基于課賽融合的機械類工程圖學課程改革與實踐

鄭敏，朱宗孝，李海燕，魏興春，陳衛華

（蘭州理工大學 機電工程學院，甘肅 蘭州）

一 引言

機械類工程圖學課程主要研究利用投影法的基本原理繪制和識讀機械圖樣，作為技術基礎課與專業課之間的橋梁，可為后續課程設計、畢業設計及從事工程技術工作打下扎實的圖學基礎，課程既有系統理論又有工程實踐，對培養學生的初步工程意識、繪圖和識圖能力、空間思維和構形設計能力起到十分重要的作用。我國高等教育事業近年來蓬勃發展，著力培養學生的創新創業能力，隨著課程學時的不斷縮減，對課程教學帶來沖擊，學生和老師都面臨著機遇和挑戰，針對工程圖學機械類課程對工程素質與能力的培養要求，借助圖學類的重要國家級賽事平臺聚力打造課賽融合，探索機械類工程圖學課程在教學過程中的改革與實踐。

二 工程圖學課程相關競賽

（一） 全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽

為激發學生的創新意識，強化學生的實踐動手能力，作為圖學類課程最高級別的國家級賽事——“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽（簡稱成圖賽）以“德能兼修，技高一籌”為主題自2008 年以來每年舉辦一次，截止2021 年已成功舉辦十四屆。大賽聯合舉辦單位包括：教育部高等學校工程圖學教學指導委員會、教育部高等學校工程圖學課程教學指導分委員會、中國圖學學會制圖技術專業委員會、中國圖學學會產品信息建模專業委員會及眾多知名大學，被譽為“圖學界的奧林匹克”。結合新工科建設和工程教育專業認證，共設立四個競賽類別：機械類、建筑類、道橋類和水利類。機械類項目每年以命題競賽形式開展，主要包括以下方面：尺規繪圖、產品信息建模、數字化虛擬樣機設計、輕量化設計及3D 打印等。大賽的競賽規模大、專業領域廣、綜合應用強，持續展示各高校創新成圖載體的教學成果，在全國性大學生重點賽事中占據了一席之地，2019 年被中國高等教育學會列入全國普通高校學科競賽排行榜。

鼓勵大一的同學通過工程圖學課程學習積極參加成圖賽等課外科技活動，激發學生的創新意識，培養學生的形象思維、構型設計、工程圖樣表達、工程意識及實踐創新等能力，為后續的課程學習及從事工程技術工作打下基礎，以賽促學，以賽促教，以賽促改，為新工科人才培養夯實了基礎、創造了有利條件。大賽逐步形成了校賽推選省賽，省賽推選國賽的規范體制，參賽學生、指導教師及參賽隊伍和參賽學校數量逐年遞增，大賽的權威性和影響力逐年提升，歷年參賽隊伍數和參賽學生人數如圖1所示。

圖1 成圖賽參賽隊伍數和參賽學生人數

2021 年第十四屆機械類別競賽分個人和團體賽，成績計算辦法：機械類個人全能總分= 尺規繪圖+ 計算機建模；機械類團體總分= 團隊中個人全能成績排名前5 名選手的尺規繪圖總分+ 計算機建?？偡?制圖基礎知識總分+3D 打印+輕量化設計，以上各項占比分別為35%、40%、10%、10%、5%。以成圖賽為載體，學生通過艱苦的訓練練就了扎實的圖學基本功，包括圖學基礎知識、三維設計及三維、二維表達能力以及輕量化設計及3D 打印等先進技術，使學生具備了運用圖學知識解決實際工程問題的初步能力，認真負責的工作態度和嚴謹細致的工作作風，鍛造了學生的堅強意志品質。

（二） 圖學類教學競賽

為落實教育部關于以人為本，建設高質量、高水平大學的一系列舉措，促進圖學師資隊伍的建設，激勵教師刻苦鉆研教學方法，打造一流課程和提升專業水平，鼓勵教師之間的教學經驗交流，圖學類的教學競賽——全國高等學校教師圖學與機械課程示范教學與創新教學法觀摩競賽自2011 年以來每兩年舉辦一次，截止2021 年已成功舉辦六屆。聯合舉辦單位包括：教育部高等學校工程圖學課程教學指導分委員會、軍隊院校圖學與機械基礎教學協作聯席會倡議與中國圖學學會制圖技術專業委員會、中國圖學學會產品信息建模專業委員會等。主要面對圖學與機械課程，參賽人數和質量逐年提升。

此外，全國高校教師教學創新應用大賽——3D/VR/AR 數字化虛擬仿真主題賽項，是由中國高等教育學會舉辦，旨在提高圖學教師數字化虛擬仿真工程創新應用能力，為推進課堂教學與實驗實踐教學的數字化虛擬仿真改革和創新起到了積極的推動作用。

教學競賽促進了圖學領域全國高校教師的教學水平，強化了新工科建設、一流課程建設的基礎。以賽促學，以賽促教，一方面教師在指導學生參加成圖賽的同時也提升了自身的業務素質和能力，另一方面通過參加學科類的教學競賽，工圖教師應用各種信息化的現代技術手段，個人綜合素質和課堂駕馭能力方面都有了長足的進步，教學水平快速提高，競賽成為工程圖學課程青年教師培養的助推器，有效促進了教學質量的提升。

三 工程圖學課程改革與實踐

蘭州理工大學工程圖學教學部緊密結合課程特點，聚力打造課賽融合，注重提高學生的創新能力和綜合技能應用，打造“校賽- 省賽- 國賽”階梯式學科競賽體系，通過課賽融合使課堂教學縱深化，以助推行業發展。

自2012 年CAD 創新設計大賽獲批蘭州理工大學校級科創活動，為校級科創活動加入新的主題和內容，強調創新設計應以工程應用和滿足需求為前提。一直以來，校賽與時俱進，目前共設機械制圖綜合技能、三維CAD 創新設計、3D 建模與打印大賽三個項目。通過多年不斷地探索、實踐，在活動形式和內容上趨于完善，CAD 創新設計大賽與工程實踐和課堂教學內容更好地銜接，使得課程教學在時間上和空間上得以延伸。自2012 年以來已成功舉辦了十屆，參賽人數逐年增多，參賽規模逐年擴大，參賽學生覆蓋了機械類、近機械類等專業，已成為具有較大影響力的校級競賽。校賽主題為“推動CAD 技術應用、提升自主創新能力”，著力培養大學生的創新設計與團隊協作能力，圖2 為CAD 創新設計大賽層級圖。

圖2 CAD 創新設計大賽層級圖

2015 年開始，教學部進一步拓寬課賽融合模式，借助“高教杯”全國大學生成圖大賽平臺，在課程班中激勵并推選同學參與預賽選拔，并對在校賽“機械制圖綜合技能”項目中獲獎的學生開展集中訓練，在三維建模訓練中采用項目式教學，邊學邊練，在訓練中三維建模能力得到不斷提升。在訓練中采用由易到難、由典型到特殊的循序漸進的項目式教學方式，學生在規定時間內進行實操訓練，完成后進行小組討論及統一點評，再進行復盤及方案修訂。通過實操訓練激發了學生的興趣和學習熱情，使其綜合應用能力、創新能力及團隊協作能力等得到鍛煉。最終，扎實的功底成就了競賽中的優異成績。

鼓勵學生參與相關賽項的同時，工程圖學教師也在不斷加強自身能力的提升，依托競賽，反哺教學，積極參加國家級的圖學教師賽事——全國高校教師教學創新大賽和全國高等學校教師圖學與機械課程示范教學與創新教學法觀摩競賽，教師由教學的“主體”變為“主導”，取得優異成績的同時不斷提高了教師的創新力，夯實了教學基本功。

工程圖學課程在課堂中通過加強師生互動及生生互動模式開展實踐教學，以學生為中心，借助學科競賽激發學生學習熱情，從大一接觸課程之初即在學生心中播撒科創的火種，使其各方面能力在課程和競賽中得到綜合訓練及提升。借助于學生科創競賽平臺，通過課賽融合促使學生積極開展自主學習，不斷提升綜合能力，改善學生在后續的課程設計、畢業設計及從事工程技術工作中創新設計能力相對薄弱，缺乏探究精神的現狀，通過課賽融合建設對工程圖學課程的教學改革起到了積極的推動作用。

競賽賽題與工程實踐緊密相關，通過課賽融合，以賽促學、以賽促教，夯實基礎，不斷增強學生競爭力。近年來隨著3D 打印技術、輕量化設計、AR、VR 等先進技術的發展，各行各業也在順應瞬息萬變的時代，圖學課程也需要變革以助推行業發展，通過研究工程圖學前沿，針對先進技術，引導師生普及新技術、新觀念，更深層次地培養高素質創新型、復合型技能人才，齊心協力，共謀發展。

在新工科人才培養模式下，圖學類國家級賽事學生及教師平臺積極地推動了圖學課程的教學改革和創新，在圖學教學改革中通過課賽融合使學生的圖學基本功得到扎實訓練，創新能力得以提高，同時教師的專業素質和教學能力也得以提升。從工程圖學的課程體系、教學資源、教學模式等方面以學科競賽為契機，有效提高了圖學類課程的教學質量并促進教育教學改革。