課賽融合背景下“機械制圖”課程教學改革探究

朱 銳，梁荊璞，劉永輝

（長江大學 文理學院，湖北 荊州 434020）

0 引言

機械制圖是工程圖學的重要分支，機械圖樣與現代工業中的機械、電機、電器等設備的設計、制造、安裝緊密聯系，為了更好的使用這些工業機器、設備，需要通過閱讀機械圖樣來了解它們的結構和性能。因此，每個與機械有關的工程技術人員都必須能夠繪制和閱讀機械圖樣[1]。

“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的宗旨是：培養學生的工匠精神，激發學生的創新意識，探索圖學的發展方向，創新成圖載體的方法與手段等等[2-4]。以“德能兼修，技高一籌”為主題，目的在于以賽促教，以賽促學，以賽促改，全面提高大學生的繪制和閱讀圖學能力，為中國制造走向中國創造催生和助長大量優秀人才[2]。大賽主要圍繞尺規繪圖、產品信息建模、數字化虛擬樣機設計、3D 打印等項目進行命題競賽[5]。截至2023 年6 已經舉辦了16 屆，級別之高，影響之大，受益之眾，不言而喻。作為一項全國綜合性大學生學科賽事，成圖大賽被譽為“圖學界的奧林匹克”，已經成為評估高等學校創新創業人才培養質量的指標之一，引起各個院校的高度重視[5]。

“機械制圖”課程作為一門既有系統理論又有較強實踐性的技術基礎課[6]，課程內容包括投影原理，基本立體、簡單組合體的構型過程和方法[4]，機件的常用表達方法，零件圖和裝配圖等內容，教學難度較大，通過課賽融合將激發學生學習的興趣和主動性，拓展其思維空間。

1 課程與教學改革要解決的重點問題

作為機械類、機電類專業的專業基礎課程，“機械制圖”課程較考驗學生的空間思維能力，在教學改革存在以下要解決的重點問題：

（1）“機械制圖”課程教材更偏重于理論知識，存在大量的文字、二維組合體視圖及零件圖等，較難在學生腦海中形成三維模型思維。

（2）“機械制圖”課程主要采用以課堂講授為主、課下作業為輔的教學模式，課堂教學的現狀是大班合堂上課，忽略了學生的主體性，學生對于課堂的參與度不高。

（3）隨著智能手機的普及和網絡的不斷發展，授課過程中發現學生習慣在課堂上玩手機，做一些與課程內容無關的事情。

（4）機械制圖教具有限，因受教學條件和課程學時的限制，在課堂教學中傳遞的信息量相對較少，學生前期缺乏專業的學習，導致空間思維能力有限，學習效果差。

2 教學改革與課程資源建設

針對目前機械制圖課程教學中存在的問題，結合成圖大賽大綱，將機械制圖的基本理論、方法和技巧融入課程教學中。以機械類賽道為例，重點講授手工尺規制圖、三維軟件建模、圖形學基礎知識等內容，采取“先基礎后復雜，從模仿到改進再創新”的逐步升級的思維訓練模式，梳理“機械制圖”教學知識點與競賽大綱及技術要求的關系，修訂“機械制圖”教學大綱，調整課程教學內容[5-8]。將基于計算機信息技術等的“先進設計方法+互聯網”與課堂模型教具、增強現實實驗教學平臺以及成圖大賽緊密結合，使學生在實踐中掌握理論知識，提高學生的空間想象能力、繪圖讀圖能力、計算機二維繪圖以及三維造型軟件進行構型設計的能力。

2.1 理論教學改革

“機械制圖”課程理論教學采用線上線下相結合的方式。根據成圖大賽大綱要求，對教材內容進行了整合和優化，建設完成了“機械制圖”在線課程，制定了詳細的預習指南，指導學生如何有效預習課程內容。在課堂教學中，適當引入競賽的題型，讓學生在課堂上體驗到競賽的挑戰與樂趣。同時，現代教育技術的發展為教學方法的改革提供了新的可能性，采用三維軟件、視頻影像、實物模型展示等方式，將增強現實技術（虛擬實驗仿真）融入機械制圖課程及習題集，課賽融合將理論教學與實踐操作相結合，學生在進行相關理論知識學習的同時，要求對于課程單元進行實踐操作，達到對課程教學大綱要求知識點的理解的目標。課程以實際工程項目為導向，讓學生在完成項目的過程中，學習并掌握機械制圖國家標準、教材大綱知識點和操作技能，通過這種方式可以較好地培養學生的工程實踐能力。如圖1 所示，采用增強現實技術將主要知識點附加到3D 模型上，并融合3D 動畫、3D模型、3D 交互等多種形式，實現知識內容的3D 可視化，使教學內容更加形象、直觀、立體，從而提高學生的學習興趣和效果。

圖1 增強現實技術應用

2.2 實踐教學改革

實踐教學是提高學生解決實際問題能力的重要手段。在大一階段，學生還未接觸到機械零部件的實際情況，空間想象力欠缺。為了讓學生更好地理解和掌握機械制圖知識，配備了先進的機械制圖實驗設備和軟件，為實踐教學提供良好的環境，讓學生在課堂上就能接觸到實際的機械制圖操作，建設了機械制圖測繪實訓室，滿足減速器、齒輪泵、千斤頂等裝置的拆卸和機械零部件測繪練習的需求。結合課程教學大綱和成圖大賽要求，設計出具有實際意義的機械制圖實踐項目，讓學生在實踐中掌握機械制圖的基本理論和方法。同時在第二學期同步開設Auto CAD 軟件應用和SolidWorks 軟件應用上機課程，將理論知識、實踐練習與成圖大賽緊密結合。通過設置競賽任務，如圖2 所示，激發學生的學習興趣和積極性，競賽任務的設定可以幫助學生更好地理解和應用所學知識，提高學生的解決問題的能力。

圖2 拆裝仿真實驗

課賽融合機械制圖的創新點主要體現在以下幾個方面：

（1）提高學生的學習興趣和積極性，將競賽元素融入機械制圖課程教學過程，鼓勵學生帶著任務去學習，以目標為結果導向，想辦法收集資料去解決問題，從而提高自身的學習能力、實踐能力等。

（2）培養學生的動手實踐能力、創新意識，通過參加成圖大賽機械類別的競賽，可以讓學生將所學的理論知識應用到實際問題中，提高實踐能力。

（3）提高教學質量和效果，課賽融合可以促使教師調整教學方法和策略，思考教學的過程中的不足，尋求教學內容與競賽要求融合的教學方法，提升教學效果。同時，教師可以通過省賽、國賽中學生的成績，為下一步的教學的改進提供參考。

（4）增強學生的團隊協作能力和溝通能力，成圖大賽的組織與參加一般是要經過校賽、省賽層層選拔后組成一個團隊，學生在團隊中需要互相協作、分工合作，有助于培養學生的團隊協作意識和溝通能力。

3 課程教學組織與實施

本課程教學的組織實施：第一學期畫法幾何內容的知識主要通過理論課講授，第二學期機械制圖內容的知識講授作為課賽結合的主要陣地。在教學過程中，不再拘泥于教材上的傳統知識，而是結合圖學比賽真題、工程實訓項目、機械零部件測繪、VR 虛擬仿真等多方面內容擴展課堂眼界。其中成圖比賽真題的結合是創新的重要組成部分，真題篩選與課程章節內容聯系密切的題目。除理論教學的學時外，利用本專業建成的機械制圖測繪實訓室、機械仿真實驗室等資源，要求每一位學生在每個教學周內，進入實訓室進行自主訓練的時長不少于4 學時，并將學生自主訓練成果納入課程考核范圍。學生自主訓練內容包括但不限于教材配套的習題集作業、尺規繪圖大作業、組合體模型測繪、機械零部件測繪、VR 模型互動體驗等等，教師在這一環節起輔助作用，旨在為學生打造良好的繪圖技能基礎，同時也訓練學生儲備圖學比賽所需的扎實基本功。

教學過程以“讀零件圖”為例，多媒體演示、真題解析、學生自主訓練相結合。具體見表1。

表1 “讀零件圖”教學過程

4 課程考核方式

“機械制圖”課程是機械類專業學生的一門專業核心課，在機械制圖與成圖比賽融合的背景下，課程改革考核方式需要綜合評估學生的實踐能力、理論知識、創新能力和團隊協作能力。理論考試：考察學生對機械制圖基本概念、原理、國家和行業標準的掌握程度，以及閱讀和分析機械圖紙的能力，考試形式為閉卷筆試。實踐操作：考察學生的繪圖速度、精度以及創新意識，結合成圖比賽真題，設置一定時長的繪圖任務，要求學生在規定時間內完成，任務包括繪制零件圖、裝配圖等繪圖大作業。綜合考慮課堂表現、理論考試成績、實踐報告、競賽成績等多個方面作為總評成績。此外，鼓勵學生參加各類制圖和成圖比賽，以提高他們的實踐能力和綜合素質，為將來的工程師職業生涯打下堅實基礎。

5 課程評價及改革成效

通過將成圖大賽融入機械制圖課程教學過程，學生的學習效果和滿意度均有顯著提升，由被動接受轉變為主動參與，大大提高了學生學習積極性。同時，結合成圖大賽的真題案例練習，教師也更加直接了解了學生的學習情況，及時調整更新教學內容、方法和手段，提升了教學質量，課程的實用性和針對性也得到了增強。具體體現在：學生的制圖技能通過實際操作得到了鍛煉和提高，學生的圖紙繪制水平、準確性和規范性都有顯著提升。學生在學習過程中有了更多的實踐機會，使他們更愿意主動學習和探索，“機械制圖”課程成績提高顯著。我院學生在2023 年第十六屆全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽中獲國家級二等獎、三等獎，效果顯著。

綜上所述，課賽融合背景下的“機械制圖”課程教學改革，不僅可以提升學生的技能和興趣，還能提高教學質量和課程的實用性，具有較好的改革成效。