基于“二維三維融合+賽教融合”的“現代工程圖學”項目制教學改革實踐

摘"要：“現代工程圖學”課程是機械類專業的基礎核心課程。教學團隊針對課程教學現狀和普遍存在的問題進行分析，采用“二維三維融合+賽教融合”的雙融合模式進行項目制課程體系改革，形成了“思政領航、二維三維融合、賽教融合、雙層評價”的教學模式，建立了與學科競賽訓練相適應的項目化教學體系，激發了學生的積極性和主觀能動性。實踐證明“二維三維融合+賽教融合”的“現代工程圖學”課程教學效果顯著，為“現代工程圖學”課程體系的構建提供參考。

關鍵詞：工程圖學教學改革；二維三維融合；賽教融合

中圖分類號：G642.0""文獻標識碼：A

隨著《中國制造2025》戰略的實施，我國智能制造產業飛速發展，中國制造已經走向智能化時代。“新工科”建設要求用新理念、新結構、新模式、新質量、新體系開展工程教育改革創新，加快工程教育改革創新，培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，支撐產業轉型升級［1］。

“現代工程圖學”課程作為機械類專業的基礎核心課程，主要包括“機械制圖”“計算機輔助設計CAD”“三維建模造型設計”“公差配合與測量”等課程，所講授的二維制圖、三維建模是機械類專業學生必須掌握的一項基本專業技能。本課程團隊調研發現：在“互聯網+”理念的不斷滲透下，三維數字化、虛擬仿真等先進技術飛速發展，數字化產線升級是目前大部分企業向智能化轉型的重點項目，這就需要工科院校向社會輸出具有工程素養、創新思維、工程實踐能力的高階應用型工程師［2］。然而，傳統的“工程圖學”課程教學體系難以滿足智能化機械時代所需要的高階人才需求，因此，“工程圖學”課程體系也需要變革與創新。

本課程團隊擬采用“二維三維融合+賽教融合”的雙融合模式進行“現代工程圖學”課程體系的改革，形成“思政領航、二維三維融合、賽教融合、雙層評價”的教學模式。通過課程改革幫助學生完成“一圖三畫”，學會手工尺規繪制圖、CAD二維繪圖、三維繪圖，重點突出“數字化制圖”，讓學生在競賽中培養學習興趣、提升技能，使學生能全面發展，適應社會需求，進一步形成一個可持續發展的賽教協同育人的良性循環機制，培養企業所需的高階創新型人才。

1"“現代工程圖學”課程現狀分析

本課程教學團隊對杭州、寧波、臺州、長株潭等地區的汽車企業進行調研，調研結果表明：機械制圖與CAD制圖、三維建模、機械設計是機械類工程師必須掌握的基本技能，對于這一基本技能的要求是能看懂機械產品的結構原理圖，掌握機械設計的基本原理，熟練利用計算機輔助軟件進行產品設計、運用創新方法改進現有設備或產線。然而實際輸送到企業的畢業生存在專業基本能力較差，二維制圖和三維建模能力達不到企業崗位基本要求，主動學習能力不足，缺乏創新意識等問題。目前“現代工程圖學”課程普遍存在的問題主要有以下內容。

1.1"二維、三維分學期進行缺乏關聯

大部分高校的“現代工程圖學”課程體系設置為二維在前、三維在后，二維三維課程之間缺乏關聯性［3］。機械制圖對學生的空間想象能力要求較高，如果理論課程講授較難，大部分學生難以跟上教學進度。而三維造型正是利用三維立體圖形進行表達設計，具有更直觀、更清晰的特點，易于理解［4］。將二維三維結合起來進行項目制教學利于培養學生的主動學習能力。

1.2"二維三維應用缺乏持續性

目前，二維三維課程開設較早，學習完之后沒有相應的課程設計、競賽項目來訓練提升，而畢業設計則應用較晚，在專業應用上缺乏持續性，導致畢業時的基本技能水平有所降低。

1.3"教學方法缺乏創新性

目前，大部分高校工程圖學，采用傳統教學方式，仍以教師為中心，以知識傳授為主，教法單一，無法激發學生的學習興趣，造成學生學習興趣不高、缺乏創新意識，學生的能動性無法得到合理充分激發，總體教學實際效果不夠［5］。

2"賽教融合現狀分析

賽教融合是一種創新的教育理念和教學模式，將競賽與傳統的教育融合起來，使競賽成為學生學習的有益補充和拓展。賽教融合通過競賽激發學生的學習興趣，培養學生工程素養和創新思維，提升其綜合能力與創新能力，使他們在實踐操作和競爭環境中得到鍛煉和成長，從而滿足企業要求。

目前賽教融合執行過程中存在的問題主要有：

（1）學生參與率較低：目前大多數院校積極組織學生參加學科競賽，并沒有將競賽與教學有機融合，學生參與率整體來說偏低，出現同一個學生同時參加多項競賽，大多數學生并沒有真正參與進來［6］。

（2）賽教融合性不高：不少高校重視學科競賽，但是競賽過程、競賽成果并沒有反哺到課堂教學及學生培養中，并沒有考慮到學生的綜合能力發展。課堂教學目標與競賽目標脫離、課堂教學內容與競賽脫節、競賽與課堂教學評價分離。

3"“現代工程圖學”課程體系建設方案

本課程定位基于企業對人才的基本需求，課程教學采用“思政領航、二維三維融合、賽教融合、雙層評價”的教學模式，如圖1所示，依托課程改革，讓學生在各類學科競賽中鍛煉能力、提升自我，以期實現“精通基本知識、提升綜合能力、樹立人生規劃”的三位一體教學目標。

3.1"思政領航

以課程思政為領航，授課內容融入思政教育元素，形成具有思政育人功能的現代圖學課程體系。教學團隊從國家、社會、專業、個人四個層面認真梳理“現代工程圖學”課程所蘊含的思政元素和所承載的思政教育功能，積極將思政教育融入課程講授內容中，將社會主義核心價值觀教育落細、落小、落實在每一堂課程中，努力提升“現代工程圖學”課程的“課程思政”育人效果。

3.2"二維三維融合

3.2.1"雙線并行模式

采取三維建模+二維表達的雙線并行模式開展學習，將三維建模的教學環節提前學習，使其成為化解學生空間想象力薄弱問題的敲門磚，幫助學生完成“一圖三畫”，學會手工尺規繪制圖、CAD二維繪圖、三維繪圖，重點突出“數字化制圖”，提升學生基本專業能力，滿足企業對數字化產線升級崗位人才的基本崗位知識要求。

3.2.2"項目化教學

將“機械制圖”“計算機輔助設計CAD”“三維建模造型設計”等課程高度銜接起來，采用項目化教學方法，將課程內容分為投影構型訓練、平面圖形的繪制、機件表達視圖的選擇與繪制、零件圖的識讀與繪制、裝配圖的識讀與繪制5個專業技能訓練項目，項目之間層層遞進，形成“現代工程圖學”課程體系。

3.3"賽教融合

將學科競賽引入專業教育中，探索“理論+實踐”“3D建模+2D制圖”“項目模塊學習+競賽創新設計”的多元化教學模式，將先進成圖技術大賽、機器人創意大賽、數字化產品創新大賽融入前期的數字化制圖學習中，讓學生自主選擇感興趣的競賽參與進來，在競賽項目中提升能力。在教學過程中，不斷融入開放性理念、個性化理念、創新教育理念，打破傳統制圖課程教育方法，促使學生從簡單建模到創新設計的轉變。

指導老師將競賽機制引入教學，將學科競賽與課堂教學有機融合，采用小組合作、任務驅動、創新方案、數字化建模、造型表達、動畫渲染等模塊逐步推進高階教學。以競賽主題為教學任務，學生組成競賽項目團隊完成任務，形成“比、趕、幫、超”的學習氛圍，吸引學生興趣，激發學生創新潛能。例如，中國高校智能機器人大賽中的主題一是“智能家居機器人”，課前分成多組競賽團隊，以設計家居機器人為任務，小組合作開展創新設計，討論確定所設計的家居機器人方案，根據授課進程，完成各個零部件建模作為階段性目標，最后裝配出圖并完成動畫渲染。各個小組將所設計的作品參加中國高校智能機器人創意大賽，獲獎等級作為課程考核和評價的重要一部分。

例如2023年學生創新作品“玻璃美容師——雙模式行走智能擦窗機器人”獲得中國高校智能機器人創意大賽一等獎，作品如圖2所示。

3.4"建立三維數字化創客中心

以“二維三維融合+賽教融合”雙融合課程體系培養的學生已經具有一定的創新能力，在此基礎上，建立與“現代圖學”課程相配套的三維數字化創客中心，提供創客教育，以雙創教育為基礎，大力支持學生課外科技活動，服務學生個性發展，鼓勵學生積極參加學科競賽和創新創業競賽。目前，三維數字化創客中心組織和指導學生參加全國先進成圖技術大賽，中國機械工程創新創意大賽、機械產品數字化大賽，中國機器人創意大賽等競賽獲得國家級獎勵20項，省級獎勵50余項。

三維數字化創客中心注重以賽促教，采用“+項目化”教學方法，將競賽資源轉化為教學項目，將競賽成果作為課程考核與評價的一部分，解決課堂教學目標與競賽目標脫離、課堂教學內容與競賽脫節、競賽與課堂教學評價分離等問題。

三維數字化創客中心注重以賽促學，在保證教學、實訓、培訓等基本功能外，還具有競賽和創業功能，為學生提供深度學習、專業高階學習、創新創業實踐的平臺，幫助學生進行創業孵化，提高學生創業成功率。目前培育項目10項，學生注冊成立公司2家，在“挑戰杯”創新創業大賽中獲得銀獎1項，銅獎3項。

3.5"雙層評價

采用全面考核方法，即以“課堂評價+競賽評價”相結合的雙層評價模式來改進教學考核，競賽評價以學生團隊設計的三維作品參加校賽、省賽和國賽獲得獎勵等級作為評價依據，同時強調結果導向和效果評價，使學生能全面發展、適應社會需求，提高學生的創新綜合能力，進一步形成一個可持續發展的賽教協同育人的良性循環機制，培養企業所需的高階創新型人才。

4"改革與實踐成效

（1）學生學習成績明顯提升，教學效果顯著。“現代工程圖學”課程的教學改革在湘潭理工學院車輛工程、新能源汽車工程、自動化、機器人工程等專業21級、22級和23級的部分班級進行了三個學期的實驗，結果對比：實驗班級期末考試成績90分以上高分段學生數量比未改革的對照班級更多，實驗班級期末考試成績峰值比未改革的對照班級高5分，這說明本教學改革能夠有效促進學生整體知識水平的提高。教學改革效果獲得督導專家和學生的一致好評，四位任課教師評為校級優秀指導教師。

（2）學生的綜合能力明顯增強。學生學習興趣和動力極大提高，樂于參與競賽和實踐活動，學生的工程實踐能力、設計創新能力、團隊協作能力等綜合能力獲得有效鍛煉和提高。近兩年，湘潭理工學院汽車工程學院學生參加大學先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、中國機械工程創新創意大賽、中國高校智能機器人創意大賽獲得全國一等獎6項、全國二等獎4項、全國三等獎10項，省級一等獎3項。學生立項國家級大學生創新訓練項目5項，省級6項。

結語

本文建立了與學科競賽訓練相適應的項目化教學體系，有利于學生對知識更加直觀與深入地學習，激發了大多數學生的積極性和主觀能動性。二維三維融合可提高課堂教學效率和教學質量，提升學生空間想象能力和空間分析能力。賽教融合將創新教育與專業課程教學實施有效對接與轉化，開發多元化的教學項目，在課堂教學中引入專業技能訓練項目，有效地改變了傳統的教學方法，實現課堂教學過程的多樣化。同時將競賽資源轉化為教學資源，給全體學生提供鍛煉的機會，提升學生的專業技能水平和創新能力。改革實踐證明“二維三維融合+賽教融合”的“現代工程圖學”課程教學改革可行有效，為“現代工程圖學”課程體系的構建提供參考。

參考文獻：

［1］崔巖松，高英，劉欣.面向新工科的創新創業教育培養模式探索：以北京郵電大學電子工程學院為例［J］.科教文匯，2022（23）：15.

［2］解繼紅，杜曉斌，杜勇，等.一致性建構原則下機械制圖“兩性一度”實踐項目建設［J］.晉中學院學報，2023，40（03）：7982.

［3］楊放瓊，云忠.工程圖學系列課程二維：三維雙向式創新教學新體系改革研究［J］.長沙鐵道學院學報（社會科學版），2011，12（03）：5758.

［4］苗情，戴晨偉，曹自洋，等.新工科背景下三維建模與機械創新設計課程教學改革探索［J］.中國現代教育裝備，2023（11）：99101.

［5］李之繁.CAD制圖與三維建模軟件的課程教學實踐［J］.集成電路應用，2022，39（12）：102103.

［6］李蘇北.基于學科競賽的高校教學體系建設［J］.江蘇社會科學，2011（S1）：174177.

基金項目：湖南省教育廳教改項目“CFAP育人模式下‘二維三維融合+賽教融合’的現代工程圖學課程教學改革與實踐”（HNJG20231580）

作者簡介：張明月（1996—"），女，漢族，湖北襄陽人，碩士研究生，講師，研究方向：結構設計優化。