先進(jìn)成圖大賽視野下的“工程圖學(xué)”課程教學(xué)改革研究

王俊青，黃 磊，白 晶

（北京城市學(xué)院 信息學(xué)部，北京 101309）

0 引言

“工程圖學(xué)”作為高等學(xué)校工科專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生識(shí)讀及繪制工程圖的能力方面有著十分重要的地位。工程圖樣是工業(yè)生產(chǎn)中的語言，是工程技術(shù)人員交流、表達(dá)設(shè)計(jì)思想的重要文件。扎實(shí)的識(shí)圖能力和繪圖技巧是卓越工程師應(yīng)當(dāng)具備的基本職業(yè)素養(yǎng)?！案呓瘫比珖髮W(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽（簡稱成圖大賽），是我國圖學(xué)相關(guān)課程級(jí)別最高的全國性賽事，截至2022 年已經(jīng)舉辦了15 屆，級(jí)別之高，影響之大，受益之眾，不言而喻。作為一項(xiàng)全國綜合性大學(xué)生學(xué)科賽事，成圖大賽被譽(yù)為“圖學(xué)界的奧林匹克”，已經(jīng)成為評(píng)估高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的指標(biāo)之一，引起各個(gè)院校的高度重視。

與教學(xué)內(nèi)容更新慢、教學(xué)形式單一的“工程圖學(xué)”傳統(tǒng)教學(xué)相比，成圖大賽結(jié)合新工科建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證，設(shè)立機(jī)械、建筑、道橋、水利四個(gè)競賽類別。主要圍繞尺規(guī)繪圖、產(chǎn)品信息建模、數(shù)字化虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)、3D 打印、BIM 綜合應(yīng)用等項(xiàng)目進(jìn)行命題競賽，綜合考查學(xué)生的工程設(shè)計(jì)表達(dá)能力，激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提升大學(xué)生的實(shí)踐水平。

本文結(jié)合近幾年我校信息學(xué)部機(jī)械電子工程、車輛工程等專業(yè)學(xué)生參加北京市大學(xué)生工程設(shè)計(jì)表達(dá)競賽（先進(jìn)成圖大賽北京賽區(qū)選拔賽）的實(shí)踐，將成圖大賽融入“工程圖學(xué)”課程教學(xué)，分析成圖大賽對(duì)提高工程圖學(xué)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的作用，為高校工科專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課教學(xué)建設(shè)提供啟示。

1 課賽融合的“工程圖學(xué)”課程教學(xué)體系構(gòu)建

“工程圖學(xué)”是工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，作為專業(yè)課的“前站”，工程圖學(xué)承前啟后，在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間發(fā)揮著橋梁和紐帶的關(guān)鍵作用。當(dāng)前“工程圖學(xué)”課程傳統(tǒng)的“講授”已經(jīng)很難吸引當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，我們以成圖大賽為抓手，以培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)表達(dá)能力、創(chuàng)新意識(shí)以及創(chuàng)新能力為目標(biāo)，以創(chuàng)新設(shè)計(jì)為主線，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)成果和學(xué)習(xí)興趣為基礎(chǔ)，開展“工程圖學(xué)”課程的日常教學(xué)與技能訓(xùn)練[1-2]。以機(jī)械類成圖大賽為例，其重點(diǎn)考查尺規(guī)繪圖、三維建模、圖學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與3D 打印等方面的內(nèi)容。因此，我們采取“先基礎(chǔ)再復(fù)雜，從模仿到改進(jìn)再到創(chuàng)新”的逐步提升的思維訓(xùn)練方式[3]，梳理“工程圖學(xué)”教學(xué)知識(shí)點(diǎn)與成圖大賽項(xiàng)目之間的關(guān)系，修訂“工程圖學(xué)”課程教學(xué)大綱，調(diào)整授課內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方式，改革考核評(píng)價(jià)方式，構(gòu)建“工程圖學(xué)”課程新體系，其設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 課程體系構(gòu)建設(shè)計(jì)路線圖

2 課賽融合“工程圖學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的研究

針對(duì)“工程圖學(xué)”傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)相對(duì)陳舊，創(chuàng)新點(diǎn)少，吸引力差等問題，按照成圖大賽大綱所要達(dá)成的七個(gè)知識(shí)層級(jí)目標(biāo)，即：草圖設(shè)計(jì)、三維建模、裝配建模、模型渲染、曲線曲面造型、工程圖生成、3D打印與輕量化設(shè)計(jì)[4]，對(duì)筆者學(xué)校機(jī)械類“工程圖學(xué)”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，提高課程教學(xué)內(nèi)容和大賽內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度；以成圖大賽項(xiàng)目為載體，整合工程圖學(xué)課程知識(shí)模塊和教學(xué)內(nèi)容；以項(xiàng)目化教學(xué)的方式實(shí)施課程教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容和大賽內(nèi)容的無縫對(duì)接。“工程圖學(xué)”課賽融合教學(xué)內(nèi)容大致分為四大模塊：

（1）尺規(guī)繪圖模塊。側(cè)重工程圖學(xué)基本知識(shí)的講授，結(jié)合習(xí)題集和成圖大賽樣題，加強(qiáng)二維繪圖軟件的應(yīng)用練習(xí)。

（2）三維建模模塊。結(jié)合成圖大賽樣題，重點(diǎn)講授零件圖、裝配圖的識(shí)讀，三維模型構(gòu)造以及工程圖的生成，加強(qiáng)三維建模軟件的練習(xí)使用。

（3）圖學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)模塊。在講授工程圖學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，增加常見機(jī)械零部件的工藝知識(shí)，加強(qiáng)基于功能的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表達(dá)，從而促進(jìn)學(xué)生形體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)表達(dá)能力的提高[6-7]。

（4）產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與3D 打印模塊。結(jié)合成圖大賽試題，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，對(duì)典型機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。課賽融合的工程圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容體系如圖2 所示。

從歷屆成圖大賽題來看，基本上是以“工程圖學(xué)”課程內(nèi)容為基礎(chǔ)，利用繪圖軟件進(jìn)行二維繪圖、三維建模（包括零件和裝配模型），并且驗(yàn)證所設(shè)計(jì)零部件的結(jié)構(gòu)是否合理，所設(shè)計(jì)的裝配體的定位、安裝以及運(yùn)動(dòng)關(guān)系等是否滿足生產(chǎn)實(shí)踐要求[5]。此外，從我校歷年參加成圖大賽北京賽區(qū)選拔賽的結(jié)果來看，學(xué)生普遍在結(jié)構(gòu)形狀相對(duì)簡單，但形體分析要求高的試題上得分率較低，而在結(jié)構(gòu)形狀相對(duì)復(fù)雜的裝配體試題中得分率較高，這就說明，學(xué)生往往不是因?yàn)檐浖?yīng)用能力差導(dǎo)致得分率低，而是因?yàn)閷?duì)組合體的形體分析能力不足導(dǎo)致的。因此，在工程圖學(xué)教學(xué)過程中，要重視基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。

3 結(jié)合成圖大賽的要求，優(yōu)化“工程圖學(xué)”教學(xué)方式

傳統(tǒng)的“工程圖學(xué)”教學(xué)以講授為主，上機(jī)為輔，理論與實(shí)踐結(jié)合不太緊密。加上“工程圖學(xué)”課程學(xué)時(shí)普遍較少，內(nèi)容較枯燥且理論化，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生難以及時(shí)消化。而成圖大賽除了考查學(xué)生圖形基礎(chǔ)能力外，更注重考查學(xué)生運(yùn)用圖學(xué)知識(shí)和軟件工具進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，解決實(shí)際問題的能力。因此，我們進(jìn)行了一系列教學(xué)方式的嘗試，取得良好的教學(xué)效果。

（1）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，混合式教學(xué)。教學(xué)過程中，以成圖大賽項(xiàng)目為載體，利用線上教學(xué)平臺(tái)，借助多媒體、教學(xué)視頻、動(dòng)畫等手段，采用討論、翻轉(zhuǎn)課堂、案例分析、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等方式，開展線上線下混合式教學(xué)[3]。譬如，對(duì)于“工程圖學(xué)”基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生可以利用線上平臺(tái)資源進(jìn)行預(yù)習(xí)、在線學(xué)習(xí)、習(xí)題鞏固；對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的零件的表達(dá)方式、零件圖和裝配圖等內(nèi)容，除了課上講解相關(guān)知識(shí)之外，結(jié)合大賽項(xiàng)目進(jìn)行分組討論，分析相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

（2）分組分層，模塊化教學(xué)。針對(duì)不同的教學(xué)目標(biāo)，采用不同的教學(xué)模塊實(shí)施教學(xué)。在教學(xué)初始階段，面向全體學(xué)生講授“工程圖學(xué)”的基本知識(shí)和軟件工具的基本應(yīng)用，這對(duì)于大多數(shù)學(xué)生來說，都能夠達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，學(xué)有所獲。在此過程中，教學(xué)內(nèi)容主要結(jié)合大賽的“尺規(guī)繪圖模塊”，面向全體學(xué)生，在講授“工程圖學(xué)”基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，引入成圖大賽樣題中該模塊的考點(diǎn)，進(jìn)行重點(diǎn)分析講解，增加課程內(nèi)容的吸引力和著力點(diǎn)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情大大提高。在后續(xù)教學(xué)過程中，又將大賽“三維建模模塊”融入教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，主要講授零件圖、裝配圖和工程圖的相關(guān)知識(shí)，重點(diǎn)分析、講解成圖大賽樣題中的相應(yīng)考點(diǎn)。與此同時(shí)，針對(duì)優(yōu)秀學(xué)生，結(jié)合大賽“產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)模塊”的內(nèi)容要求，進(jìn)行分組強(qiáng)化學(xué)習(xí)。一方面可以使更優(yōu)秀的學(xué)生脫穎而出，參加比賽。另一方面，優(yōu)秀學(xué)生能夠帶動(dòng)其他學(xué)生的學(xué)習(xí)，從而提高整個(gè)“工程圖學(xué)”教學(xué)質(zhì)量[8]。

（3）課后項(xiàng)目制教學(xué)模式。課后項(xiàng)目制，主要以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師負(fù)責(zé)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和任務(wù)分配，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行指導(dǎo)監(jiān)督。結(jié)合大賽項(xiàng)目要求，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制圖技能展示，并以此進(jìn)行大創(chuàng)成果孵化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。與此同時(shí)，課后項(xiàng)目制的實(shí)施也彌補(bǔ)了工程圖學(xué)課時(shí)的不足。參與項(xiàng)目制學(xué)習(xí)的學(xué)生普遍掌握得較好，不光在“工程圖學(xué)”課堂教學(xué)中起到“導(dǎo)生”的作用，同時(shí)也帶動(dòng)了其他科目的學(xué)習(xí)。

4 構(gòu)建課賽融合的“工程圖學(xué)”課程考核評(píng)價(jià)方式

目前，“工程圖學(xué)”課程考核方式相對(duì)比較傳統(tǒng)，通常采用“理論+上機(jī)”的考核方式。成圖大賽作為一項(xiàng)綜合性的、創(chuàng)新性賽事，考查的工程圖學(xué)知識(shí)比較全面，考題更具靈活性和開放性?；谙冗M(jìn)成圖大賽提出的“提高學(xué)生手工繪圖技能和使用現(xiàn)代工具（計(jì)算機(jī)繪圖）的能力”要求，以及成圖大賽三維模型轉(zhuǎn)化為規(guī)范工程圖的考核形式，在教學(xué)過程中，我?；诔蓤D大賽項(xiàng)目，從圖形基礎(chǔ)、二維繪圖、三維建模、創(chuàng)新設(shè)計(jì)幾個(gè)層面，結(jié)合不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，設(shè)計(jì)工程圖學(xué)課程多維考核評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，保證學(xué)生在達(dá)到教學(xué)大綱要求的基礎(chǔ)上，學(xué)有所獲[9]。

（1）理論考核與技能考核相結(jié)合。理論考核主要針對(duì)成圖大賽尺規(guī)作圖和圖學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)模塊，考查學(xué)生對(duì)工程圖學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、國家標(biāo)準(zhǔn)，以及零件的表達(dá)方式的掌握情況；技能考核側(cè)重考核學(xué)生對(duì)于二維繪圖和三維建模軟件的掌握程度。

（2）過程性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合。降低期末考核成績所占比例，提高平時(shí)成績比例，強(qiáng)化平時(shí)自主學(xué)習(xí)和小組學(xué)習(xí)的表現(xiàn)，避免學(xué)生平時(shí)不認(rèn)真學(xué)習(xí)，考前臨時(shí)突擊通過期末考試，有助于營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

（3）定量考核與定性考核相結(jié)合。定量考核主要利用線上學(xué)習(xí)平臺(tái)，對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)時(shí)長、在線測(cè)試、習(xí)題完成量、在線討論和互動(dòng)等情況進(jìn)行定量分析；定性考核則通過學(xué)生的課堂表現(xiàn)、課堂作業(yè)、階段測(cè)試、期末測(cè)試等方面來進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（4）自我評(píng)價(jià)與互相評(píng)價(jià)相結(jié)合。成圖大賽以小組的形式參加比賽，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力至關(guān)重要。尤其在“產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與3D 打印模塊”尤為重要，小組成員均要全力以赴，發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)。自我評(píng)價(jià)即學(xué)生通過分析自己在學(xué)習(xí)（比賽）過程中的得失表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)哪些知識(shí)掌握得還不夠；相互評(píng)價(jià)則從小組團(tuán)隊(duì)的角度，分析每位小組成員在學(xué)習(xí)（比賽）過程中的作用和不足，從而有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的獲得感、積極性和自主性[10]。

5 結(jié)語

“工程圖學(xué)”作為高校工科專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)。先進(jìn)成圖大賽作為國內(nèi)圖學(xué)頂級(jí)賽事，是引領(lǐng)工程圖學(xué)教學(xué)的風(fēng)向標(biāo)，也是衡量高校工程圖學(xué)教學(xué)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械類成圖大賽是培養(yǎng)和提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)表達(dá)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要途徑之一[11]。近年來，我校信息學(xué)部機(jī)械電子工程、車輛工程專業(yè)結(jié)合全國成圖大賽、北京市大學(xué)生工程設(shè)計(jì)表達(dá)競賽（先進(jìn)成圖大賽北京賽區(qū)選拔賽），相繼開展了傳統(tǒng)手工制圖、二維繪圖和三維建模等競賽。并在教學(xué)過程中，將“工程圖學(xué)”教學(xué)與競賽相融合，重新梳理課程體系，整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方式，采用多元的考核方式，不斷嘗試課賽融合教學(xué)實(shí)踐，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)自主意識(shí)、創(chuàng)新能力和教師的教學(xué)水平，取得了良好的教學(xué)效果。