新工科背景下数字化设计公选课教学研究
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作者:丁淑辉 王海霞 杨俊茹 孟晓军
[摘 要] 基于新工科背景下开设的数字化设计公选课，以完善学生知识结构、开拓学生视野为主要目的，以学科交叉的方法培养学生创造性思维以及发现、分析与解决问题的能力。分析数字化设计通识教育公选课的特点，从教学内容与培养目标、授课模式与教学手段、学生差异化发展、多样化课程考核机制等方面进行了课程教学改革研究，满足学生跨专业创新思维培养的需求。
[关键词] 数字化设计;新工科;公选课;教学改革
[作者简介] 丁淑辉（1977—），男，山东青州人，博士，山东科技大学机电学院副教授，研究方向：智能制造、高教改革;王海霞（1979—），女，山东济宁人，硕士，山东科技大学机电学院讲师，研究方向：机械设计及理论、高教改革;杨俊茹（1969—），女，河北乐亭人，博士，山东科技大学机电学院教授，研究方向：机械制造、高教改革;孟晓军（1972—），男，山东泰安人，博士，泰山学院机械与建筑工程学院副教授，研究方向：机械制造、高教改革。
[中图分类号] G420 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）25-0307-02 [收稿日期] 2020-02-04
一、新工科背景下数字化设计公选课概述
新工科作为我国工程教育改革的方向，担负着培养满足工业行业需求的高校毕业生的重要任务[1]。新工科的本质是以协作创新、多学科交叉融合等作为主要方法和手段，培养多元化、跨行业、创新型卓越工程人才[2]。数字化设计作为机械类专业重要的专业基础课程，主要讲述产品计算机建模与仿真方法，是机械类专业学生表达产品设计结果的重要实践类课程，在新工科专业建设中起着重要作用[3]。
作为通识教育公选课程，数字化设计能够起到启发学生创新思维、初步了解产品设计思路、掌握数字化建模与仿真方法的作用。本课程主要讲述产品数字化建模相关内容，通过本课程的学习，各工程相关专业学生可根据自己的兴趣爱好并结合科技活动、文献查阅等自主学习活动，初步建立创新思维，掌握创新方法并進行创意表达。
二、新工科背景下数字化设计公选课的特点
数字化设计课作为面向全校范围内所有专业开设的通识教育公共选修课程，其选课学生涉及班级众多，专业背景复杂，既有近机械类的自动化等专业，又有与机械类差异较大的电子信息科学、电子商务等专业，专业课基础差异较大。
本课程在工程识图、计算机软件等方面需要一定的基础，而选修本课程的均为非机类专业学生，课程基础较差，需要在授课内容方面做出适当调整。本课程对多数非机类专业学生来说属于跨专业选修，课程的这种专业差异性，符合新工科背景下协作创新、多学科交叉融合的跨专业复合型人才培养的需求。
基于以上课程特点与新工科背景的需求，完善数字化设计通识教育公选课程教学方法，对达成课程培养目标具有重要意义。
三、新工科背景下数字化设计公选课教学研究
（一）因材施教，设定适当的教学内容和教学目标
本课程选课学生专业背景复杂、年级差异较大，其教学内容和教学目标应与机械类专业课有所不同。在教学内容方面，补充工程识图以及计算机软件基础知识，去掉工程图等相关章节，深化曲面建模、仿真分析、动画模拟等趣味性较强、适用面广的大众化教学模块，以形象的教学方法启发学生创新思维。在教学目标方面，除了掌握数字化设计方法涉及的技术类指标外，重点培养学生团队合作、沟通交流、终身学习等非技术类能力，锻炼学生跨学科的协作创新能力。
（二）改变传统授课模式，实现教学手段多样化
由于教育资源短缺等原因，当前公选课多为大班教学模式，其教学模式多为课堂知识传授，教学互动少，课堂管理薄弱[4]。本课程改变原有单纯的课堂授课模式，在进行知识传授的同时，增加在线答疑、课程大作业等环节，以课堂知识传授、课下作业、在线辅导、课程大作业等环节进行多样化教学。
大班教学模式存在的主要问题是教育资源短缺、师资不足，尤其是数字化设计等计算机建模类课程，需要大量的一对一辅导工作，仅主讲教师难以顾及整个大班教学活动。针对以上问题，本课程增加助课环节，以新入职教师或在读研究生作为助教，在主讲教师完成课堂知识传授后，由助教和主讲教师共同进行针对学生的一对一辅导，增加教学互动，提升教学质量。同时，建立课程QQ群等在线指导体系，由主讲教师及助教轮值在线答疑，解决全校公选课因为学生分散而辅导困难的问题。
在课程开课伊始，以任务驱动模式布置分段式课程大作业，要求学生在完成每段学习后，完成相应的课程大作业任务，以设计任务驱动课堂学习，做到学以致用、以用促学。
（三）考虑学生专业背景，注重差异化发展
学习的过程是在已有知识基础上新的知识系统构建的过程[5]。由于专业背景不同，学生对相同任务的理解具有差异性，形成的解决方案在功能侧重点、性能、成本等方面必然存在一定的差异。本课程的教学考虑学生的专业背景，在共性知识讲授的基础上，兼顾学生专业个性的发展。精选社会生活、工程实践、科技创新等各个专业领域中的设计任务作为课程大作业题目，鼓励学生从各自专业视角解决问题，形成不同的解决方案，在掌握数字化建模方法基础上，注重基于专业的差异化发展，达到多学科交叉融合、协作创新的新工科背景下人才培养的要求。
为达到学生差异化发展的效果，本课程授课过程中以讲课课件为主线，体现共性知识，不指定教材，仅指定大量参考书，要求学生在掌握课件知识基础上，根据各自的专业背景选择合适的参考书，扩展其专业方面知识体系。
（四）侧重实践，建立多样化课程考核机制
以授课内容和课程目标作为基本出发点，建立平时成绩和课程大作业成绩相结合的考核机制。平时成绩包括平时考勤、课堂提问以及日常作业等，主要考查学习过程。课程大作业包括课题任务的概念设计、详细过程设计以及答辩等，主要考查课程学习结果以及创新思维的发展。 課程大作业采用任务驱动模式，是本课程考核的重点。在课程开课伊始，学生自由组合组建设计小组，结合专业特色自主选题或由教师指定设计任务。课程大作业随授课进程分阶段完成，其主要设计阶段包括概念设计、零件建模、装配仿真、总结答辩等。根据设计的创新性、作业完成质量以及各小组成员在设计过程中的表现情况，教师给出课程大作业成绩。
平时成绩和课程大作业成绩按权重加权平均后得出学生成绩。课程考核满足了课程内容和课程目标考查的需要，平时成绩以及课程大作业的完成质量，反映了学生对产品设计方法和数字化建模方法等主要技术类教学目标的考核要求;设计任务完成过程及答辩结果反映了团队合作等非技术类教学目标的达成情况。
四、课程教学效果
新工科专业需要强化学生工程素质与创新精神，注重学生解决问题能力的培养。通过数字化设计通识教育公选课在教学内容、教学手段、授课方式、课程考核等方面教学改革的实施，学生能够掌握产品设计方法和数字化建模技术;通过任务驱动的课程综合大作业，完成团队协作、沟通交流、自主学习与终身学习意识培养等多个非技术类课程目标的训练。新工科背景下数字化设计公选课程的教学方法，能够满足学生跨专业创新思维培养的需求，取得了良好教学效果。
参考文献
[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017，（3）：1-6.
[2]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（2）：26-35.
[3]丁淑辉，钟佩思，王明燕.面向创新人才培养的数字化设计课程建设[J].大学教育，2015，（6）：146-147.
[4]李颖.以公选课钻石与应用为例大班教学策略设计与实践[J].河南化工，2019，36（7）：55-57.
[5]杨洪雪.任务驱动式教学方法的特点及过程设计[J].教学与管理，2006，（10）：129-130.
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
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