基于成图与建模创新大赛的思考

李怀健，王剑平，张 琪，黄 川，王 灏

（同济大学土木工程学院，上海 200092）

工程图学是研究工程与产品信息的表达、交流与传递的学问[1]。成图与建模是利用工程图学理论，在实际工程错综复杂的对象中，按国家相关的制图标准，用手工尺规作图或操作计算机的相关图形处理软件，把对象描述出来，供人们进行释读、分析、决策和施工。它是普通高等院校本科专业重要的技术基础课程[2-3]。它是工程技术人员必须具备的基本技能之一[4]。

全国大学生成图与建模创新大赛以工程图学课程为依托，由教育部高等学校工程图学教学指导委员会、中国图学学会（原中国工程图学学会）制图技术专业委员会联合举办了4届，无论是参赛的地区、学校、团队，还是学生人数，规模一届比一届大，影响一届比一届深远，已经引起高校的工程教育、人才招聘等多方面关注。借鉴大赛的得失，发现问题[5]，促进学校建立适应当前工程图学教育的方法。

1 成图与建模创新大赛的意义

全国大学生成图与建模创新大赛竞赛内容：按机械类、建筑类和水利类3个类别，尺规绘图和利用计算机软件绘图。主要反映高校在校学生的制图基本知识、工程产品表达方法、国家标准的相关规定和用计算机某一绘图软件绘制图样的能力。它牵涉到工程图样的视图、尺寸、技术要求、图线、字体、布图等要求。

1.1 引导工程图学理论知识与实践能力同步发展

全国大学生成图与建模竞赛，通过赛题引导教师在高校传授理论知识的同时，注重学生基本功操练，熟练手工成图技能、计算机绘图和建模技能。强调学校对学生的理论知识、动手实践的综合素质培养，促使学校在学生整体工程实践能力培养更上一层楼。因为，成图、读图都是工科学生进入社会的实际工作中交流沟通最基本的技能，投影理论、成图技术、建模能力是在工程竞争中立足的有力武器，是学生在大学阶段要学的重要基础课程之一。大学生只关注理论，脱离实践的学习，寻找工作会愈发艰难。对于一所高校，毕业的学生大部分是要投入到工程建设的激烈竞争中去。在激烈的工程建设中，没有扎实的基本功，不可能成为一名出色的工程师。显然，企业对工程师的交流沟通能力的要求是工程师在合格基础上具有更强的素质要求。

1.2 促进工程图学课程教学改革与教学效果交流

大赛为在校的大学生提供了展现现代大学生制图技能水平和创新能力的机会，也为全国各所高等学校图学教育工作者提供了一个交流工程图学课程教学改革，以及探索制图技术的发展方向、学习先进的制图技术与手段的平台，有效促进工程图学教学工作者的教学研究。

高等院校普遍受困于学生在校期间的总体教学学时数限制与应该接受教育的信息量、知识面需要大幅度提高所需教学学时数的矛盾。工程图学教学包括投影理论、专业制图基础和计算机绘图3部分，工程图学课的基本教学目标是执行工程图学教学指导委员会和行业协会制定的课程教学基本要求，在现有的学时条件下，既要保持或加强理论基础教学，又要保证制图基础部分的画图与读图基本技能训练，因各高校的定位不同，随之出现了工程图学课程的学时数和内容要求的差异性，为此，各所高校的工程图学教育工作者积极探索课程改革方向。举办全国性成图大赛，或省（市）赛校内赛，比赛本身让教师和学生既有参与学校内的交流、学习和提高，也使教师和学生交融于参赛地区与地区、学校与学校之间的交流、学习，返回学校之后，把参赛获得的经验、体会，反哺指导和促进学校的工程图学课程的理论教学、成图和建模技能，融入专业课程知识水平提高。赴赛，教师、学生需要具备较高的综合素质，在找到技能差距之外，教师、学生可以看到不同学校之间的差距，以及在同类专业之间进行比较。赴赛，也使教师之间相互交流成图、建模技术教学之道，反思学校的定位和教学效果，加快教学改革步伐和教学成果转化。

1.3 拓宽和加深学生对工程图学与在校学习的专业知识相互联系和应用

学习工程图学这门课，这既是一门专业基础课，更是一门深入专业学习的课程。它不但能够培养同学们的空间想象能力，更是一种最直接的培养未来工程师严谨求实态度的手段。一幅幅绘图大作业，更需要同学们的那份耐心与认真。它同时也是一门深入专业学习的课程，无论学习工程的哪个专业方向，都要靠图纸来说话，设计师的灵感、结构师的能力、施工的难易、材料的多少，统统体现在图纸上面，看不懂图纸，绝对不是一个合格的工程师。事实上，画图的过程就是对工程结构进行熟悉的过程，通过画图，我们能够学习到钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构等专业课程中所包含的每一个知识和细节。比赛赛题体现出学生知识的综合应用能力。

2 高校在工程图学教育中需要改进的问题

2.1 动手能力较弱

无论是计算机建模还是尺规作图，作为一个技能型的活动考验学生知识掌握熟练程度。无论识图，还是成图，最后都要通过笔的描画或者是鼠标和键盘的操作把图像反映出来。而将心中的图做成纸上和屏幕上的图的过程，对于一个优秀的工程师来说，却是最消耗时间的一环。目前形势下的高校，许多学校在制订大学生培养计划时，已不能保证给与工程图学课程以较多的学时，部分学校的工程图学课程技能训练的时间只能依靠学生课外自觉安排，技能训练的质量依靠教师根据学生实际接受程度进行指导，学生熟练成图的能力没有保证。图纸与专业知识密不可分，工程实体绘制施工图样和三维建模能检验学生深入了解一个工程结构的构型能力，它对一个学生的空间想象能力、协调能力和对大局的把握能力都有着全面的锻炼。学生竞赛在绘图能力方面的差距主要体现在：工程图纸看不懂，绘图的思路不清晰，在绘图过程中不知道如何着手；对工程图纸的质量要求未能成为自己的自然要求，绘图、建模的时候就不会合理的安排比赛时间；另外，参加比赛的学生虽然是经过层层选拔出来的佼佼者，但他们专业知识掌握不熟，综合分析能力欠缺等，是导致大赛成绩不理想的又一个因素。因此，在竞赛中成绩较好的学校，往往是这所学校对课程理论和技能两手抓，学生学习和训练额外认真投入的综合反映。

2.2 学生计算机技术水平与成图技术发展衔接不紧

当今，计算机应用技术的迅猛发展，各类绘图和建模软件不断涌现，那些原来已经占领市场的软件业也在积极完善，不断地推出和更新各种计算机绘图软件，这使得工程师在成图过程中得到很大的帮助。有些软件的进步，可以从根本上改变工程师的整个工作流程。采用计算机成图和处理图像的技术已成为现代工程设计的主要技术手段。为适应信息处理技术的发展，普及先进的成图技术，学校应该引导学生掌握先进的设计方法。比赛中，多款计算机软件在建模中发挥很大的作用，也体现不同软件在不同应用方面无法比拟的优势。对于当代大学生，工程图学课程如果仅限于二维工程图的软件使用上，对其他绘图、建模软件不作介绍，学生不做调研、自习，有的甚至根本不全面了解和使用已学软件，他们的计算机成图与建模能力就不会有效发挥和提高。因此，行业设计成图与建模典型软件在学校的课程教学计划中是否被及时纳入、教师对学生在课内课外的引导、工程图学课程内容的学时安排能否及时调整，将较多地影响学校对学生进入工作状态和工程师能力培养。学生需要自觉加强应用性培养，才能适应当今社会对于人才的需求。

2.3 急功近利做法不利学生整体能力提高

在校大学生目前学业普遍较重，各种类型的创新活动和比赛很多，如：国家、省市级和校级大学生科研训练计划（SRTP）活动，全国大学生数学竞赛、全国周培源大学生力学竞赛、全国大学生英语竞赛等10多种类型。尽管参加成图比赛的同学热情很高，但是，他们没有足够的时间、精力进行系统学习和提高，部分学校老师则赛前针对个别参赛学生，按照比赛要求重点辅导、强化学习和训练，导致学生缺少过程教育培养。有的学校因为教学安排中的原因，没有把相应的知识和实践点落实在课程中，只是为提高参加比赛同学的成绩，聘请教师花较大精力对参赛学生进行突击辅习，从而把大部分同学排除在渴望知识学习之外，这种急功近利取得的成果，不是举办比赛的初衷，对提高学校的整体实力作用不大。

2.4 赛题的团队合作精神和创新性体现不够

从以往比赛题目的要求来看，它注重对学生成图、建模的熟练程度和图面质量方面；而对学生创新性的能力要求，题目的反映力度不够，赛题评分中没有考虑；对学生如何通过运用团队的协作精神来完成竞赛题目的要求缺失。也正因为在比赛中缺乏体现学生经过创新性思考、构思、推理、演绎，然后熟练地运用投影理论，高质量地成图和建模，以至于部分学生误认为比赛，主要是吃亏在缺乏强化训练而速度始终跟不上。由于本赛事的影响力正在逐步扩大，如何引导高校在讲授本课程的理论知识、制图技能训练的同时，更注重学生创新能力、相互之间的信息传递和团队成员分工合作等方面的培养，是赛题设计者值得认真思考的问题。

3 大力培养大学生图学应用能力

3.1 必须重视工程图学技能训练

高等院校工程图学课程教学课时偏少，特别是专门用于手工尺规和计算机动手绘图时间亟待增加。正是我们的计算机应用得到了普及，学时不多的工程图学课程，只有注重培养学生的工程实践能力，培养学生应用现代图示方法和技术解决工程实际问题的能力，加强应用性培养，才能适应21世纪对于人才的需求[6]。

计算机绘图、三维建模的过程变得简单易行。为了能够很好地增强学生对工程结构图样的认识与了解，顺应社会发展的趋势，满足用人单位的需求，工程图学课程要做到使学生对工程形体空间想象能力、视图表达能力都很好，要在理论性、针对性教学的同时，工程图学教学应该以加强培养学生应用现代图示方法和技术解决工程实际问题能力，有意识地反映新动态、新技术。保留必要的手工尺规绘图训练，加强徒手绘图、构型训练和计算机机绘实践，锻炼他们严谨的工作作风，锻炼他们分析问题、解决问题和实际动手能力，使学生在课程学习过程中了解图学的发展趋势，为把自己培养成为创新型人才打下基础。赛后，一些大型企业立即与个别竞赛优秀学生签订就业意向的事实证明，工程图学教育工作者必须注重学生理论与实践的共同发展,如图1所示。

图1 在教学过程中开展的构型、图样表达训练课题

3.2 图学教学的创新

1）图学教学理念创新。树立服务学校的卓越工程师培养总目标，将图学教学的知识传授、能力培养、素质提高贯穿全过程，形成有个性的人才教育特色内涵。作为工科类专业的高等院校的学生，必须做到理论知识与实际应用相结合，两方面共同发展。完备、扎实的理论知识是毕业生进一步发展的资本，特别是成图能力越来越成为大学后毕业生就业的第一把钥匙。学校要成为不但能够培养工程研究领域的专家学者，更能培养能工巧匠、设计精英等社会型人才。

2）图学教学内容创新。教学内容的设计将带动学生由全过程的知识灌输，转变为基础知识传授、动手实践、发现问题、主动探索提高的学习氛围。采用计算机成图和处理图像的技术已成为现代工程设计的主要技术手段，为适应信息处理技术的发展，普及先进的成图技术，学校应该引导学生掌握先进的设计方法。当代大学生仅限于工程图学课程的软件使用还不够，更需要引导他们学习其他相关行业的应用软件，了解其新发展，并积极创新自己的应用方式。

3）教学考核手段创新。建立了新的教学理念和新的教学内容，则教学考核的手段可以是开放式，其试题设计将进一步巩固新的教学理念和教学内容改革。

人才培养是学校的根本任务，人才培养质量是学校的生命线，教学是学校的中心工作[7]。高校的人才培养以应用型人才培养所占比重越来越大[8]。“卓越工程师教育培养计划”由教育部发起，旨在为未来各行各业培养各种类型的优秀工程师后备军[9]。为了配合国家“工程教育改革”和“卓越人才培养计划”，参与全国大学生成图与建模创新大赛，成为学校工程素质教育实践工作的一个方面，提升了学校工程图学教学工作的应用，提升了学生就业能力的形象。工程图学教学与实践需要得到高等院校的重视，也必将得到高等院校的重视。

4 结束语

工程图学教学是一个系统工程，全国大学生成图大赛依附的教学内容，是以理论教学为主，还是以社会适用教学为主的直接碰撞。如果培养的学生具备较深专业知识的同时，加之以良好的成图技术，将会更好地适应社会的需求。透过全国大学生创新成图大赛，考量的是学生的工程素质、创新能力、团队精神等综合素质。社会、企业热切期待熟练掌握工程基本功的人才大量涌现。

[1]教育部工程图学教学指导委员会.普通高等院校工程图学课程教学基本要求.2010-5-29.

[2]靳 萍, 彭正洪.基于工程图学学生创新实践能力的培养[J].实验室研究与探索, 2009, (11): 144-146.

[3]董 玲, 杨素君, 等.基于创新能力培养的工程图学教学研究[C]//机械类课程报告论坛-201, 北京:高等教育出版社, 2010: 20-25.

[4]刘少雪, 杨 林.我国工程师职业发展的现状与未来[J].高等工程教育研究, 2008, (5): 35-38.

[5]赵希文, 吴菊花, 燕 杰.大学生创新能力训练体系与方法[J].实验室研究与探索, 2010, (10): 67-69, 84.

[6]李怀健, 陈星铭, 谢 玮, 等.少学时土建工程制图课程建设的思考与实践[J].东华大学学报, 2008,(6): 380-382.

[7]曾小彬.深化实验实践教学改革提升应用型人才培养质量[J].实验室研究与探索, 2010, (2): 1-3.

[8]教育部.教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见[Z].教高(2007)2号,2007-2-17

[9]张安富, 刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究, 2010, (4): 56-59.