以模型制作大赛促进工科类专业实践教学的创新

杨朋　王雪莲　刘艳红　任志福　刘艳新　彭峰　韩玉梅

摘  要：依托我校工科类专业的实际，将模型设计与制作融入教学和实验实训中，通过活动的引导及奖励机制，促进了同学们的学习热情和知识的巩固。文章基于我校开展的模型设计大赛具体情况和总结，对相关大赛对工科类的实践教学改革方面进行了探讨。

关键词：模型设计;制作;工科类专业;实践教学;创新

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）01-0013-05

Abstract： Relying on the engineering majors of our university， the model design and production are integrated into teaching and experimental training. Under the guidance and reward mechanism of the activities， the students'learning enthusiasm has been increased and their knowledge has been consolidated. Based on the specific situation andthe experience of the model design competition held by our school， this paper discusses the practical teaching reform of engineering majors in related competitions.

Keywords： model design; production; engineering majors; practical teaching; innovation

一、概述

模型技术在我国古代就诞生了，模型的主要原材料是陶泥，制作的陶制模型大多用于祭祀和陪葬。随着时代的发展和科技的进步，在工程方案招标和设计中，需要展示相关模型，以增强中标的机率，现代的模型技术可用于项目申报、展示、项目介绍等。在我国的工程行业里，工程模型的制作和展示逐渐被业内人士所关注，主要原因是其可将工程项目设计的形式与内容完美地结合在一起，以其具体生动的形式向人们展示设计方案的三维视觉影像[1-3]。近年来，很多教育学者也将工程模型应用于教学，工程模型制作甚至发展成一门新兴产业[4-6]。

教育工作者会发现在专业技术教学的过程中，受经验所限学生的空间想象能力严重缺乏，仅仅通过平面施工图的学习（CAD制图或手工制图等）无法在脑海中建立起生动活泼的专业知识，学生在学习专业知识中显得力不从心。根据此现象，基于我校现有资源优势，航务工程学院通过模型制作实践大赛来提高学生读图识图的能力，以培养学生的空间思维与创新意识，促进工科类专业实践教学的改革和创新，从而达到工程技术专业培养人才的目标，从而适应当前工程行业的发展。

二、工程模型大赛简介

2016年3月，航务工程学院举办工程模型大赛。本次比赛主要面向我院土木工科类本科专业学生，希望生动的竞赛活动，把学生所学习的工程力学、结构、材料等方面的理论知识得到综合应用，经过创新设计，以实物模型+电脑3D模型的形式展现出来，从而提高学生对专业的兴趣，为本科学生展示专业技能和创新思维提供舞台，增强学生团队合作精神，达到学以致用的目的。

本次模型大赛分三个阶段进行。在大赛开始前，航务工程学院通过申报“创新强校项目”和争取企业赞助来支持本次模型大赛。此外，参赛学生已学习了理论力学、材料力学、建筑材料等专业基础课程，具备参赛的理论知识基础，鼓励学生查阅资料，向指导老师请教，学生具备参赛的能力。学院的专业教师对参与此次竞赛的指导工作热情较高，对最终参赛作品的水平提供了保证。学院具有充足的实验实训场地，可以提供给参赛学生制作实物模型使用，学院的电脑机房课余时间可以供学生制作3D模型。本次模型大赛涉及到桥梁、港口码头、游艇、房屋等领域，申报书见图1。

（一）學生递交申报书和制作模型

2016年5月，航务学院面向全校征集作品。通过广泛发动，学生报名热情很高，全校五十余组学生报名参赛并向学院递交了申报书。学院组织相关老师对项目的合理性与创新性进行审核评比，最终筛选出23个优秀申报书进入模型制作阶段。为了达到更好的制作效果，顺利将作品在电脑上呈现出来，我们邀请到了广州市港航工程研究所的工程师前来给学生们进行为期一周的BIM课程培训（见图2）。在制作过程中，各个参赛小组自行购买材料和工具，指导老师积极指导学生制作模型，及时解答学生制作过程中遇到的问题，鼓励学生查阅相关资料，将知识融入到实际制作过程中（见图3）。考虑到经费问题，我们将各组模型的造价作为评比的指标之一。因此，学生在制作过程中充分利用周边的物品，如废旧纸板、废旧泡沫板、木棍、竹签等。

（二）中期审核和评比

跟进每一组作品制作的进程，及时督促学生完成作品。学生经过四个月的精心设计和制作，2016年9月评审嘉宾们对同学们的作品提出改进意见，学生用一周的时间，在老师给出的指导意见基础上对模型进行再次改进。9月29日，学院组织评审嘉宾对工程模型作品进行评审，学生需要介绍的内容包括作品的3D模型图，创意来源，制作过程，最大亮点等基本信息（见图4）。通过评比，让同学们对自己的作品有更深入的了解，同时让学生们项目学习，对日后的专业学习产生积极的作用。

（三）颁奖和模型展示

2016年10月，航务工程学院邀请了全校有关领导对本次工程模型大赛进行颁奖并参观了陈列于图书馆的作品（见图5）。在本次比赛中吉斯塔夫·福楼拜桥模型获得诸多老师好评，其吸引评审团的原因之一是附加了电子机械设备，采用升降式开启装置能让桥面灵活升降使船只通行便捷。另外其结构轻巧美观、桥梁造型设计新颖。其余参赛小组的作品各有特色，极具代表性，充分地展示了航务工程学院的学生的创造力和行动力（见图6）。在颁奖典礼之后，学院还特意组织学生参观学习（见图7）。

三、工程模型大赛的意义

参赛学生都表现出了浓厚的兴趣和积极性。本次模型制作大赛也体现出了多层次的积极意义，主要表现在以下几个方面：

第一，模型制作激发了学生自发学习的积极性。传统的“满堂灌”教学模式已无法调动学生的学习热情，必须做出改变才能将学生从课外拉到课内。近年来，“雨课堂”、“MOOC”课和“Flipped Class Model（翻转课堂）”等教学模式和方法逐渐被人们所重视。我国教育主管部门也加大力度“淘汰水课”，打造“金课”。在此背景下，高校根据自身情况有必要找出适合自己本校的教育教学方法。本次大赛，从方案讨论，再到最终确定和模型制作，整个过程以“学生活动为主，指导教师引导为辅”的原则，极大地调动了学生的学习积极性。模型大赛对学生的吸引力还表现在模型制作过程中，不断有全校其它专业低年级的学生观摩并跃跃欲试。第二，模型制作提高了学生的动手能力。本次模型大赛参加的学生主体为本科二年级和三年级的学生，已经通过相关专业学习，基本掌握了工程专业的知识。通过制作模型，学生将课本上知识运用的模型中，不仅使同学们深化和细化工程构造的正确认识，而且还大大锻炼了动手能力。第三，增强了学生的合作团队意识。模型制作过程中工序繁多、分工细致，工序间的相互干扰非常大，只有合作默契才能完成质量上乘的作品。因此，在大赛过程中，學生们克服苦难，默契合作培养了团队合作精神和集体荣誉感。

四、存在问题

本次模型大赛顺利开展得到了航务工程学院施斌院长、余景良副院长的大力支持，还得到了广州港航研究所有限公司吴永明总经理的大力支持，部分作品也突出了创新意识和专业特色，能够将最新的工程项目展现出来。如港珠澳大桥是2018年9月份才开始通车，而学生能够通过模型将此超级项目完美地用模型展现出来，且该模型在制作过程中还用到了3D打印技术。但是在整个制作过程中，也存在一些问题。1. 作品质量需要提升。限于工程经验和动手能力影响，大部分模型作品外表比较简单，细节部分粗糙。还有很多需要质量提升的空间。2. 三维空间想象和专业基础不牢。模型的制作需要良好的空间想象能力和较强的软件使用能力（CAD或BIM画图），部分同学基础不牢，还需要他人的帮助才能完成。3. 缺乏模型指导课。我校虽然有模型协会，但同学们的积极性不高。由于没有开设专门的模型课程，学生们对模型概念的缺乏，动手能力严重不足。

五、对工科教学改革的一点思考

整个模型大赛对教师和学生来说，有收获也有挑战。模型制作已经结束，作者需对未来教学改革的思考如下：

1. 开设模型指导课程。模型指导课可以将生涩难懂专业知识融入其中，通过开设模型制作有利于学生对专业课程具体生动认识，不但可以提高学生们的积极性和热情，还能锻炼学生的动手能力和空间思维能力。由于其重要性，本类课程建议为必修。

2. 加深教师学生间联系。一直以来，教师学生间的联系十分有限。通过组织丰富多彩的师生间社会、科研活动，拉近师生距离，学生才能学到更多的知识。

3. 专业课程小班制工科专业知识难度大、难于接受和理解，采取专业课程小班制（8-15人），师生可以更加轻松有趣地学习知识。

参考文献：

[1]张妮.模型教学法在《土力学与基础工程》课程中的应用研究[J].居舍，2019（07）：194.

[2]李丽，张先勇，王冠培.基于建筑信息模型的协同教学体系构建与改革[J].教育现代化，2019，6（25）：33-35+54.

[3]王春翔.基于建筑信息化模型的工程管理实践教学改革分析[J].南方农机，2018，49（23）：254.

[4]李真，王晓华.“经典建筑模型制作”研讨式教学法应用探索[J].山西建筑，2018，44（35）：221-222.

[5]孙巍巍，周广荣，范进.基于BIM技术的土木工程专业课程协同教学改革研究——以南京理工大学土木工程系为例[J].教育教学论坛，2018（35）：138-139.

[6]邓华.应用微缩模型提升土木工程施工教学效果[J].天津中德应用技术大学学报，2018（04）：111-114.