《水利工程制图》作为水利类专业基础课, 旨在培养学生的空间想象能力、尺规手工绘图和计算机绘图技能。本文依托水利类制图竞赛, 将“课堂+实训+竞赛”模式应用于《水利工程制图》教学, 课堂引导学生进行理论学习, CAD实训让学生掌握绘图工具, 学科竞赛促成理论与实际结合解决实际工程问题。从而让学生在“课堂+实训+竞赛”的过程中学会知识的综合运用, 掌握绘图基本技能, 提升学生创新实践能力。
作者简介：王峰, 男, 山东莱阳人, 三峡大学水利与环境学院, 讲师。;
基金：三峡大学2017年高教研究项目 (1745) 的研究成果;
高等学校作为教育的金字塔尖, 肩负着培养创新精神和实践能力的高级专门人才的重任。而如何理论与实践紧密结合、激发学生的创新潜能是高校教学环节中必须重视的问题。学科竞赛作为实践教学的有效补充, 为学生提供了创新实践平台[1,2], 有助于培养动手能力, 树立创新意识, 提高分析和解决问题的能力。同时学科竞赛调动了学生学习的积极性以及涉猎其它学科领域的主动性, 这为创新实践能力的培养奠定了良好的理论基础[3,4,5]。
课堂/实训/竞赛[6,7]作为一种新的教学模式, 其单一或多种形式教学系统已经得到了应用, 然而其融合机制还不够、概念普及不广、实际应用不多。《水利工程制图》作为专业基本技能课程, 旨在培养学生识读水利工程图和计算机绘制工程图的技能, 识图和绘图是教学中的难点。与之相关的竞赛为“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛和三峡大学水利与环境学院制图竞赛。
迄今, 课堂/实训/竞赛单一机制在我校《水利工程制图》课程建设中开展了一些初步探讨, 笔者发现课堂/实训可使大部分同学能识图和读图, 然而竞赛只使少部分同学CAD绘图和水利水电设计能力得到提高, 如何普及到大多数同学是一个趋势。面对不同级别水利类制图竞赛, 如何有效利用竞赛资源, 进行学生创新能力培养和教师《水利工程制图》教学能力改进需要分析和探索。
本文以水利类制图竞赛为载体, 以“课堂+实训+竞赛”教学模式作为指导, 构建学科竞赛平台, 课堂引导学生《水利工程制图》课程学习, 机房CAD上机实训使学生在实践中学会知识的运用, 学科竞赛激发学生理论联系实际和独立工作的能力。最终让学生在“课堂+实训+竞赛”的过程中学会知识的综合运用, 学会独立思考和解决问题, 提高尺规绘图技能和计算机绘图能力, 同时教师进行课程教学改革, 努力提高教学质量。
全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛, 作为国内图学类课程最高级别的“国家级”赛事, 于2008年开始举办。大赛由教育部高等学校工程图学课程教学指导委员会、中国图学学会制图技术专业委员会、中国图学学会产品信息建模专业委员会主办。大赛旨在普及国际先进的成图技术, 推广、掌握先进的设计理念。竞赛要求参赛学生具有扎实的产品设计能力, 掌握先进的成图技术和先进的设计思想与方法。该赛事受到全国许多工科类院校的高度重视, 对高等院校工程师基础课程的改革发挥了重要作用, 被中国图学界盛赞是图学研究、教育与实践上的改革与创新、图学教育理论与实践大赛的奥运会。
作为指导教师和评阅教师, 参加了2016年第九届“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛, 深感学生参加竞赛之热情、参加学生之多。本届大赛共有来自全国306所高校的372支队伍、3706名师生参与, 参赛学校数量创新高, 涵盖了建筑类、机械类、水利类、道桥类四个类别的团体竞赛和个人全能竞赛。三峡大学水利与环境学院9名学子参加本次大赛, 获单项一等奖3项、二等奖5项。
本次大赛在尺规绘图和计算机绘图的基础上, 新增加了计算机虚拟设计作品赛, 在设计成果概念的创新性、科学价值、工程应用、可开发性和表现手段方面有了更高的要求。通过赛前的集训和比赛, 对学生在水利工程读图、图形表达、制图工具使用、制图软件操作、三维建模等个人能力方面有了进一步的锻炼和提高, 同时也使学生深深感受到团队协作的重要性。对于教师来说, 全程参与水利工程虚拟产品设计有助于提高设计水平、工程应用背景和解决实际问题的能力, 同时与不同学校教师交流也扩宽了视野, 改革了图学课程授课模式。笔者作为竞赛评阅教师也认识了《画法几何与水利工程制图》国家级规划教材主编, 并有幸与其组成一个二人小组评阅水利类全体学生参赛三维作品。总之, 竞赛不仅锻炼了教师队伍, 也为优秀学生选拔搭建了平台。
所谓“课堂+实训+竞赛”教学模式是一种整合课堂教学资源的整体解决方案, 教师作为指导核心进行授课, 以实训专题任务设计培养学生实践中运用知识的能力, 以学科竞赛为契机提高学生创新能力, 三者结合培养学生的创新性学习能力和思考能力。在“课堂+实训+竞赛”的过程中让学生学会知识的综合运用, 学会独立思考问题和解决问题, 学会主动学习和创新。对教师来说满足教学需要, 形成教学能力, 改革课程教学模式。
以“课堂+实训+竞赛”模式为导向, 改革《水利工程制图》课程的教学内容和教学体系。构建以纸质教材、课程教学资源库、CAD软件为基础的三位一体教学平台, 完成课堂教学、学生自主学习、教师辅导答疑以及教学质量实时反馈等一体化立体教学模式。
《水利工程制图》[8,9]课程涉及内容多, 各部分之间联系密切, 逻辑性强。针对目前教学过程与实际水利工程联系紧密度较差状况, 将水利工程制图课程体系分为基础知识模块与专业制图应用模块两部分。基础知识部分大一讲授, 同时课程讲述过程中夹带水利水电工程各类水工建筑物, 引入案例教学法, 构建相应的教学内容和教学体系。在教学中引入多样化的混凝土坝和水闸工程图等水工建筑物, 阐明结构基本原理, 使学生能够在掌握制图知识的同时积累专业背景知识。专业制图部分大三讲授, 从而使专业骨干课程设计与制图更紧密衔接。
教学方法上, 基础部分以教师讲授、学生听课为主, 注重原理、方法和应用教学, 强调夯实基础。专业制图部分教学以学生自主学习为主、教师引导为辅, 强调培养学生解决实际问题的能力[10]。待大一下学期学习完CAD二维和三维绘图后, 大三结合专业课程进行专业制图学习, 并进行专业课程设计。
另一方面, 为更好的发挥三峡大学水利与环境学院国家级实验教学示范中心功能, 依托所属工程图学实验室、水工结构实验室、水电站实验室、施工实验室、三维数字化与虚拟仿真实验室, 认知水利工程模型细部结构。发挥实验教学在培养学生实践能力和创新能力方面的作用, 强化工程意识、提高基本技能、注重专业实践、培养创新能力。
对于《水利工程制图》这门课来说, 学生认真听课和做习题册, 然而好多学生除了会应付期末考试之外, 对于课本涉及到的具体实际工程却无法解决。这种现象很普遍, 出现这种问题的主要原因是学生缺乏实践, 没有真正掌握课本知识, 更谈不上在实际问题中运用知识。
实训作为本科应用型人才培养的重要手段之一, 对于学生提高分析问题以及解决问题的能力具有重要作用。主要方式如下:
1) 5~6人组成一个学习小组, 小组内成员分工协作, 实训过程中遇到问题相互讨论, 锻炼相互协作、解决问题以及表达能力。
2) 实训内容要结合课堂案例, 有参考依据。对每一项实训内容要明确指出需要达到的目标和要求, 对于涉及到的课本知识要及时向学生解释, 让学生明确知识点如何运用。
3) 综合运用, 培养学生自主学习能力。综合实训要适当进行扩展, 立足于课本, 但不能局限于课堂所讲内容。在综合实训过程中遇到问题时, 要引导学生查找资料、讨论分析, 尽量让学生自我解决。
4) 在线提交实训成果, 实训成绩计入期末成绩。每一次实训成果都要及时在网上提交, 从而及时掌握每个学生的完成情况。同时实训成绩记为期末成绩的一部分, 这对学生认真完成实训任务是一个动力。
通过课堂学习和实训, 学生掌握了基本知识, 具备了解决简单问题的能力, 然而对于具体实际创新性的问题, 还是存在解决障碍。学科竞赛以竞赛为引导, 激发学生运用课本知识、理论联系实际、独立解决问题的能力, 注重学生创新意识、协作意识、组织能力和竞争实力的培养。组织参赛的方式如下:
1) 广泛宣传。制图竞赛宣传应面向全体同学, 教师平时也应多宣传竞赛, 使低年级同学提前制定目标, 夯实绘图基本技能和制图基础知识。
2) 积极参赛。鼓励学生参与竞赛, 并告知学生参与竞赛不在于能否获奖, 而是通过参赛夯实读图绘图能力, 激发自身学习兴趣。
3) 以老带新。教师要及时对学生进行培训和指导, 使学生有较充分的时间来准备竞赛。在参赛成员选拔上, 采用新老搭配。团队内教师带老队员, 老队员带新队员, 通过这种选拔方式保持参赛队伍连续性。
三峡大学和水利环境学院在制图竞赛上非常鼓励学生参加, 从资金上保障了参赛全过程费用, 并对获奖的学生和指导教师给予一定的物质奖励, 这些措施对参赛师生是一种激励, 为制图竞赛的持续性提供了保障。
将制图竞赛的思想和方法融入到《水利工程制图》课程学习中去, 以竞赛促发展, 引导学生进行课程学习研究, 努力提高广大学生绘图能力。推广“课堂+实训+竞赛”教学模式将进一步推进特色专业建设和本门课程的建设, 该模式具有以下优点:
(1) 克服以往教材形式的单一, 提高其适用性, 满足现代学习者个性化、自主性和实践性的要求, 为教学提供整体解决方案, 促进制图和计算机绘图的有机整合与合理运用。
(2) 可为教师和学生提供教学交流的场所, 用快捷的信息反馈机制和优质的教学服务促进教学改革, 满足了学生自主学习、答疑、作业、讨论和测试的要求。
(3) 《水利工程制图》课程内容属实践课程, 传统的讲授难以激发学生的学习兴趣。该教学模式将集传统教学手段 (课堂授课、实物模型) 和现代化教学手段 (机房绘图实训、网上互动、竞赛实景模拟) 为一体, 将枯燥的文字表述和静态的黑白图片变成生动直观的动态影像, 提高学生的学习兴趣, 加深对教材重点与难点的理解, 增强感性认识。
(4) 激发了学生学习的主动性和创新性。实训内容结合工程实际, 实训成绩可以置换考试成绩, 调动了学生学习和思考的积极性。竞赛题目具有挑战性, 激发了学生的创新能力。
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