基于赛教互促的工程图学系列课程教学模式研究

周 亮，谢习华，蔡小华

（中南大学 机电工程学院，湖南 长沙 410083）

“工程图学”主要研究绘制和阅读工程图样的原理和方法，是以图样为载体的交流语言，是工程界技术交流的重要技术文件，是一门技术基础课程。随着社会经济的发展，制造业对技术人才的要求越来越高，传统的以知识传播为主的“灌输式”教学模式已不能适应社会发展的需要。因此，探索一种适应时代发展、以学生为中心的工程图学教学模式非常必要。

一、工程图学赛教互促的意义

在当前大数据与人工智能背景下，应培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，高度重视高等学校对大学生创新创业的相关教育，提出符合社会需要的应用型领域人才培养新模式、新思路、新理论与新方法［1］。传统的图学系列课程教学主要以教材内容为主，课程教学自始至终都是在教室里由教师讲授，教学重点在于知识的传播，很少考虑学生创新思维及解决实际问题能力的培养。随着社会经济的发展，我国的制造业也得到了快速发展，致使社会对人才的要求越来越高。为适应时代潮流，在图学系列课程教学中进行以全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛（以下简称成图大赛）等竞赛项目驱动的工程图学教育改革势在必行。而成图大赛考查的内容，主要是以“工程图学”课程包含的内容为基础，构思物体的形体或快速表达物体，再借助绘图工具或AutoCAD软件进行快速绘图，并利用SolidWorks等软件建立零件的三维模型、绘制零件工作图，或通过装配图给出零件图，建立三维模型，组装成装配体，进行虚拟仿真；还有创新提高题则是通过改良设计、曲面设计、看图设计等考查学生的创新能力，并需验证所设计零部件结构的合理性，验证所设计的装配体的安装、定位、运动等情况是否符合生产实践要求。所以在成图大赛的培训时要将“工程图学”课程作为基础知识进行全面复习训练。这样就要求在教学过程中，教学模式需转变为以学生为中心，了解学生真正需要什么，怎样启发参加学科竞赛的学生，怎样将书本上的理论知识与学科竞赛结合；同时，课程学习也不再局限于教室，学生除了在教室里完成理论知识的学习，还可在教师带领下进行调研或查找相关资料；教师可邀请优秀学长或校友分享学科竞赛的经验［2］。因此，学科竞赛在帮助教师提高教学水平的同时，也促进学生自主学习能力的培养。

二、国内外工程图学赛教结合的教学现状

在国外学者对于小班教学的研究中，教师可为学生量身定制材料和方法，以学生为中心，促进学生参与各领域的竞赛，提高教学效果［3］。同时国外学者还研究了通过分组让学生参与指定的项目，并以小组竞赛的形式提高学生学习的积极性［4］，研究显示，学生自主查找资料的自我学习能力明显增强。结果表明，竞赛的形式有利于促进学生自我学习的积极性。

国内许多高等院校的“工程图学”课程教学改革在理论与实践相结合方面及增强实践训练方面做了许多工作，例如，哈尔滨工业大学唐艳丽等借鉴先进图学技术竞赛的理念设置创新实验课，开展图学拔尖人才培养，取得一定成效［5］。国内外学者对竞赛是否能带动教师的教学进行了一系列研究，但是，如何把竞赛知识点融入课程并设计合理的教学内容促进比赛效果，在这些领域的研究中普遍比较欠缺，所以本课题主要研究如何以赛促教、以赛促学培养复合型、应用型人才。

三、基于赛教互促的工程图学系列课程教学模式实施

（一）竞赛知识融入“工程图学”教学

将学科竞赛如成图大赛、机械创新设计大赛、工程训练综合能力竞赛等涉及的图学基础知识融入“工程图学”教学全过程。引入现代多媒体与信息技术，通过提高课件的可视化和动画感，使换面法、轴测图等具有高难度的竞赛考试内容的讲解深入浅出。既提高了学生的学习兴趣，又增加了挑战性，激发了学生参加竞赛的热情。具体实施步骤为针对成图大赛尺规绘图里的智力投影与构型题，增加“工程图学”课程《点、直线、平面的投影》章节的难度和挑战度；将换面法、轴测图等竞赛内容的讲解录成视频上传至可视化教学平台供学生自学；布置相应的例子进行训练，课堂中针对学生不懂的知识进行集中讲解；在立体投影中，强化截交线的求法，弱化相贯线的求法，并利用三维软件进行演示，这样原本非常难懂的截切相贯就变得生动形象且易于理解，同时提出相贯线模糊画法概念；在《组合体》章节增加构图训练，并利用SolidWorks三维软件重点训练平面立体的切割，利用SolidWorks三维软件进行形体设计，同时生成二维工程图，这样使学生既熟悉了SolidWorks三维软件和AutoCAD二维绘图软件，又提高了形象思维能力。

（二）工程实训教学融入“工程图学”课程

“工程图学”是开展工程训练的起点课程。虽然学生在工程训练方面属于零基础，但大学阶段学生的身心发展已趋于成熟，具备了从事复杂、高度抽象的思维活动的生理、心理基础及接受新事物的能力。所以，在“工程图学”的教学过程中充分发挥工程实际优势开展工程训练，会有水到渠成的效果。另外，“工程图学”课程培养的人才能否适应未来经济和社会发展的需要，关键在于是否对陈旧的图学教育观念进行更新。在当今信息爆炸的社会背景下，知识更新速度不断加快，“工程图学”课程又是一门与生产实际联系密切的技术基础课，一定要摆脱过去一味追求全面系统、面面俱全的旧教育观念的影响，明确“工程图学”教育的目标是培养工程师，而不是图学理论专家。因此，应将“工程图学”课程教学和制造工程训练实践结合起来，强调对学生实践能力和素质的培养，以满足我国现代经济快速发展对工程方面拔尖专业技术人才的需求。

“工程图学”课程很多内容非常抽象，为了激发学生的学习兴趣，需要学生接触实践训练，熟悉从设计到加工再到使用全过程，从而提高其感性认识。在标准件与常用件知识点后增加工程训练实践课程，让学生亲历这些零件的加工过程，加深对螺纹、齿轮等标准件与常用件的理解。在机件表达和零件图部分融入成图大赛尺规绘图里的机件，采用项目式和研讨式教学［6］，同时融入工程实训环节，将各种工程实例引入教学，先让学生表达，然后将各种表达方法放在一起讨论比较，寻找最佳方案。通过工程训练让学生掌握各种机械零部件图详细绘制和校正的方法，理解各种类型零部件的加工精度，提升学生的实际绘图能力。

（三）创新设计融入“工程图学”课程教学

针对成图大赛中的创新提高题的出题思想，提出创新设计的思路与教学方法。如在完成零件图和装配图教学环节后，根据现实生活中的机器设备，提出功能扩展或用途延伸的构想，并运用“工程图学”知识绘制机械图。鼓励学生“异想天开”，大胆构想一种完全新功能的机构或机器，并绘制机械图。针对创新设计，在“工程图学”课程装配图部分布置一道与生活紧密相连的综合设计题，让学生充分发挥想象力，同时在“工程图学”课程中适当增加机械设计的基础知识内容。

（四）思想政治教育融入“工程图学”课程教学

在平时的教学中需要融入思政元素，培养学生一丝不苟、兢兢业业的工作态度，塑造求真务实、追求卓越的职业精神和科学素养，培养爱国情怀，树立正确的世界观、人生观和价值观。在制图基本知识与技能部分讲解机械制图的有关规定。在工具仪器的使用部分，可以将“没有规矩，不成方圆”与制图工具的使用及国家标准的遵守相融合，让学生认识到规矩与生活息息相关，要求学生做到诚实守信、遵纪守法。这也对回答成图大赛的部分基础知识题有所帮助。在《点、直线、平面的投影》章节教学生认识“点线面”的逻辑关系，找出其投影的共同特征和对应关系，培养学生从不同的具体结构中抽象出共同的本质属性，为成图大赛的投影基础题及智力构型打下坚实的基础。在平面图形绘制部分可以安排学生以组为单位设计和绘制班徽，这样既训练了学生的创新设计能力又培养了学生的团队合作能力。在《标准件与常用件》章节引入具体案例阐述螺纹连接在机器中无处不在，鼓励学生发扬螺丝钉精神，把崇高的理想信念和道德品质追求融入日常的学习工作和生活中，未来能在自己岗位上做一颗永不生锈的螺丝钉［7］。在《零件图》章节，从零件的加工工艺引入现代加工制造方法、3D打印、智能制造技术及《中国制造2025》等拓宽学生的知识面，引导学生树立远大理想，肩负起时代赋予的光荣使命，为制造业振兴而努力。对成图大赛的优化设计和3D打印团体项目，在平时教学中通过工程训练项目和创新设计项目培养学生的团队合作能力、沟通交流能力、思辨能力、口头表达能力及撰写报告的能力。这样学生就能以更积极的心理状态面对成图大赛，从而更好地展现学生的能力及学校的教育教学水平。

（五）培养学生自主学习的能力

通过中南大学可视化教学云平台，针对成图大赛计算机绘图部分，构建了工程图学系列课程的信息化的教学体系。首先将AutoCAD和Solid-Works软件的操作和应用录制成微视频上传至可视化教学平台供学生课外随时随地自学，然后将成图大赛上计算机绘图部分的练习题上传至可视化教学平台供学生课外练习，并鼓励学生利用课余时间学习轻量化设计软件和3D打印技术，充分培养了学生自主学习的能力。

结语

在工程图学系列课程教学中，提出通过与图学相关的竞赛融入课堂教学以培养创新创业人才的有效模式和方法，借助与图学相关的竞赛为培养应用型人才提供有力帮助，同时也可以提升高校的综合实力及竞争力，对促进高校稳定健康发展也有着积极意义。而“工程图学”课堂教学为成图大赛等提供了大量的基础知识，成图大赛等竞赛则能够帮助学生充分理解并应用课堂教学内容。通过一年的实践，学生学习工程图学系列课程的积极性进一步提升，并在大赛中取得了较好的成绩。