新工科背景下數(shù)字化設(shè)計(jì)公選課教學(xué)研究

丁淑輝　王海霞　楊俊茹　孟曉軍

[摘 要] 基于新工科背景下開設(shè)的數(shù)字化設(shè)計(jì)公選課，以完善學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)、開拓學(xué)生視野為主要目的，以學(xué)科交叉的方法培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維以及發(fā)現(xiàn)、分析與解決問題的能力。分析數(shù)字化設(shè)計(jì)通識(shí)教育公選課的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)、授課模式與教學(xué)手段、學(xué)生差異化發(fā)展、多樣化課程考核機(jī)制等方面進(jìn)行了課程教學(xué)改革研究，滿足學(xué)生跨專業(yè)創(chuàng)新思維培養(yǎng)的需求。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)字化設(shè)計(jì);新工科;公選課;教學(xué)改革

[作者簡(jiǎn)介] 丁淑輝（1977—），男，山東青州人，博士，山東科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院副教授，研究方向：智能制造、高教改革;王海霞（1979—），女，山東濟(jì)寧人，碩士，山東科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、高教改革;楊俊茹（1969—），女，河北樂亭人，博士，山東科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院教授，研究方向：機(jī)械制造、高教改革;孟曉軍（1972—），男，山東泰安人，博士，泰山學(xué)院機(jī)械與建筑工程學(xué)院副教授，研究方向：機(jī)械制造、高教改革。

[中圖分類號(hào)] G420? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）25-0307-02? ? [收稿日期] 2020-02-04

一、新工科背景下數(shù)字化設(shè)計(jì)公選課概述

新工科作為我國(guó)工程教育改革的方向，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)滿足工業(yè)行業(yè)需求的高校畢業(yè)生的重要任務(wù)[1]。新工科的本質(zhì)是以協(xié)作創(chuàng)新、多學(xué)科交叉融合等作為主要方法和手段，培養(yǎng)多元化、跨行業(yè)、創(chuàng)新型卓越工程人才[2]。數(shù)字化設(shè)計(jì)作為機(jī)械類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要講述產(chǎn)品計(jì)算機(jī)建模與仿真方法，是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生表達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果的重要實(shí)踐類課程，在新工科專業(yè)建設(shè)中起著重要作用[3]。

作為通識(shí)教育公選課程，數(shù)字化設(shè)計(jì)能夠起到啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維、初步了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路、掌握數(shù)字化建模與仿真方法的作用。本課程主要講述產(chǎn)品數(shù)字化建模相關(guān)內(nèi)容，通過本課程的學(xué)習(xí)，各工程相關(guān)專業(yè)學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好并結(jié)合科技活動(dòng)、文獻(xiàn)查閱等自主學(xué)習(xí)活動(dòng)，初步建立創(chuàng)新思維，掌握創(chuàng)新方法并進(jìn)行創(chuàng)意表達(dá)。

二、新工科背景下數(shù)字化設(shè)計(jì)公選課的特點(diǎn)

數(shù)字化設(shè)計(jì)課作為面向全校范圍內(nèi)所有專業(yè)開設(shè)的通識(shí)教育公共選修課程，其選課學(xué)生涉及班級(jí)眾多，專業(yè)背景復(fù)雜，既有近機(jī)械類的自動(dòng)化等專業(yè)，又有與機(jī)械類差異較大的電子信息科學(xué)、電子商務(wù)等專業(yè)，專業(yè)課基礎(chǔ)差異較大。

本課程在工程識(shí)圖、計(jì)算機(jī)軟件等方面需要一定的基礎(chǔ)，而選修本課程的均為非機(jī)類專業(yè)學(xué)生，課程基礎(chǔ)較差，需要在授課內(nèi)容方面做出適當(dāng)調(diào)整。本課程對(duì)多數(shù)非機(jī)類專業(yè)學(xué)生來說屬于跨專業(yè)選修，課程的這種專業(yè)差異性，符合新工科背景下協(xié)作創(chuàng)新、多學(xué)科交叉融合的跨專業(yè)復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求。

基于以上課程特點(diǎn)與新工科背景的需求，完善數(shù)字化設(shè)計(jì)通識(shí)教育公選課程教學(xué)方法，對(duì)達(dá)成課程培養(yǎng)目標(biāo)具有重要意義。

三、新工科背景下數(shù)字化設(shè)計(jì)公選課教學(xué)研究

（一）因材施教，設(shè)定適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)

本課程選課學(xué)生專業(yè)背景復(fù)雜、年級(jí)差異較大，其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)應(yīng)與機(jī)械類專業(yè)課有所不同。在教學(xué)內(nèi)容方面，補(bǔ)充工程識(shí)圖以及計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)知識(shí)，去掉工程圖等相關(guān)章節(jié)，深化曲面建模、仿真分析、動(dòng)畫模擬等趣味性較強(qiáng)、適用面廣的大眾化教學(xué)模塊，以形象的教學(xué)方法啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。在教學(xué)目標(biāo)方面，除了掌握數(shù)字化設(shè)計(jì)方法涉及的技術(shù)類指標(biāo)外，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、溝通交流、終身學(xué)習(xí)等非技術(shù)類能力，鍛煉學(xué)生跨學(xué)科的協(xié)作創(chuàng)新能力。

（二）改變傳統(tǒng)授課模式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段多樣化

由于教育資源短缺等原因，當(dāng)前公選課多為大班教學(xué)模式，其教學(xué)模式多為課堂知識(shí)傳授，教學(xué)互動(dòng)少，課堂管理薄弱[4]。本課程改變?cè)袉渭兊恼n堂授課模式，在進(jìn)行知識(shí)傳授的同時(shí)，增加在線答疑、課程大作業(yè)等環(huán)節(jié)，以課堂知識(shí)傳授、課下作業(yè)、在線輔導(dǎo)、課程大作業(yè)等環(huán)節(jié)進(jìn)行多樣化教學(xué)。

大班教學(xué)模式存在的主要問題是教育資源短缺、師資不足，尤其是數(shù)字化設(shè)計(jì)等計(jì)算機(jī)建模類課程，需要大量的一對(duì)一輔導(dǎo)工作，僅主講教師難以顧及整個(gè)大班教學(xué)活動(dòng)。針對(duì)以上問題，本課程增加助課環(huán)節(jié)，以新入職教師或在讀研究生作為助教，在主講教師完成課堂知識(shí)傳授后，由助教和主講教師共同進(jìn)行針對(duì)學(xué)生的一對(duì)一輔導(dǎo)，增加教學(xué)互動(dòng)，提升教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，建立課程QQ群等在線指導(dǎo)體系，由主講教師及助教輪值在線答疑，解決全校公選課因?yàn)閷W(xué)生分散而輔導(dǎo)困難的問題。

在課程開課伊始，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式布置分段式課程大作業(yè)，要求學(xué)生在完成每段學(xué)習(xí)后，完成相應(yīng)的課程大作業(yè)任務(wù)，以設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)課堂學(xué)習(xí)，做到學(xué)以致用、以用促學(xué)。

（三）考慮學(xué)生專業(yè)背景，注重差異化發(fā)展

學(xué)習(xí)的過程是在已有知識(shí)基礎(chǔ)上新的知識(shí)系統(tǒng)構(gòu)建的過程[5]。由于專業(yè)背景不同，學(xué)生對(duì)相同任務(wù)的理解具有差異性，形成的解決方案在功能側(cè)重點(diǎn)、性能、成本等方面必然存在一定的差異。本課程的教學(xué)考慮學(xué)生的專業(yè)背景，在共性知識(shí)講授的基礎(chǔ)上，兼顧學(xué)生專業(yè)個(gè)性的發(fā)展。精選社會(huì)生活、工程實(shí)踐、科技創(chuàng)新等各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)任務(wù)作為課程大作業(yè)題目，鼓勵(lì)學(xué)生從各自專業(yè)視角解決問題，形成不同的解決方案，在掌握數(shù)字化建模方法基礎(chǔ)上，注重基于專業(yè)的差異化發(fā)展，達(dá)到多學(xué)科交叉融合、協(xié)作創(chuàng)新的新工科背景下人才培養(yǎng)的要求。

為達(dá)到學(xué)生差異化發(fā)展的效果，本課程授課過程中以講課課件為主線，體現(xiàn)共性知識(shí)，不指定教材，僅指定大量參考書，要求學(xué)生在掌握課件知識(shí)基礎(chǔ)上，根據(jù)各自的專業(yè)背景選擇合適的參考書，擴(kuò)展其專業(yè)方面知識(shí)體系。

（四）側(cè)重實(shí)踐，建立多樣化課程考核機(jī)制

以授課內(nèi)容和課程目標(biāo)作為基本出發(fā)點(diǎn)，建立平時(shí)成績(jī)和課程大作業(yè)成績(jī)相結(jié)合的考核機(jī)制。平時(shí)成績(jī)包括平時(shí)考勤、課堂提問以及日常作業(yè)等，主要考查學(xué)習(xí)過程。課程大作業(yè)包括課題任務(wù)的概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)過程設(shè)計(jì)以及答辯等，主要考查課程學(xué)習(xí)結(jié)果以及創(chuàng)新思維的發(fā)展。

課程大作業(yè)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，是本課程考核的重點(diǎn)。在課程開課伊始，學(xué)生自由組合組建設(shè)計(jì)小組，結(jié)合專業(yè)特色自主選題或由教師指定設(shè)計(jì)任務(wù)。課程大作業(yè)隨授課進(jìn)程分階段完成，其主要設(shè)計(jì)階段包括概念設(shè)計(jì)、零件建模、裝配仿真、總結(jié)答辯等。根據(jù)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性、作業(yè)完成質(zhì)量以及各小組成員在設(shè)計(jì)過程中的表現(xiàn)情況，教師給出課程大作業(yè)成績(jī)。

平時(shí)成績(jī)和課程大作業(yè)成績(jī)按權(quán)重加權(quán)平均后得出學(xué)生成績(jī)。課程考核滿足了課程內(nèi)容和課程目標(biāo)考查的需要，平時(shí)成績(jī)以及課程大作業(yè)的完成質(zhì)量，反映了學(xué)生對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和數(shù)字化建模方法等主要技術(shù)類教學(xué)目標(biāo)的考核要求;設(shè)計(jì)任務(wù)完成過程及答辯結(jié)果反映了團(tuán)隊(duì)合作等非技術(shù)類教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況。

四、課程教學(xué)效果

新工科專業(yè)需要強(qiáng)化學(xué)生工程素質(zhì)與創(chuàng)新精神，注重學(xué)生解決問題能力的培養(yǎng)。通過數(shù)字化設(shè)計(jì)通識(shí)教育公選課在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、授課方式、課程考核等方面教學(xué)改革的實(shí)施，學(xué)生能夠掌握產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和數(shù)字化建模技術(shù);通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)的課程綜合大作業(yè)，完成團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流、自主學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)意識(shí)培養(yǎng)等多個(gè)非技術(shù)類課程目標(biāo)的訓(xùn)練。新工科背景下數(shù)字化設(shè)計(jì)公選課程的教學(xué)方法，能夠滿足學(xué)生跨專業(yè)創(chuàng)新思維培養(yǎng)的需求，取得了良好教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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[4]李穎.以公選課鉆石與應(yīng)用為例大班教學(xué)策略設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].河南化工，2019，36（7）：55-57.

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Abstract：Under the background of the Emerging Engineering Education，with the main purpose of improving students' knowledge structure and expanding their horizons，the public elective course in Digital Design cultivates students' creative thinking and the ability to discover，analyze and solve problems with the method of cross-disciplines.This study analyzes the characteristics of the course，and conducts teaching reform in the course from the aspects of teaching content and training objectives，lecturing methods and teaching models，different development of students and diversified assessment mechanisms，etc.，in order to meet the needs of cultivating students' innovative thinking across disciplines.

Key words：Digital Design;Emerging Engineering Education;public elective course;teaching reform