程必須進(jìn)行大量的實(shí)踐訓(xùn)練,包括工程產(chǎn)品表達(dá)能力的訓(xùn)練,繪圖能力的訓(xùn)練,工程應(yīng)用能力的訓(xùn)練。如何在有限的學(xué)時(shí)時(shí)限內(nèi)達(dá)到訓(xùn)練效果的最大化,除了充分利用線上資源對(duì)傳統(tǒng)課堂的延伸外,選擇有代表性的典型產(chǎn)品進(jìn)行教學(xué)是關(guān)鍵。
《工程圖學(xué)》課程事實(shí)上是一個(gè)課程群。以機(jī)械專業(yè)為例,本課程包括畫(huà)法幾何、機(jī)械制圖和計(jì)算機(jī)繪圖三部分,如圖1所示。畫(huà)法幾何部分是用正投影的原理解決空間幾何問(wèn)題的圖示法和圖解法;機(jī)械制圖部分是研究怎樣用畫(huà)法幾何部分的原理和方法繪制及閱讀機(jī)器或部件的零件圖和裝配圖,并培養(yǎng)學(xué)生閱讀和繪制圖樣的能力;計(jì)算機(jī)繪圖部分則以交互式計(jì)算機(jī)繪圖軟件為工具代替?zhèn)鹘y(tǒng)的儀器或手工繪圖,實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化設(shè)計(jì)和繪制。
由此可見(jiàn),《工程圖學(xué)》是幾何學(xué)、投影理論、工程設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及現(xiàn)代繪圖技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是學(xué)生普遍反映很有挑戰(zhàn)性的一門課程。
圖1 《工程圖學(xué)》課程體系及內(nèi)容
基礎(chǔ)性是指課程的性質(zhì)和定位決定了授課的對(duì)象是大一新生。大一新生學(xué)習(xí)這門課程可謂是一張白紙,幾乎沒(méi)有任何的工程先念知識(shí)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)背景。剛開(kāi)始學(xué)習(xí)的時(shí)候,學(xué)生普遍感覺(jué)新鮮,但很快就體會(huì)到了課程的與眾不同。中學(xué)時(shí)代用于學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理、英語(yǔ)、歷史等課程的學(xué)習(xí)方法都不適用于《工程圖學(xué)》的學(xué)習(xí),表現(xiàn)出明顯的不適感、挫敗感。這就需要教師借助多種教學(xué)資源和教學(xué)手段幫助他們盡快適應(yīng)課程、進(jìn)入角色。
從廣義上來(lái)講,教學(xué)資源可以泛指在教學(xué)過(guò)程中可被利用的一切要素,包括基礎(chǔ)設(shè)施、教育政策、教師、教具、教材、課件、案例、圖片等人、財(cái)、物、信息。從狹義上來(lái)講,教學(xué)資源主要包括教學(xué)材料、教學(xué)工具、教學(xué)環(huán)境及教學(xué)設(shè)計(jì)。
由此可見(jiàn),教學(xué)資源是一個(gè)大系統(tǒng),涵蓋面比較廣。某種意義上說(shuō),教學(xué)資源的建設(shè)就是學(xué)科建設(shè)、專業(yè)建設(shè)、課程建設(shè)。不同的教學(xué)工作者從不同的立場(chǎng)和角度開(kāi)展不同的研究。但因?qū)W科不同、專業(yè)不同、課程不同,涉及的資源類型和數(shù)量當(dāng)然也不同。在進(jìn)行資源建設(shè)的時(shí)候必須有針對(duì)性。作為一線教師來(lái)說(shuō),圍繞課程進(jìn)行的教學(xué)資源建設(shè)主要體現(xiàn)在教學(xué)材料、教學(xué)工具、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)策略等等方面。
就當(dāng)前熱門的線上線下教學(xué)新模式來(lái)說(shuō),資源可分為線上資源和線下資源。當(dāng)然兩者之間不是截然分開(kāi)的,兩者既有交叉也有各自獨(dú)特不可替代的部分。表1為《工程圖學(xué)》課程的資源建設(shè)框架。
表1 《工程圖學(xué)》課程資源建設(shè)框架
下面選幾個(gè)有代表性的資源建設(shè)展開(kāi)說(shuō)明。
教材作為教學(xué)的基本材料,必須及時(shí)更新,以適應(yīng)時(shí)代的需求,適應(yīng)新形勢(shì)對(duì)人才培養(yǎng)的需求,適應(yīng)新教學(xué)形態(tài)的需求。當(dāng)下數(shù)字化制造、智能化制造越來(lái)越普及,三維設(shè)計(jì)成了主流。因此教材在傳統(tǒng)二維繪圖的基礎(chǔ)上增加了三維造型與設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用,并且落實(shí)到教材的各章節(jié)中。圖2就是內(nèi)嵌在“組合體”這一章中的由SolidWorks創(chuàng)建的組合體“支架”。圖3是由三維實(shí)體生成并完善以后的“支架”二維平面圖。這種空間到平面的過(guò)程正是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程,建模的同時(shí)建立了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程,為工程素養(yǎng)的積累打開(kāi)了一扇門。學(xué)生利用三維設(shè)計(jì)軟件可以天馬行空地發(fā)揮他們無(wú)限的空間想象,創(chuàng)造出很多意想不到的作品造型,這也正是發(fā)明創(chuàng)造之源泉。三維設(shè)計(jì)造型軟件的使用也更好地幫助學(xué)生理解一些在教學(xué)過(guò)程遇到的難以想象的空間幾何關(guān)系。如圖4是內(nèi)嵌在“立體及其表面交線”這一章中兩圓柱相貫時(shí)的交線及其變化規(guī)律,一目了然。
教材還在其他方面進(jìn)行了重建。例,為了適應(yīng)線上線下混合式教學(xué),對(duì)教材的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)分,以滿足教材內(nèi)容和在線微視頻的對(duì)應(yīng)和統(tǒng)一。
實(shí)物模型是《工程圖學(xué)》課程教學(xué)中最常用的教學(xué)用具,尤其在計(jì)算機(jī)普及之前的課堂教學(xué)中,使用頻率非常高。隨著計(jì)算機(jī)走入課堂,以及計(jì)算機(jī)建模軟件的廣泛推出,虛擬模型越來(lái)越多地代替了實(shí)物模型,大大節(jié)省了教學(xué)成本。但是,實(shí)物模型也有虛擬模型所不能及的優(yōu)點(diǎn),就是學(xué)生可以拿在手上看得見(jiàn)摸得著,這種切身體驗(yàn)會(huì)讓學(xué)生對(duì)模型結(jié)構(gòu)的印象更深刻。因此,不能一刀切地廢除實(shí)物模型,取而代之虛擬模型。要根據(jù)課程內(nèi)容的難易程度和訓(xùn)練目標(biāo)合理地選擇實(shí)物模型和虛擬模型。譬如,進(jìn)行“典型零件的表達(dá)方案選擇”教學(xué)時(shí),需要的是能夠反映性能結(jié)構(gòu)和工藝結(jié)構(gòu)的零件,越貼近真實(shí)產(chǎn)品越好,這就應(yīng)該選擇實(shí)物模型。進(jìn)行“剖切方法的選擇”教學(xué)時(shí),更適合選擇虛擬模型,因?yàn)樘摂M模型可以作任意剖切的嘗試,而實(shí)物模型是不可能的。除了一些必要的教學(xué)環(huán)節(jié)須選擇實(shí)物模型外,其它教學(xué)模型都可以選擇虛擬模型,經(jīng)濟(jì)方便,可以在線時(shí)時(shí)察看。實(shí)物模型可以外購(gòu),可以自制。
圖2 SolidWorks創(chuàng)建的“支架”
圖3 “支架”的二維平面圖
掛圖曾經(jīng)是《工程圖學(xué)》課程的重要輔助教具。為了節(jié)省板書(shū)時(shí)間,針對(duì)一些復(fù)雜圖形(如零件圖、裝配圖)常常借用掛圖輔助講解。隨著PPT課件廣泛代替了板書(shū),掛圖也淡出了原本的課堂教學(xué)。但筆者和團(tuán)隊(duì)成員認(rèn)為,掛圖在線下的課堂教學(xué)中仍然能夠發(fā)揮重要的作用?,F(xiàn)在的《工程圖學(xué)》課程教學(xué)基本都安排在專用的繪圖教室。因此,有些課程內(nèi)容很適合制成掛圖懸掛在教室四周。譬如,和課程密切相關(guān)的一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和制圖標(biāo)準(zhǔn)、典型機(jī)械零件和產(chǎn)品的圖形表達(dá)等等,制作成圖片掛在墻上,學(xué)生時(shí)時(shí)目染,久而久之就能達(dá)到潛移默化的作用。
圖4 柱柱相貫交線的變化情況
圖5 “殼體”的立體模型
圖6 “殼體”的平面圖形
圖冊(cè)比掛圖更顯靈活,可以收集各種典型機(jī)械零件和產(chǎn)品,制成圖冊(cè)。立體模型和平面工程圖形相互對(duì)照,如圖5和圖6所示。圖5為機(jī)械零件“殼體”的立體模型,圖6為“殼體”的平面圖形。學(xué)生既可以根據(jù)立體模型選擇表達(dá)方案繪制平面圖形,也可以根據(jù)平面圖形想象產(chǎn)品空間結(jié)構(gòu),構(gòu)建立體模型。由空間到平面、由平面到空間的雙向?qū)嵺`不僅鍛煉了知識(shí)的應(yīng)用能力,也鍛煉了讀圖、繪圖的基本技能,可謂一舉多得。另外,學(xué)生的錯(cuò)題集也適合做成圖冊(cè),正誤對(duì)照,清晰明了。圖冊(cè)既可以制成紙質(zhì)版作線下資源,也可以制成電子圖片作線上資源。
人才的培養(yǎng)沒(méi)有固定的模式,也不僅僅局限于有限的教學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)。課外活動(dòng)作為大綱教學(xué)的延伸和擴(kuò)展,不僅可以激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣,對(duì)人才培養(yǎng)也有著舉足輕重的作用,課外拓展資源的建設(shè)不容小覷,如圖7中右側(cè)的雙點(diǎn)畫(huà)線框所示。
建立課外興趣小組是簡(jiǎn)單易行且卓有成效的因材施教手段。那些學(xué)有余力,并對(duì)《工程圖學(xué)》有濃厚興趣的同學(xué)組織在一起,定期進(jìn)行一些課程大綱之外更深層次的探究活動(dòng)和實(shí)踐練習(xí)。興趣小組實(shí)行學(xué)生自我管理,教師參與指導(dǎo)的模式。實(shí)踐表明志同道合者在一起交流分享,互相影響,求知欲高漲,思維活躍,學(xué)習(xí)能力、反應(yīng)能力和應(yīng)變能力明顯提升,有相當(dāng)一部分興趣小組成員被選拔進(jìn)了教師的教學(xué)科研項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。正應(yīng)驗(yàn)了那句古話——興趣是最好的老師,是深入學(xué)習(xí)和探索未知的最大動(dòng)力。
學(xué)科競(jìng)賽也一直是深受教師和學(xué)生喜愛(ài)的課外活動(dòng)。教師以競(jìng)賽為契機(jī)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,提升教學(xué)效果;學(xué)生則以競(jìng)賽為平臺(tái),將知識(shí)學(xué)以致用,檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)成果?!豆こ虉D學(xué)》作為理工科學(xué)生的必修基礎(chǔ)課,很多學(xué)科競(jìng)賽與《工程圖學(xué)》課程都有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系,例如,全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽,全大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽,全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽等等。平日里,以競(jìng)賽為突破口有計(jì)劃、有組織、有層次地開(kāi)展 CAD繪圖競(jìng)賽、SolidWorks建模大賽、零件表達(dá)方案選擇大賽等多種競(jìng)賽,形成競(jìng)賽激勵(lì)機(jī)制,為學(xué)科競(jìng)賽選拔人才,以點(diǎn)帶面推動(dòng)課程教學(xué)。
隨著時(shí)代的變遷、科技的發(fā)展,教學(xué)資源的種類、教學(xué)資源的數(shù)量、教學(xué)資源的呈現(xiàn)方式、教學(xué)資源的獲取手段都越來(lái)越豐富。紛繁的資源只有有序地組織與管理才能更好地服務(wù)于教學(xué)的需求,才能更好地服務(wù)于資源使用者隨時(shí)隨地獲取資源的需求。
1.線下資源的組織與管理
線下資源包括教學(xué)素材資源和教學(xué)活動(dòng)資源。教學(xué)素材資源有教學(xué)文件、教材、習(xí)題集、實(shí)物模型、掛圖、圖冊(cè)等,都是實(shí)體,管理相對(duì)簡(jiǎn)單。如果有專用授課教室,則可以在教室的一角設(shè)置一個(gè)櫥窗或展臺(tái),用來(lái)放置這些實(shí)體資源。教師和學(xué)生可以隨時(shí)查閱。如果沒(méi)有專用授課教室,一般都有放置實(shí)物模型的專用模型室,則可在模型室開(kāi)辟一塊區(qū)域用來(lái)放置這些實(shí)體資源,定期對(duì)學(xué)生開(kāi)放。教學(xué)活動(dòng)資源是教師進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)所用的教學(xué)策略、方法以及創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情景等,非實(shí)體資源,由老師自行設(shè)計(jì)和發(fā)揮。
2.線上資源的組織與管理
線上資源是數(shù)字資源,需要借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來(lái)管理。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)一般根據(jù)資源的類型劃分不同的模塊進(jìn)行管理,如圖7所示。模塊下設(shè)的子項(xiàng)大多是平臺(tái)固化的。但是,教學(xué)是按照章節(jié)順序和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行的。每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的資源分布在不同的種類模塊中。譬如知識(shí)點(diǎn)的視頻和課件在“課程資源”模塊中,而知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的測(cè)試、作業(yè)又在“課程活動(dòng)”模塊中,使用者在學(xué)習(xí)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候需要顛來(lái)倒去去搜尋需要的教學(xué)資源,這嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效率和線上資源的使用效率。為此,對(duì)線上資源進(jìn)行了以知識(shí)點(diǎn)為中心的再組織,如圖7中最下方的虛線框所示。與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的教學(xué)文檔、視頻、課件、測(cè)試等資源都列在該目錄下,學(xué)習(xí)者用起來(lái)得心應(yīng)手。需要說(shuō)明的是,知識(shí)點(diǎn)下的這些視頻、課件、測(cè)試等資源和“課程資源”、“課程活動(dòng)”下的資源不是重復(fù)建設(shè),而是后臺(tái)資源在知識(shí)點(diǎn)下的呈現(xiàn)。這里還要注意知識(shí)點(diǎn)的編排順序須與課堂教學(xué)單元的組織順序一致,保證線上線下教學(xué)內(nèi)容邏輯上的一致性。
團(tuán)隊(duì)是資源的建設(shè)者,也是教學(xué)資源的一部分。團(tuán)隊(duì)成員的年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷層次、任教經(jīng)歷直接影響教學(xué)資源的建設(shè)質(zhì)量。反過(guò)來(lái),課程的資源建設(shè)又增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)的凝聚力、責(zé)任感和使命感,促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)成員的教學(xué)水平和教學(xué)能力的提升。
不同閱歷的教師見(jiàn)聞見(jiàn)解不同,考慮問(wèn)題的角度不同,處理問(wèn)題的方式也不同。資源建設(shè)時(shí),團(tuán)隊(duì)要有明確的分工,各盡所長(zhǎng),同時(shí)又加強(qiáng)合作,取長(zhǎng)補(bǔ)短。老教師要發(fā)揮經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì),以老帶新,傳遞優(yōu)秀的教學(xué)傳統(tǒng)、教學(xué)方法和教學(xué)藝術(shù),身體力行;年輕老師要發(fā)揮思想前衛(wèi)、思維靈活、新事物接受能力快等優(yōu)點(diǎn)緊跟時(shí)代步伐,把握教學(xué)的新發(fā)展、新技術(shù)、新形態(tài),帶動(dòng)老教師與時(shí)俱進(jìn)。團(tuán)隊(duì)成員定期開(kāi)展業(yè)務(wù)研討,交流思想,交換心得。大家一起集思廣益,頭腦風(fēng)暴,可以迸發(fā)出很多靈感和創(chuàng)意,創(chuàng)作出更多優(yōu)質(zhì)資源和教學(xué)成果。利用資源建設(shè)的契機(jī)進(jìn)行團(tuán)隊(duì)建設(shè),團(tuán)隊(duì)建設(shè)的同時(shí)進(jìn)行資源建設(shè),兩者相輔相成。
圖7 平臺(tái)資源的分類目錄及資源重組
資源是教學(xué)的根,要枝繁葉茂,全面提升教學(xué)質(zhì)量,必須配合多樣化的教學(xué)策略、有效的教學(xué)活動(dòng)、以及科學(xué)的考核評(píng)價(jià)體系。所謂好馬配好鞍,要發(fā)揮資源的最大效能,必須對(duì)基于線上線下的混合式模式進(jìn)行全方位的教學(xué)設(shè)計(jì),如表2所示。
表2 基于線上線下的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)資源的建設(shè)不能一蹴而就,也不能一勞永逸,是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱苦的工作,是一項(xiàng)龐大的工程。建設(shè)時(shí),不能追求大而全,需根據(jù)課程特點(diǎn)建立能滿足課程教學(xué)需要的有鮮明特色的教學(xué)資源,在特色中求創(chuàng)新,在創(chuàng)新中謀發(fā)展。本研究基于線上線下資源同步建設(shè),課內(nèi)課外資源協(xié)調(diào)配合,全方位多維度統(tǒng)籌規(guī)劃,形成課程資源網(wǎng)絡(luò),為《工程圖學(xué)》的混合式教學(xué)提供了水之源、木之本,為復(fù)合型、創(chuàng)新型的工程技術(shù)人才培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。