基于賽教互促的工程圖學系列課程教學模式研究

周 亮，謝習華，蔡小華

（中南大學 機電工程學院，湖南 長沙 410083）

“工程圖學”主要研究繪制和閱讀工程圖樣的原理和方法，是以圖樣為載體的交流語言，是工程界技術交流的重要技術文件，是一門技術基礎課程。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，制造業(yè)對技術人才的要求越來越高，傳統(tǒng)的以知識傳播為主的“灌輸式”教學模式已不能適應社會發(fā)展的需要。因此，探索一種適應時代發(fā)展、以學生為中心的工程圖學教學模式非常必要。

一、工程圖學賽教互促的意義

在當前大數(shù)據(jù)與人工智能背景下，應培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人，高度重視高等學校對大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的相關教育，提出符合社會需要的應用型領域人才培養(yǎng)新模式、新思路、新理論與新方法［1］。傳統(tǒng)的圖學系列課程教學主要以教材內容為主，課程教學自始至終都是在教室里由教師講授，教學重點在于知識的傳播，很少考慮學生創(chuàng)新思維及解決實際問題能力的培養(yǎng)。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國的制造業(yè)也得到了快速發(fā)展，致使社會對人才的要求越來越高。為適應時代潮流，在圖學系列課程教學中進行以全國大學生先進成圖技術與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽（以下簡稱成圖大賽）等競賽項目驅動的工程圖學教育改革勢在必行。而成圖大賽考查的內容，主要是以“工程圖學”課程包含的內容為基礎，構思物體的形體或快速表達物體，再借助繪圖工具或AutoCAD軟件進行快速繪圖，并利用SolidWorks等軟件建立零件的三維模型、繪制零件工作圖，或通過裝配圖給出零件圖，建立三維模型，組裝成裝配體，進行虛擬仿真；還有創(chuàng)新提高題則是通過改良設計、曲面設計、看圖設計等考查學生的創(chuàng)新能力，并需驗證所設計零部件結構的合理性，驗證所設計的裝配體的安裝、定位、運動等情況是否符合生產(chǎn)實踐要求。所以在成圖大賽的培訓時要將“工程圖學”課程作為基礎知識進行全面復習訓練。這樣就要求在教學過程中，教學模式需轉變?yōu)橐詫W生為中心，了解學生真正需要什么，怎樣啟發(fā)參加學科競賽的學生，怎樣將書本上的理論知識與學科競賽結合；同時，課程學習也不再局限于教室，學生除了在教室里完成理論知識的學習，還可在教師帶領下進行調研或查找相關資料；教師可邀請優(yōu)秀學長或校友分享學科競賽的經(jīng)驗［2］。因此，學科競賽在幫助教師提高教學水平的同時，也促進學生自主學習能力的培養(yǎng)。

二、國內外工程圖學賽教結合的教學現(xiàn)狀

在國外學者對于小班教學的研究中，教師可為學生量身定制材料和方法，以學生為中心，促進學生參與各領域的競賽，提高教學效果［3］。同時國外學者還研究了通過分組讓學生參與指定的項目，并以小組競賽的形式提高學生學習的積極性［4］，研究顯示，學生自主查找資料的自我學習能力明顯增強。結果表明，競賽的形式有利于促進學生自我學習的積極性。

國內許多高等院校的“工程圖學”課程教學改革在理論與實踐相結合方面及增強實踐訓練方面做了許多工作，例如，哈爾濱工業(yè)大學唐艷麗等借鑒先進圖學技術競賽的理念設置創(chuàng)新實驗課，開展圖學拔尖人才培養(yǎng)，取得一定成效［5］。國內外學者對競賽是否能帶動教師的教學進行了一系列研究，但是，如何把競賽知識點融入課程并設計合理的教學內容促進比賽效果，在這些領域的研究中普遍比較欠缺，所以本課題主要研究如何以賽促教、以賽促學培養(yǎng)復合型、應用型人才。

三、基于賽教互促的工程圖學系列課程教學模式實施

（一）競賽知識融入“工程圖學”教學

將學科競賽如成圖大賽、機械創(chuàng)新設計大賽、工程訓練綜合能力競賽等涉及的圖學基礎知識融入“工程圖學”教學全過程。引入現(xiàn)代多媒體與信息技術，通過提高課件的可視化和動畫感，使換面法、軸測圖等具有高難度的競賽考試內容的講解深入淺出。既提高了學生的學習興趣，又增加了挑戰(zhàn)性，激發(fā)了學生參加競賽的熱情。具體實施步驟為針對成圖大賽尺規(guī)繪圖里的智力投影與構型題，增加“工程圖學”課程《點、直線、平面的投影》章節(jié)的難度和挑戰(zhàn)度；將換面法、軸測圖等競賽內容的講解錄成視頻上傳至可視化教學平臺供學生自學；布置相應的例子進行訓練，課堂中針對學生不懂的知識進行集中講解；在立體投影中，強化截交線的求法，弱化相貫線的求法，并利用三維軟件進行演示，這樣原本非常難懂的截切相貫就變得生動形象且易于理解，同時提出相貫線模糊畫法概念；在《組合體》章節(jié)增加構圖訓練，并利用SolidWorks三維軟件重點訓練平面立體的切割，利用SolidWorks三維軟件進行形體設計，同時生成二維工程圖，這樣使學生既熟悉了SolidWorks三維軟件和AutoCAD二維繪圖軟件，又提高了形象思維能力。

（二）工程實訓教學融入“工程圖學”課程

“工程圖學”是開展工程訓練的起點課程。雖然學生在工程訓練方面屬于零基礎，但大學階段學生的身心發(fā)展已趨于成熟，具備了從事復雜、高度抽象的思維活動的生理、心理基礎及接受新事物的能力。所以，在“工程圖學”的教學過程中充分發(fā)揮工程實際優(yōu)勢開展工程訓練，會有水到渠成的效果。另外，“工程圖學”課程培養(yǎng)的人才能否適應未來經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，關鍵在于是否對陳舊的圖學教育觀念進行更新。在當今信息爆炸的社會背景下，知識更新速度不斷加快，“工程圖學”課程又是一門與生產(chǎn)實際聯(lián)系密切的技術基礎課，一定要擺脫過去一味追求全面系統(tǒng)、面面俱全的舊教育觀念的影響，明確“工程圖學”教育的目標是培養(yǎng)工程師，而不是圖學理論專家。因此，應將“工程圖學”課程教學和制造工程訓練實踐結合起來，強調對學生實踐能力和素質的培養(yǎng)，以滿足我國現(xiàn)代經(jīng)濟快速發(fā)展對工程方面拔尖專業(yè)技術人才的需求。

“工程圖學”課程很多內容非常抽象，為了激發(fā)學生的學習興趣，需要學生接觸實踐訓練，熟悉從設計到加工再到使用全過程，從而提高其感性認識。在標準件與常用件知識點后增加工程訓練實踐課程，讓學生親歷這些零件的加工過程，加深對螺紋、齒輪等標準件與常用件的理解。在機件表達和零件圖部分融入成圖大賽尺規(guī)繪圖里的機件，采用項目式和研討式教學［6］，同時融入工程實訓環(huán)節(jié)，將各種工程實例引入教學，先讓學生表達，然后將各種表達方法放在一起討論比較，尋找最佳方案。通過工程訓練讓學生掌握各種機械零部件圖詳細繪制和校正的方法，理解各種類型零部件的加工精度，提升學生的實際繪圖能力。

（三）創(chuàng)新設計融入“工程圖學”課程教學

針對成圖大賽中的創(chuàng)新提高題的出題思想，提出創(chuàng)新設計的思路與教學方法。如在完成零件圖和裝配圖教學環(huán)節(jié)后，根據(jù)現(xiàn)實生活中的機器設備，提出功能擴展或用途延伸的構想，并運用“工程圖學”知識繪制機械圖。鼓勵學生“異想天開”，大膽構想一種完全新功能的機構或機器，并繪制機械圖。針對創(chuàng)新設計，在“工程圖學”課程裝配圖部分布置一道與生活緊密相連的綜合設計題，讓學生充分發(fā)揮想象力，同時在“工程圖學”課程中適當增加機械設計的基礎知識內容。

（四）思想政治教育融入“工程圖學”課程教學

在平時的教學中需要融入思政元素，培養(yǎng)學生一絲不茍、兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度，塑造求真務實、追求卓越的職業(yè)精神和科學素養(yǎng)，培養(yǎng)愛國情懷，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。在制圖基本知識與技能部分講解機械制圖的有關規(guī)定。在工具儀器的使用部分，可以將“沒有規(guī)矩，不成方圓”與制圖工具的使用及國家標準的遵守相融合，讓學生認識到規(guī)矩與生活息息相關，要求學生做到誠實守信、遵紀守法。這也對回答成圖大賽的部分基礎知識題有所幫助。在《點、直線、平面的投影》章節(jié)教學生認識“點線面”的邏輯關系，找出其投影的共同特征和對應關系，培養(yǎng)學生從不同的具體結構中抽象出共同的本質屬性，為成圖大賽的投影基礎題及智力構型打下堅實的基礎。在平面圖形繪制部分可以安排學生以組為單位設計和繪制班徽，這樣既訓練了學生的創(chuàng)新設計能力又培養(yǎng)了學生的團隊合作能力。在《標準件與常用件》章節(jié)引入具體案例闡述螺紋連接在機器中無處不在，鼓勵學生發(fā)揚螺絲釘精神，把崇高的理想信念和道德品質追求融入日常的學習工作和生活中，未來能在自己崗位上做一顆永不生銹的螺絲釘［7］。在《零件圖》章節(jié)，從零件的加工工藝引入現(xiàn)代加工制造方法、3D打印、智能制造技術及《中國制造2025》等拓寬學生的知識面，引導學生樹立遠大理想，肩負起時代賦予的光榮使命，為制造業(yè)振興而努力。對成圖大賽的優(yōu)化設計和3D打印團體項目，在平時教學中通過工程訓練項目和創(chuàng)新設計項目培養(yǎng)學生的團隊合作能力、溝通交流能力、思辨能力、口頭表達能力及撰寫報告的能力。這樣學生就能以更積極的心理狀態(tài)面對成圖大賽，從而更好地展現(xiàn)學生的能力及學校的教育教學水平。

（五）培養(yǎng)學生自主學習的能力

通過中南大學可視化教學云平臺，針對成圖大賽計算機繪圖部分，構建了工程圖學系列課程的信息化的教學體系。首先將AutoCAD和Solid-Works軟件的操作和應用錄制成微視頻上傳至可視化教學平臺供學生課外隨時隨地自學，然后將成圖大賽上計算機繪圖部分的練習題上傳至可視化教學平臺供學生課外練習，并鼓勵學生利用課余時間學習輕量化設計軟件和3D打印技術，充分培養(yǎng)了學生自主學習的能力。

結語

在工程圖學系列課程教學中，提出通過與圖學相關的競賽融入課堂教學以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的有效模式和方法，借助與圖學相關的競賽為培養(yǎng)應用型人才提供有力幫助，同時也可以提升高校的綜合實力及競爭力，對促進高校穩(wěn)定健康發(fā)展也有著積極意義。而“工程圖學”課堂教學為成圖大賽等提供了大量的基礎知識，成圖大賽等競賽則能夠幫助學生充分理解并應用課堂教學內容。通過一年的實踐，學生學習工程圖學系列課程的積極性進一步提升，并在大賽中取得了較好的成績。