湯曉燕 云忠

[摘 要]結(jié)合當(dāng)代社會發(fā)展對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的最新需求，闡述圖學(xué)教學(xué)的重要性，借鑒國內(nèi)外工程制圖教學(xué)模式，探索一種教學(xué)與競賽相互融合、教學(xué)相長的教學(xué)新體系。以全國大學(xué)生圖學(xué)競賽、創(chuàng)新大賽的要求，開展以“學(xué)生自主學(xué)習(xí)、能力訓(xùn)練”為核心的創(chuàng)新教學(xué)改革，強(qiáng)化構(gòu)型設(shè)計、零部件表達(dá)、計算機(jī)二維成圖、三維建模、創(chuàng)新設(shè)計的實(shí)踐訓(xùn)練，探討全過程多元考核評價方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能，提升學(xué)生繪圖讀圖、交流合作、歸納總結(jié)、分析解決問題、三維建模、設(shè)計創(chuàng)新的能力。

[關(guān)鍵詞]課賽合一;圖學(xué)競賽;工程制圖系列課程;教學(xué)模式

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）12-0050-03

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的迅猛發(fā)展，“一帶一路”國際合作的推廣、“中國制造2025”戰(zhàn)略的全面實(shí)施[1]，國家對高素質(zhì)、創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的需求不斷增加，因此提高高等工程教育質(zhì)量對于做好人才培養(yǎng)、人才儲備工作起著至關(guān)重要的作用。

工程制圖系列課程是工科院校各專業(yè)必修的主干技術(shù)基礎(chǔ)課，它研究繪制和閱讀工程圖樣的原理和方法，在工程科學(xué)的人才培養(yǎng)體系中占有重要地位。其目的是培養(yǎng)繪制與閱讀機(jī)械圖樣的能力，對三維形狀與相關(guān)位置的空間邏輯思維與形象思維的能力，以及利用計算機(jī)繪圖與建模能力。此外，在教學(xué)過程中還會有意識地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、分析問題、解決問題等工程實(shí)踐能力，小組合作、設(shè)計創(chuàng)新能力，以及認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)。

一、國內(nèi)外工程制圖教育現(xiàn)狀分析

國外的工程制圖教育比較注重內(nèi)容與設(shè)計相融合、案例與實(shí)際相結(jié)合、教學(xué)目標(biāo)與企業(yè)需求相結(jié)合，已基本完成了向數(shù)值化的轉(zhuǎn)變。比如美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的MAE3課程[2]就將圖學(xué)、設(shè)計、計算機(jī)技術(shù)融為一體，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)制圖基本原理、三視圖、軸測圖、剖視圖、零件圖、裝配圖等基本知識的同時，用計算機(jī)軟件Invents做三維實(shí)體造型來表達(dá)設(shè)計思想，用AutoCAD準(zhǔn)確繪圖工程圖。用實(shí)際工程案例，如時鐘、自行車或機(jī)器人，開展實(shí)踐教學(xué)，要求學(xué)生通過小組合作徒手繪制零部件草圖，共同完成滿足特定功用要求的產(chǎn)品設(shè)計，并在實(shí)驗(yàn)工廠、基地制造出產(chǎn)品雛形，最后開展小組答辯、演示成果。

國內(nèi)大多數(shù)高等院校的工程圖學(xué)課程教學(xué)改革雖然在理論與實(shí)踐相結(jié)合、增強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練方面開展了許多工作，但就如何與國際工程教育接軌、如何達(dá)成學(xué)習(xí)成果的研究并不多。以下是國內(nèi)工程圖學(xué)課程教學(xué)改革的探索例子，比如汕頭大學(xué)工學(xué)院在顧佩華教授的帶領(lǐng)下開展教學(xué)改革，于2014年成為了首個中國高校CDIO（Conceive、Design、 Implement、 Operate）成員[3]。燕山大學(xué)隨后開展了“基于CDIO的工程圖學(xué)教育改革探索”。2015年，常州大學(xué)聘請美國教授面向“過程裝備與控制工程”專業(yè)的學(xué)生，開展“工程制圖與CAD課程”的短期授課，并深入分析外教的教學(xué)內(nèi)容、手段、授課特點(diǎn)、實(shí)踐組織形式以改革常州大學(xué)現(xiàn)階段圖學(xué)教學(xué)。另外，吉林大學(xué)谷艷華老師開展了“工程圖學(xué)在線教學(xué)實(shí)踐”;哈爾濱工業(yè)大學(xué)唐艷麗等老師借鑒先進(jìn)圖學(xué)技術(shù)競賽的理念設(shè)置創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課，開展圖學(xué)拔尖人才培養(yǎng)，取得一定成效[4]。

當(dāng)前國內(nèi)與圖學(xué)類課程對接，最具影響規(guī)模的“國家級”賽事是“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽。該賽事從2008年至2019年7月共舉辦了11屆，參賽學(xué)校由最初的51個發(fā)展到331個，參賽團(tuán)隊(duì)由58個發(fā)展到541個。比賽考查學(xué)生的繪圖、讀圖、產(chǎn)品表達(dá)能力，以及運(yùn)用CAD軟件（AutoCAD， Solidworks， Pro/E等）解決工程問題的能力。比賽包括尺規(guī)作圖和產(chǎn)品信息建模兩部分。尺規(guī)作圖競賽要求參賽者結(jié)合題目已知條件，在規(guī)定的90分鐘時間內(nèi)正確繪制出零件圖。產(chǎn)品信息建模比賽時間為180分鐘，要求選手運(yùn)用CAD軟件完成大概3道試題，包括計算機(jī)二維繪圖、零件三維建模、部件三維裝配或回答相關(guān)問題。

全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽也是一個與工程制圖、機(jī)械設(shè)計課程緊密對接的很具影響規(guī)模的“國家級”賽事，考查參賽學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計、工程實(shí)踐能力，其獲獎作品能充分展示我國高等院校機(jī)械學(xué)科的教學(xué)改革成果和大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的成果，積極推動課程教學(xué)、機(jī)械產(chǎn)品研究、設(shè)計與生產(chǎn)的結(jié)合[5]。

“高教杯”圖學(xué)大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽為各類高校參賽學(xué)生展示其圖學(xué)理論、成圖技術(shù)水平、創(chuàng)新能力搭建了平臺，也為圖學(xué)教育工作者提供了互相學(xué)習(xí)交流的機(jī)會，不僅能提高學(xué)生的圖學(xué)學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其創(chuàng)新潛能，也能引導(dǎo)教師不斷提升教學(xué)科研能力，優(yōu)化制圖系列課程的課程體系、教學(xué)資源、教學(xué)模式，在高等院校培養(yǎng)強(qiáng)能力、高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才中起引領(lǐng)和推動作用。

二、課賽合一的工程制圖系列課程新體系

我們立足于中南大學(xué)可視化教學(xué)云平臺，構(gòu)建了工程制圖系列課程的“網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個性化、終身化”的教學(xué)體系，提出并貫徹以信息化教學(xué)為平臺，以設(shè)計為線，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)、能力訓(xùn)練為核心，以提升學(xué)習(xí)成果達(dá)成度為目標(biāo)的教學(xué)理念來開展制圖系列課程的日常教學(xué)與訓(xùn)練工作[6-7]。

工程制圖系列課程新體系如圖1所示，采取“先簡單后復(fù)雜，從模仿到改進(jìn)再到創(chuàng)新”的逐步推進(jìn)的思維訓(xùn)練方式，其設(shè)計路線為“設(shè)計思維培養(yǎng)—組合體設(shè)計—零部件設(shè)計—機(jī)械產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計—創(chuàng)新產(chǎn)品的設(shè)計”，并給出了教學(xué)新體系中各門圖學(xué)課程、教學(xué)各部分知識點(diǎn)與擬開展的對應(yīng)學(xué)科競賽之間的關(guān)系。教學(xué)中組織開展虛實(shí)結(jié)合的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計與創(chuàng)新實(shí)踐，能更好地實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)與創(chuàng)新型應(yīng)用型人才培養(yǎng)的對接，全方位地推動圖學(xué)教育走上新臺階。

三、以“學(xué)生自主學(xué)習(xí)、能力訓(xùn)練”為核心的教學(xué)改革

教學(xué)內(nèi)容參考往屆全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)、三維建模大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的項(xiàng)目作調(diào)整，充實(shí)相關(guān)知識點(diǎn)內(nèi)容并強(qiáng)化相關(guān)技能的訓(xùn)練。同時完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，建設(shè)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐訓(xùn)練模塊;結(jié)合往屆全國大學(xué)生圖學(xué)競賽、創(chuàng)新大賽內(nèi)容，建設(shè)“比賽案例訓(xùn)練”模塊。

教師精心準(zhǔn)備，做好教學(xué)設(shè)計安排，借助多媒體課件、動畫、視頻等手段，采用討論、翻轉(zhuǎn)課堂、案例分析、項(xiàng)目驅(qū)動等方式開展線上線下混合式教學(xué)。制圖系列課程根據(jù)機(jī)械類、近機(jī)械類、非機(jī)械類專業(yè)的畢業(yè)要求，采取層層推進(jìn)的教學(xué)模式，具體教學(xué)安排如下文所述。

（一）工程圖學(xué)（I）、工程制圖基礎(chǔ)B共有48學(xué)時，面向非機(jī)械類、近機(jī)械類、機(jī)械類本科生一年級，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識以及自主學(xué)習(xí)、構(gòu)型設(shè)計、投影制圖能力

（1）通過課前導(dǎo)學(xué)、課堂討論、課后復(fù)習(xí)與拓展訓(xùn)練等環(huán)節(jié)來培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和工程意識。

（2）增加構(gòu)型設(shè)計原則、方法及應(yīng)用的相關(guān)知識。開展比如已知一個投影、兩個投影求解多個第三投影，通過幾個相同形體組合構(gòu)型并作圖，積木拼圖與構(gòu)型，模型制作比賽等多種形式的訓(xùn)練，培養(yǎng)構(gòu)型設(shè)計能力。

（3）結(jié)合現(xiàn)有教學(xué)、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约罢诮ㄔO(shè)的虛擬模型信息庫，開展尺規(guī)繪圖和計算機(jī)繪圖訓(xùn)練，培養(yǎng)投影制圖能力。

（4）通過專題討論、小組匯報培養(yǎng)學(xué)生的綜合表達(dá)、歸納總結(jié)能力。專題討論要求學(xué)生平時多觀察生活，找到與圖學(xué)知識點(diǎn)相關(guān)的結(jié)構(gòu)、形狀、實(shí)際物件來作介紹，或介紹圖學(xué)歷史、CAD技術(shù)等。

（二）工程圖學(xué)（II）共有32學(xué)時，面向近機(jī)械類、機(jī)械類本科一年級學(xué)生，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生繪制、閱讀工程圖的能力以及分析解決工程問題的能力

（1）通過模型測繪、工程圖讀圖析錯訓(xùn)練、計算機(jī)繪圖訓(xùn)練來培養(yǎng)畫圖讀圖能力。

（2）補(bǔ)充實(shí)用性和綜合性的內(nèi)容，以實(shí)際機(jī)械產(chǎn)品、工程案例的結(jié)構(gòu)為研究對象，分析其表達(dá)方法、尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求等相關(guān)問題。

（3）虛實(shí)結(jié)合的零部件測繪訓(xùn)練采用案例教學(xué)方式，以功能器件（比如千斤頂、球形閥、機(jī)用虎鉗、鏡頭架）為研究對象，加強(qiáng)對學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)與監(jiān)督，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)錯誤、努力分析并解決問題，最終能靈活運(yùn)用計算機(jī)繪圖軟件進(jìn)行產(chǎn)品的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維造型，并正確完成其工程圖。

（4）課外專題討論內(nèi)容來源于生活，自主選題，比如機(jī)械手表、自行車、手槍、門鎖、機(jī)械玩具的工作原理分析等。學(xué)期后階段組織開展二維成圖大賽。

（三）機(jī)械產(chǎn)品測繪與三維設(shè)計共有32學(xué)時，面向機(jī)械類本科二年級學(xué)生，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生分析解決工程問題、改進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的能力

采用項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)的方式，開展對典型機(jī)械產(chǎn)品（齒輪油泵、減速器、球形閥等）作改進(jìn)的專題討論，布置產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計任務(wù)。例如：以閥門設(shè)計為主題，要求學(xué)生查找相關(guān)資料，讀懂相關(guān)圖紙，討論手壓式、螺旋擰緊式、液壓式、不同閥瓣、不同外形、不同材料等不同種類的機(jī)械閥，探討其優(yōu)缺點(diǎn)，自主設(shè)計一款實(shí)用、環(huán)保、新型的閥類產(chǎn)品，開展改進(jìn)前后產(chǎn)品的零部件三維建模、二維工程圖繪圖訓(xùn)練，撰寫“×××機(jī)械閥的改進(jìn)分析報告”。學(xué)期后階段鼓勵學(xué)生參加三維建模大賽。

定期組織院級、校級的小競賽，在網(wǎng)上公布競賽排名成績，培養(yǎng)學(xué)生的競爭意識，逐步形成“你追我趕”的良好學(xué)習(xí)氛圍。

（四）工程圖學(xué)綜合設(shè)計與創(chuàng)新實(shí)踐共有2周，面向機(jī)械類本科二年級學(xué)生，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生交流合作、歸納總結(jié)、分析解決問題、設(shè)計創(chuàng)新的能力

前期舉例介紹各類創(chuàng)新設(shè)計方法，學(xué)生通過觀看往屆優(yōu)秀作品、大賽獲獎作品以及開展小組討論來激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計靈感。布置開放式選題“×××創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計”大作業(yè)，可參考近年全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽內(nèi)容來選題，學(xué)生小組合作完成創(chuàng)新產(chǎn)品的三維實(shí)體建模和完整的零部件工程圖，撰寫設(shè)計報告并展示創(chuàng)新設(shè)計作品，完成答辯。課程設(shè)計結(jié)束后，組織開展院級、校級創(chuàng)新設(shè)計大賽，層層選拔、不斷改進(jìn)，再推優(yōu)參加全國大學(xué)生競賽。

四、工程制圖系列課程的全過程多元考核評價方法

考核評價應(yīng)重視對學(xué)生學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果的考核，工程制圖系列課程多元考核體系如圖2所示。

考核主要針對學(xué)生的繪圖讀圖、交流合作、歸納總結(jié)、分析解決問題、三維建模、設(shè)計創(chuàng)新等八種能力進(jìn)行基于“學(xué)習(xí)成果達(dá)成度”的綜合性評價，其中，平時作業(yè)、構(gòu)型訓(xùn)練、計算機(jī)軟件（AutoCAD 和 SolidWorks）上機(jī)訓(xùn)練、零部件測繪訓(xùn)練等部分，考查學(xué)生對課堂基本知識的掌握程度以及對CAD 使用的熟練程度。評價學(xué)生的課堂答問、討論參與度可調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性。做創(chuàng)新設(shè)計大作業(yè)可培養(yǎng)小組團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

為鼓勵學(xué)生積極參賽，將學(xué)科競賽成績作為課程成績的加分獎勵項(xiàng)。開展校級二維成圖大賽（尺規(guī)繪圖）、三維建模大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽，表彰獲獎學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，同時選拔優(yōu)秀學(xué)生加強(qiáng)訓(xùn)練并參加全國大學(xué)生競賽，競賽獲獎的學(xué)生在繼續(xù)深造、保送讀研方面都給予優(yōu)先考慮。

課題組教師定期研討，對改革進(jìn)展情況進(jìn)行及時總結(jié)和反饋，不斷調(diào)整，逐步完善，并通過教改論文、工作匯報等形式將教學(xué)改革與實(shí)踐成果進(jìn)行推廣，擴(kuò)大受益面和影響力。

五、結(jié)束語

在全國高校大力開展創(chuàng)新教育的大背景下，中南大學(xué)圖學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)以“學(xué)生自主學(xué)習(xí)、能力訓(xùn)練”為核心，參考往屆全國大學(xué)生成圖技術(shù)、三維建模大賽以及機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的要求，研究課程教學(xué)與競賽融合的圖學(xué)教學(xué)創(chuàng)新體系，從線上線下資源建設(shè)、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)設(shè)計、各種形式的實(shí)踐訓(xùn)練、全過程多元考核評價等方面努力，以賽助學(xué)、以賽助教，構(gòu)建能力培養(yǎng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，助力學(xué)生八大能力的養(yǎng)成，取得了一定的成效。改革實(shí)踐證明該培養(yǎng)目標(biāo)、訓(xùn)練形式以及實(shí)施辦法可行有效。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]