“思政引领、成果导向、课赛合一、虚实结合”的工程图学系列课程改革与实践

汤晓燕,云忠

摘  要：为实现“知识、能力、素质到价值塑造”的课程教学目标，该文在阐述国内外图学教育现状的基础上，针对图学系列课程知识点与思政教育结合不紧密，学生学习主动性不足、挑战度不高，以及实践创新能力不足几大根本问题，以“学生”为中心，以“设计”为主线，以学科竞赛为抓手，重构图学系列课程教学体系。通过建设思政案例库、测试题库及模型库丰富教学资源，通过强化“二维-三维”灵活交互的虚实结合的实践训练，设置分层次的“创新设计”驱动项目，开展线上线下混合式教学和全过程多方位考核评价，提升学生实践创新能力和综合素质，从而实现课程教学中对学生的知识传授、实践创新能力、品德教育的协同培养。该教学改革策略、方法和经验，可为高等院校图学及机械设计类课程教学提供参考。

关键词：图学系列课程;思政教育;创新设计;课赛合一;虚实结合

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）15-0110-05

Abstract： For the realization of the course teaching target of "knowledge， ability and quality to the shaping of value"， the present situation of the graphics education both at home and abroad were analyzed in this paper. Aiming at solving several major problems， such as the loose connection between the knowledge of graphics series courses and ideological education， the lack of students' learning initiative and challenge， the lack of innovation and practice ability， the teaching reforms were carried out to reconstitute the teaching system of graphics series curriculum， which was centered on "student"， with "design" as the main line， with discipline competition as the starting point. The teaching resources were enriched by constructing ideological and political case bank， test question bank， model bank. The practice trainings were strengthened with the characteristics of "2d to 3d" flexible interaction and the combination of virtual and reality. The hierarchical "innovation design" drive projects were set up. The online and offline hybrid teaching and the whole process and multidirectional comprehensive evaluation were also joined and carried together to improve students' practical innovation ability and comprehensive quality， so as to realize the cooperative cultivation of knowledge imparting， practical innovation ability and moral education in the process of course teaching. Our teaching reform strategies， methods and experience can provide reference for the teaching of graphics and mechanical design courses in colleges and universities.

Keywords： Graphics series courses; ideological and political education; innovation design; integration of courses and competitions; combination of virtual and reality

随着中国经济的迅速发展和科学技术水平的不断提高，我国制造业正在向数字化、智能化转型，计算机绘图、图像处理，几何建模、虚拟制造与装配和优化设计等现代产品设计与表达技术发挥着重要的作用，因此将传统图学理论与现代设计技术结合，重构工程图学系列课程体系迫在眉捷。

在中共中央、国务院提出的“全员全过程全方位育人”的教育新格局下，课程教学应该包含传授知识、传承技能、培养能力和树立品德等多种功能。当前高校在图学课程的思政探索和实践创新能力培养上仍然存在不足，从第八次图学教育现状调查结果看，2016年以来工程图学课程平均学时数比之前减少了12学时，降幅为12%[1]。面对课程学时数减少、学生学习积极性不高、挑战度不够和实践创新能力不足几大根本问题，必须改变教育理念，重构教学体系，引进现代教学手段，科学设计，合理评价，以实现教育过程中对學生的知识传授、实践创新能力、品德教育的协同培养。

一工程图学教育国内外研究现状

国外的工程图学发展已基本完成了数值化转变，根据美国工程设计制图学会组织德克莎斯大学等院校的工程图学教授的调研结果，美国主要的工科院校早在1990年就提出了与信息社会相适应的现代工程图学体系。美国的普渡大学、加州大学和麻省理工学院都很重视工程图学与计算机辅助设计、制造等课程内容的衔接与融合，以加州大学圣迭哥分校的MAE3课程[2]为例，课程教学以培养学生综合能力为核心，教学活动不仅有工程制图、计算机辅助设计、机械设计基本知识及素质教育相关内容的讲授，也有学生分组合作设计、计算机CAD软件建模、3D打印制造作品雏形和公开答辩等实践活动。

国内高等院校的工程图学教学改革在加强理论与实践的结合、提高教学效果方面做了许多工作，但就如何在课程中有机融入思政元素;如何提高学习主动性、挑战度;如何达成学习成果的研究并不多。如，2021年，湖南大学唐乐为等[1]开展了以专业知识为基础、以国家战略为背景，加强学生文化素质培养的融合课程思政内容的工程制图教学模式的探索与研究。2021年，燕山大学李大龙等[3]开展了课程思政在工程制图课程中实施方法的研究。2018年，哈尔滨工业大学唐艳丽等[4]研究了图学拔尖人才的培养，结合先进成图技术大赛设计创新型实验，取得一定成绩;2015年常州大学聘请美国教授短期讲授工程制图与CAD课程，并详细分析和总结了外教的教学设计与实践情况;2014年，北京工业大学李富平等[5]探讨并研究了“实践为先导”的工程图学教学方式，培养学生实践动手能力。2012年，华南理工大学熊志勇等[6]研究并建立了创新性构型设计的工程图学教学体系，在培养学生构型设计创新思维能力方面取得一定成效。

二  针对课程知识点与思政教育结合不紧密、难以实现价值塑造等问题的解决方案

（一）  基于“立德树人，以学生为中心，以成果为导向”的教学理念，将课程思政潜移默化地贯穿整个教学和指导过程

从为什么学习这门课，到工程图样的特点和应用，从现代设计、图学发展方向和科学家事迹，到我国“巡天探地潜海”工程的伟大目标和成绩，解读中国的科技强国、制造强国和人才强国，引导学生树立正确的价值观，培养爱国主义情怀。构建了基于教材、课件、网络教学资源于一体的课程思政资源。

探讨知识点与思政元素的映射关系（表1）。

（二）  “线上-线下混合式教学”与课程思政相结合，师生共建开放式课程思政教学课堂

以学生为主体，在实践实验训练中培养学生认真细致、一丝不苟的学习态度、严谨细致的工作作风，以及用唯物辩证的思维方法来解决工程问题的能力，增强自信心。

在参加课内随堂测试类竞赛、课外各类省级、国家级学科竞赛中，培养学生沟通交流、团队合作能力和报效祖国、回馈社会的人文情怀。

布置有“思政感悟”的开放式驱动项目任务，以归纳总结、小组汇报、体会感悟等方式来展现学生的思政认识和价值观。

（三）  开发课程思政与专业课教学紧密结合的特色项目

以中国共产党“党徽的设计历史与意义”為引导，鼓励学生小组合作，完成班徽的创意设计、三维建模和课堂展示。通过课内外讨论、平面构型和三维拓展训练，培养学生工程设计能力的同时，塑造热爱集体、团结友爱、努力竞取和拼搏向上的价值观;通过小组协作设计、答辩和谈心得体会，培养学生的责任感和人文情怀。

三  针对学生学习主动性不足，挑战度不高的问题解决方案

（一）  建立了一个“成果导向、课赛合一”的能力螺旋上升的工程图学系列课程新体系

建立的工程图学系列课程新体系如图1所示。采取先易后难，从模仿到改进再到创新的循序渐进、能力螺旋上升的思维培养和训练方式，将工程图学、机械产品测绘及三维设计和工程图学综合设计与创新实践三门课程的有机衔接和渗透，并与对应学科竞赛结合，开展 “虚-实结合”的实验与实践，培养学生空间想象、创意构型、图样表达、改进和创新设计能力，更好地实现课程教学与创新型应用型人才培养的对接，全面提高本校工程图学系列课程教学水平。

（二）  引入思政、科研、专业相关工程案例，注重知识融合，拓展课程内容难度深度，提升课程的时代性、开放性、创新性

1）注重知识融合与重构。将工程制图、设计学、CAD技术等多课程知识融合，将科研实例、新的理念和技术融入教学，编写“互联网+”教材。通过课前导学、创新项目驱动和三维拓展等提升课程的高阶性。

2）注重知识内容的实用性和综合性。教学中强化机件的结构功能和尺寸标注分析;引入相关零件加工、机器拆装视频，增加现代设计方法、工程应用相关知识。

3）将理论学习、计算机3D建模、读图画图和创新设计协同融合，建立“二维工程图表达”与“三维建模过程”灵活交互的动态学习模式。

4）注重国际化人才培养的需求。增加“国外典型制图标准及应用”，引导学生自学英文版CAD软件、查找英文文献，以适应工业全球化快速发展需求。

（三）  改革教学方法

1  精心设计线上线下混合式教学，并与创新能力培养、课程思政育人有机融合

教学设计做好“课前引导与准备、课中精讲与解析、课后巩固与延伸”。对于基本知识点，安排部分内容学生线上自学，课内随堂测试了解学生掌握情况，教师课内精讲重点、难点。对于应用类知识点，结合思政、科研或工程案例，设置研讨型问题，采用分组讨论、学生讲解和教师点评等方式，启发学生创新思维，提高其学习主动性。利用“互联网+”、网络教学平台、AR技术、手机app、课程QQ群或微信群实现教学信息和资源共享。

2  案例教学和问题驱动相结合的教学

根据知识点的逻辑关系，引入不同类型的案例，以“提出问题、分析问题、解决问题、总结归纳”的思路开展教学环节的设计。包括：①引入问题。精心选择案例，提出问题，激发学生兴趣;②学生分组讨论、探究及分析问题;③开展课程内容教学，引导学生分析讨论，提出问题解决方案;④课程结束时，总结归纳并布置预习任务。

3  “比、学、赶、帮、超”的学习氛围建设

设置创新驱动项目、线上线下随堂测试，组织校级二维成图、三维建模和机械创新设计等竞赛，营造良好学习氛围。学生在竞赛中互相交流、学习，不仅能激发学生的创新潜能;也能不断提升教师的教学科研能力。课赛合一使学生在完成课程和竞赛任务的同时，实现“知识、能力、素质”全面协调发展，提升其创新能力。

（四）  建立“全方位、全过程”多元考核评价体系，提高学生学习的积极性和挑战度

基于OBE教育理念，建立尊重志趣、激发自信的“全过程、全方位”多元考核和评价标准（图2）。不仅考查学生的知识、学习过程与态度、价值观，还对其绘图、读图、分析与解决问题、团队协作和创新等能力进行综合性评价，对参赛获奖的优秀学生个人或团队给予奖励。

四  针对实践创新能力不足的问题解决方案

（一）  按思维构建、能力形成规律，开展以“实践创新能力”培养为核心的教学设计（图3）

以学生为中心，将课程思政贯穿教学全过程，3D建模和2D表达相互融合，从创新意识的引导，到创新思维的培养，到创新设计能力的训练，到创新能力的提升和综合评价，有效保证毕业要求的达成和教学目标的实现。

（二）  创新思维培养

将“二维工程图表达”与“三维建模”灵活交互，使图学课程学习充满乐趣。学生在学习相关图学知识的同时，可将自己的设计思想、构型設计、创新设计作品，通过自主三维建模形象地展现出来，提升了学生创新的积极性。另外，教学中设计小组讨论、难题解析，引导学生用唯物辩证的方法，联想学过的知识和方法，将复杂的问题分解为几个简单问题，培养分析和解决问题的能力。将“两圆柱相贯”与国家工程“西气东输”和“量变到质变”的哲学思想联系，强调知识积累和总结的重要性。将形象思维与逻辑思维有机结合，培养学生创新思维。

（三）  实践创新能力的培养与提升

1）改进传统实验，创建了“虚实结合”“3D-2D双向式”实践实验，能更好地激发学生的创造力、想象力和动手能力。

“虚实结合”的实验使得理论与设计实践、实物与计算机3D模型和读图与画图协同融合，促进知识向能力的转化。

2）设计分层次的“创新驱动”项目，按建模难易程度，分三级：组合体创意构型设计及3D建模→复杂机件的3D建模与设计→趣味机械3D建模与设计。

学生根据自己的情况，自主选题，开展创意设计、徒手画轴测图、尺规绘制三视图和计算机3D建模，撰写设计报告、心得体会等。学生在问题讨论、辅导答疑、实践训练中加强学习交流，提升其创新设计能力。学生的创意构型设计作品如图4所示。

3）创新型的课外实践平台，培养学生动手实践、创新设计能力。零部件测绘开放实验室可供学生课余时间进行观摩学习和思考;学校实习工厂是学生进行工程实践训练的场所;课程线上教学平台为学生自主学习提供便利。

开展相关学科竞赛，选拔并资助学生参加全国大学生成图技术、产品建模、机械创新设计等赛事。图5为2020年中南大学参赛团队的比赛作品“智能衣柜”。

五  实践成效

1）学生的学习成绩优良，教学效果好。工程图学系列课程教学改革已在本校机械设计制造及其自动化专业20、21级的部分班级实施，期末统考成绩对比，改革试点班总平均成绩名列年级前茅。从学生网络评教和专家组随机听课评价结果看，教学改革获得学生和专家的一致好评。

2）学生的自主学习积极性空前高涨，学生的查阅资料能力、工程实践能力、设计创新能力、口头表达能力和团队协作能力等综合素质都有了很大提高。

3）以赛助学，学习氛围建设，课外学生参团参赛学习积极性不断提高，创新能力得到进一步提升。学科竞赛为学生提供了一个展示舞台，近三年，中南大学机电工程学院学生参加中国大学生工程实践与创新能力大赛、大学生机械创新设计大赛、大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛，共获得国家金奖1项、国家银奖1项、国家特等奖3项;国家一等奖1项、二等奖2项、三等奖1项;省级一等奖4项。

4）以赛助教、教学相长。课题组5位教师在年终评定中均获得了2020、2021年中南大学校级本科教学质量优秀奖。

六  结束语

为了早日实现“制造强国”的战略目标，达到中共中央、国务院提出的 “三全育人”的要求，我们的改革以学科竞赛为抓手，开展“思政引领”的“线上-线下混合开放式”教学，能循序渐进地教会学生发现、分析和解决相关设计和工程问题，培养学生自主学习、形象思维，构型设计、图样表达、协同合作、设计创新能力和综合素质。通过“课赛融合”提升课程趣味性，以赛促学，最大化地激发学生的学习积极性、主动性和创造性;以赛促教、以赛促改，全面提升教育教学质量。改革实践证明“思政引领，成果导向”的教学改革策略，“虚实结合”的实践训练形式，以及“课赛合一”的教学实施办法可行有效，值得进一步推广。

参考文献：

[1] 唐乐为，熊嫣，刘桂萍，等.课程思政在工程制图课程中的教学模式探索[J].大学教育，2021（6）：58-61.

[2] 毛文武.美国加州大学圣迭哥分校工程图学课程教学研究[J].工程图学学报，2007，28（5）：172-177.

[3] 李大龙，李昌威，董志奎，等.“课程思政”在工程制图课程中的实施方法研究[J].教育教学论坛，2021（20）：125-128.

[4] 唐艳丽，罗云霞，何蕊.基于先进图学竞赛的图学拔尖人才培养探索[J].机械设计，2018，35（S2）：14-16.

[5] 李富平，杨文通，王建华.面向机械类本科生以实践为先导的工程图学教学方式探讨[J].工程图学学报，2014（5）：787-790.

[6] 熊志勇，罗志成，陈锦昌，等.基于创新性构型设计的工程图学教学体系研究[J].工程图学学报，2012（2）：108-112.