“思政引領、成果導向、課賽合一、虛實結合”的工程圖學系列課程改革與實踐

湯曉燕,云忠

摘? 要：為實現“知識、能力、素質到價值塑造”的課程教學目標，該文在闡述國內外圖學教育現狀的基礎上，針對圖學系列課程知識點與思政教育結合不緊密，學生學習主動性不足、挑戰度不高，以及實踐創新能力不足幾大根本問題，以“學生”為中心，以“設計”為主線，以學科競賽為抓手，重構圖學系列課程教學體系。通過建設思政案例庫、測試題庫及模型庫豐富教學資源，通過強化“二維-三維”靈活交互的虛實結合的實踐訓練，設置分層次的“創新設計”驅動項目，開展線上線下混合式教學和全過程多方位考核評價，提升學生實踐創新能力和綜合素質，從而實現課程教學中對學生的知識傳授、實踐創新能力、品德教育的協同培養。該教學改革策略、方法和經驗，可為高等院校圖學及機械設計類課程教學提供參考。

關鍵詞：圖學系列課程;思政教育;創新設計;課賽合一;虛實結合

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

隨著中國經濟的迅速發展和科學技術水平的不斷提高，我國制造業正在向數字化、智能化轉型，計算機繪圖、圖像處理，幾何建模、虛擬制造與裝配和優化設計等現代產品設計與表達技術發揮著重要的作用，因此將傳統圖學理論與現代設計技術結合，重構工程圖學系列課程體系迫在眉捷。

在中共中央、國務院提出的“全員全過程全方位育人”的教育新格局下，課程教學應該包含傳授知識、傳承技能、培養能力和樹立品德等多種功能。當前高校在圖學課程的思政探索和實踐創新能力培養上仍然存在不足，從第八次圖學教育現狀調查結果看，2016年以來工程圖學課程平均學時數比之前減少了12學時，降幅為12%[1]。面對課程學時數減少、學生學習積極性不高、挑戰度不夠和實踐創新能力不足幾大根本問題，必須改變教育理念，重構教學體系，引進現代教學手段，科學設計，合理評價，以實現教育過程中對學生的知識傳授、實踐創新能力、品德教育的協同培養。

一工程圖學教育國內外研究現狀

國外的工程圖學發展已基本完成了數值化轉變，根據美國工程設計制圖學會組織德克莎斯大學等院校的工程圖學教授的調研結果，美國主要的工科院校早在1990年就提出了與信息社會相適應的現代工程圖學體系。美國的普渡大學、加州大學和麻省理工學院都很重視工程圖學與計算機輔助設計、制造等課程內容的銜接與融合，以加州大學圣迭哥分校的MAE3課程[2]為例，課程教學以培養學生綜合能力為核心，教學活動不僅有工程制圖、計算機輔助設計、機械設計基本知識及素質教育相關內容的講授，也有學生分組合作設計、計算機CAD軟件建模、3D打印制造作品雛形和公開答辯等實踐活動。

國內高等院校的工程圖學教學改革在加強理論與實踐的結合、提高教學效果方面做了許多工作，但就如何在課程中有機融入思政元素;如何提高學習主動性、挑戰度;如何達成學習成果的研究并不多。如，2021年，湖南大學唐樂為等[1]開展了以專業知識為基礎、以國家戰略為背景，加強學生文化素質培養的融合課程思政內容的工程制圖教學模式的探索與研究。2021年，燕山大學李大龍等[3]開展了課程思政在工程制圖課程中實施方法的研究。2018年，哈爾濱工業大學唐艷麗等[4]研究了圖學拔尖人才的培養，結合先進成圖技術大賽設計創新型實驗，取得一定成績;2015年常州大學聘請美國教授短期講授工程制圖與CAD課程，并詳細分析和總結了外教的教學設計與實踐情況;2014年，北京工業大學李富平等[5]探討并研究了“實踐為先導”的工程圖學教學方式，培養學生實踐動手能力。2012年，華南理工大學熊志勇等[6]研究并建立了創新性構型設計的工程圖學教學體系，在培養學生構型設計創新思維能力方面取得一定成效。

二? 針對課程知識點與思政教育結合不緊密、難以實現價值塑造等問題的解決方案

（一）? 基于“立德樹人，以學生為中心，以成果為導向”的教學理念，將課程思政潛移默化地貫穿整個教學和指導過程

從為什么學習這門課，到工程圖樣的特點和應用，從現代設計、圖學發展方向和科學家事跡，到我國“巡天探地潛海”工程的偉大目標和成績，解讀中國的科技強國、制造強國和人才強國，引導學生樹立正確的價值觀，培養愛國主義情懷。構建了基于教材、課件、網絡教學資源于一體的課程思政資源。

探討知識點與思政元素的映射關系（表1）。

（二）? “線上-線下混合式教學”與課程思政相結合，師生共建開放式課程思政教學課堂

以學生為主體，在實踐實驗訓練中培養學生認真細致、一絲不茍的學習態度、嚴謹細致的工作作風，以及用唯物辯證的思維方法來解決工程問題的能力，增強自信心。

在參加課內隨堂測試類競賽、課外各類省級、國家級學科競賽中，培養學生溝通交流、團隊合作能力和報效祖國、回饋社會的人文情懷。

布置有“思政感悟”的開放式驅動項目任務，以歸納總結、小組匯報、體會感悟等方式來展現學生的思政認識和價值觀。

（三）? 開發課程思政與專業課教學緊密結合的特色項目

以中國共產黨“黨徽的設計歷史與意義”為引導，鼓勵學生小組合作，完成班徽的創意設計、三維建模和課堂展示。通過課內外討論、平面構型和三維拓展訓練，培養學生工程設計能力的同時，塑造熱愛集體、團結友愛、努力競取和拼搏向上的價值觀;通過小組協作設計、答辯和談心得體會，培養學生的責任感和人文情懷。

三? 針對學生學習主動性不足，挑戰度不高的問題解決方案

（一）? 建立了一個“成果導向、課賽合一”的能力螺旋上升的工程圖學系列課程新體系

建立的工程圖學系列課程新體系如圖1所示。采取先易后難，從模仿到改進再到創新的循序漸進、能力螺旋上升的思維培養和訓練方式，將工程圖學、機械產品測繪及三維設計和工程圖學綜合設計與創新實踐三門課程的有機銜接和滲透，并與對應學科競賽結合，開展 “虛-實結合”的實驗與實踐，培養學生空間想象、創意構型、圖樣表達、改進和創新設計能力，更好地實現課程教學與創新型應用型人才培養的對接，全面提高本校工程圖學系列課程教學水平。

（二）? 引入思政、科研、專業相關工程案例，注重知識融合，拓展課程內容難度深度，提升課程的時代性、開放性、創新性

1）注重知識融合與重構。將工程制圖、設計學、CAD技術等多課程知識融合，將科研實例、新的理念和技術融入教學，編寫“互聯網+”教材。通過課前導學、創新項目驅動和三維拓展等提升課程的高階性。

2）注重知識內容的實用性和綜合性。教學中強化機件的結構功能和尺寸標注分析;引入相關零件加工、機器拆裝視頻，增加現代設計方法、工程應用相關知識。

3）將理論學習、計算機3D建模、讀圖畫圖和創新設計協同融合，建立“二維工程圖表達”與“三維建模過程”靈活交互的動態學習模式。

4）注重國際化人才培養的需求。增加“國外典型制圖標準及應用”，引導學生自學英文版CAD軟件、查找英文文獻，以適應工業全球化快速發展需求。

（三）? 改革教學方法

1? 精心設計線上線下混合式教學，并與創新能力培養、課程思政育人有機融合

教學設計做好“課前引導與準備、課中精講與解析、課后鞏固與延伸”。對于基本知識點，安排部分內容學生線上自學，課內隨堂測試了解學生掌握情況，教師課內精講重點、難點。對于應用類知識點，結合思政、科研或工程案例，設置研討型問題，采用分組討論、學生講解和教師點評等方式，啟發學生創新思維，提高其學習主動性。利用“互聯網+”、網絡教學平臺、AR技術、手機app、課程QQ群或微信群實現教學信息和資源共享。

2? 案例教學和問題驅動相結合的教學

根據知識點的邏輯關系，引入不同類型的案例，以“提出問題、分析問題、解決問題、總結歸納”的思路開展教學環節的設計。包括：①引入問題。精心選擇案例，提出問題，激發學生興趣;②學生分組討論、探究及分析問題;③開展課程內容教學，引導學生分析討論，提出問題解決方案;④課程結束時，總結歸納并布置預習任務。

3? “比、學、趕、幫、超”的學習氛圍建設

設置創新驅動項目、線上線下隨堂測試，組織校級二維成圖、三維建模和機械創新設計等競賽，營造良好學習氛圍。學生在競賽中互相交流、學習，不僅能激發學生的創新潛能;也能不斷提升教師的教學科研能力。課賽合一使學生在完成課程和競賽任務的同時，實現“知識、能力、素質”全面協調發展，提升其創新能力。

（四）? 建立“全方位、全過程”多元考核評價體系，提高學生學習的積極性和挑戰度

基于OBE教育理念，建立尊重志趣、激發自信的“全過程、全方位”多元考核和評價標準（圖2）。不僅考查學生的知識、學習過程與態度、價值觀，還對其繪圖、讀圖、分析與解決問題、團隊協作和創新等能力進行綜合性評價，對參賽獲獎的優秀學生個人或團隊給予獎勵。

四? 針對實踐創新能力不足的問題解決方案

（一）? 按思維構建、能力形成規律，開展以“實踐創新能力”培養為核心的教學設計（圖3）

以學生為中心，將課程思政貫穿教學全過程，3D建模和2D表達相互融合，從創新意識的引導，到創新思維的培養，到創新設計能力的訓練，到創新能力的提升和綜合評價，有效保證畢業要求的達成和教學目標的實現。

（二）? 創新思維培養

將“二維工程圖表達”與“三維建模”靈活交互，使圖學課程學習充滿樂趣。學生在學習相關圖學知識的同時，可將自己的設計思想、構型設計、創新設計作品，通過自主三維建模形象地展現出來，提升了學生創新的積極性。另外，教學中設計小組討論、難題解析，引導學生用唯物辯證的方法，聯想學過的知識和方法，將復雜的問題分解為幾個簡單問題，培養分析和解決問題的能力。將“兩圓柱相貫”與國家工程“西氣東輸”和“量變到質變”的哲學思想聯系，強調知識積累和總結的重要性。將形象思維與邏輯思維有機結合，培養學生創新思維。

（三）? 實踐創新能力的培養與提升

1）改進傳統實驗，創建了“虛實結合”“3D-2D雙向式”實踐實驗，能更好地激發學生的創造力、想象力和動手能力。

“虛實結合”的實驗使得理論與設計實踐、實物與計算機3D模型和讀圖與畫圖協同融合，促進知識向能力的轉化。

2）設計分層次的“創新驅動”項目，按建模難易程度，分三級：組合體創意構型設計及3D建模→復雜機件的3D建模與設計→趣味機械3D建模與設計。

學生根據自己的情況，自主選題，開展創意設計、徒手畫軸測圖、尺規繪制三視圖和計算機3D建模，撰寫設計報告、心得體會等。學生在問題討論、輔導答疑、實踐訓練中加強學習交流，提升其創新設計能力。學生的創意構型設計作品如圖4所示。

3）創新型的課外實踐平臺，培養學生動手實踐、創新設計能力。零部件測繪開放實驗室可供學生課余時間進行觀摩學習和思考;學校實習工廠是學生進行工程實踐訓練的場所;課程線上教學平臺為學生自主學習提供便利。

開展相關學科競賽，選拔并資助學生參加全國大學生成圖技術、產品建模、機械創新設計等賽事。圖5為2020年中南大學參賽團隊的比賽作品“智能衣柜”。

五? 實踐成效

1）學生的學習成績優良，教學效果好。工程圖學系列課程教學改革已在本校機械設計制造及其自動化專業20、21級的部分班級實施，期末統考成績對比，改革試點班總平均成績名列年級前茅。從學生網絡評教和專家組隨機聽課評價結果看，教學改革獲得學生和專家的一致好評。

2）學生的自主學習積極性空前高漲，學生的查閱資料能力、工程實踐能力、設計創新能力、口頭表達能力和團隊協作能力等綜合素質都有了很大提高。

3）以賽助學，學習氛圍建設，課外學生參團參賽學習積極性不斷提高，創新能力得到進一步提升。學科競賽為學生提供了一個展示舞臺，近三年，中南大學機電工程學院學生參加中國大學生工程實踐與創新能力大賽、大學生機械創新設計大賽、大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽，共獲得國家金獎1項、國家銀獎1項、國家特等獎3項;國家一等獎1項、二等獎2項、三等獎1項;省級一等獎4項。

4）以賽助教、教學相長。課題組5位教師在年終評定中均獲得了2020、2021年中南大學校級本科教學質量優秀獎。

六? 結束語

為了早日實現“制造強國”的戰略目標，達到中共中央、國務院提出的 “三全育人”的要求，我們的改革以學科競賽為抓手，開展“思政引領”的“線上-線下混合開放式”教學，能循序漸進地教會學生發現、分析和解決相關設計和工程問題，培養學生自主學習、形象思維，構型設計、圖樣表達、協同合作、設計創新能力和綜合素質。通過“課賽融合”提升課程趣味性，以賽促學，最大化地激發學生的學習積極性、主動性和創造性;以賽促教、以賽促改，全面提升教育教學質量。改革實踐證明“思政引領，成果導向”的教學改革策略，“虛實結合”的實踐訓練形式，以及“課賽合一”的教學實施辦法可行有效，值得進一步推廣。

參考文獻：

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[6] 熊志勇，羅志成，陳錦昌，等.基于創新性構型設計的工程圖學教學體系研究[J].工程圖學學報，2012（2）：108-112.