基于課賽融合的機(jī)械類工程圖學(xué)課程改革與實(shí)踐

鄭敏，朱宗孝，李海燕，魏興春，陳衛(wèi)華

（蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州）

一 引言

機(jī)械類工程圖學(xué)課程主要研究利用投影法的基本原理繪制和識讀機(jī)械圖樣，作為技術(shù)基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的橋梁，可為后續(xù)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計及從事工程技術(shù)工作打下扎實(shí)的圖學(xué)基礎(chǔ)，課程既有系統(tǒng)理論又有工程實(shí)踐，對培養(yǎng)學(xué)生的初步工程意識、繪圖和識圖能力、空間思維和構(gòu)形設(shè)計能力起到十分重要的作用。我國高等教育事業(yè)近年來蓬勃發(fā)展，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，隨著課程學(xué)時的不斷縮減，對課程教學(xué)帶來沖擊，學(xué)生和老師都面臨著機(jī)遇和挑戰(zhàn)，針對工程圖學(xué)機(jī)械類課程對工程素質(zhì)與能力的培養(yǎng)要求，借助圖學(xué)類的重要國家級賽事平臺聚力打造課賽融合，探索機(jī)械類工程圖學(xué)課程在教學(xué)過程中的改革與實(shí)踐。

二 工程圖學(xué)課程相關(guān)競賽

（一） 全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽

為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐動手能力，作為圖學(xué)類課程最高級別的國家級賽事——“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)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(lián)合舉辦單位包括：教育部高等學(xué)校工程圖學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會、教育部高等學(xué)校工程圖學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會、中國圖學(xué)學(xué)會制圖技術(shù)專業(yè)委員會、中國圖學(xué)學(xué)會產(chǎn)品信息建模專業(yè)委員會及眾多知名大學(xué)，被譽(yù)為“圖學(xué)界的奧林匹克”。結(jié)合新工科建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證，共設(shè)立四個競賽類別：機(jī)械類、建筑類、道橋類和水利類。機(jī)械類項(xiàng)目每年以命題競賽形式開展，主要包括以下方面：尺規(guī)繪圖、產(chǎn)品信息建模、數(shù)字化虛擬樣機(jī)設(shè)計、輕量化設(shè)計及3D 打印等。大賽的競賽規(guī)模大、專業(yè)領(lǐng)域廣、綜合應(yīng)用強(qiáng)，持續(xù)展示各高校創(chuàng)新成圖載體的教學(xué)成果，在全國性大學(xué)生重點(diǎn)賽事中占據(jù)了一席之地，2019 年被中國高等教育學(xué)會列入全國普通高校學(xué)科競賽排行榜。

鼓勵大一的同學(xué)通過工程圖學(xué)課程學(xué)習(xí)積極參加成圖賽等課外科技活動，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的形象思維、構(gòu)型設(shè)計、工程圖樣表達(dá)、工程意識及實(shí)踐創(chuàng)新等能力，為后續(xù)的課程學(xué)習(xí)及從事工程技術(shù)工作打下基礎(chǔ)，以賽促學(xué)，以賽促教，以賽促改，為新工科人才培養(yǎng)夯實(shí)了基礎(chǔ)、創(chuàng)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(guī)范體制，參賽學(xué)生、指導(dǎo)教師及參賽隊伍和參賽學(xué)校數(shù)量逐年遞增，大賽的權(quán)威性和影響力逐年提升，歷年參賽隊伍數(shù)和參賽學(xué)生人數(shù)如圖1所示。

圖1 成圖賽參賽隊伍數(shù)和參賽學(xué)生人數(shù)

2021 年第十四屆機(jī)械類別競賽分個人和團(tuán)體賽，成績計算辦法：機(jī)械類個人全能總分= 尺規(guī)繪圖+ 計算機(jī)建模；機(jī)械類團(tuán)體總分= 團(tuán)隊中個人全能成績排名前5 名選手的尺規(guī)繪圖總分+ 計算機(jī)建?？偡?制圖基礎(chǔ)知識總分+3D 打印+輕量化設(shè)計，以上各項(xiàng)占比分別為35%、40%、10%、10%、5%。以成圖賽為載體，學(xué)生通過艱苦的訓(xùn)練練就了扎實(shí)的圖學(xué)基本功，包括圖學(xué)基礎(chǔ)知識、三維設(shè)計及三維、二維表達(dá)能力以及輕量化設(shè)計及3D 打印等先進(jìn)技術(shù)，使學(xué)生具備了運(yùn)用圖學(xué)知識解決實(shí)際工程問題的初步能力，認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)，鍛造了學(xué)生的堅強(qiáng)意志品質(zhì)。

（二） 圖學(xué)類教學(xué)競賽

為落實(shí)教育部關(guān)于以人為本，建設(shè)高質(zhì)量、高水平大學(xué)的一系列舉措，促進(jìn)圖學(xué)師資隊伍的建設(shè)，激勵教師刻苦鉆研教學(xué)方法，打造一流課程和提升專業(yè)水平，鼓勵教師之間的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流，圖學(xué)類的教學(xué)競賽——全國高等學(xué)校教師圖學(xué)與機(jī)械課程示范教學(xué)與創(chuàng)新教學(xué)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(lián)合舉辦單位包括：教育部高等學(xué)校工程圖學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會、軍隊院校圖學(xué)與機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)協(xié)作聯(lián)席會倡議與中國圖學(xué)學(xué)會制圖技術(shù)專業(yè)委員會、中國圖學(xué)學(xué)會產(chǎn)品信息建模專業(yè)委員會等。主要面對圖學(xué)與機(jī)械課程，參賽人數(shù)和質(zhì)量逐年提升。

此外，全國高校教師教學(xué)創(chuàng)新應(yīng)用大賽——3D/VR/AR 數(shù)字化虛擬仿真主題賽項(xiàng)，是由中國高等教育學(xué)會舉辦，旨在提高圖學(xué)教師數(shù)字化虛擬仿真工程創(chuàng)新應(yīng)用能力，為推進(jìn)課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的數(shù)字化虛擬仿真改革和創(chuàng)新起到了積極的推動作用。

教學(xué)競賽促進(jìn)了圖學(xué)領(lǐng)域全國高校教師的教學(xué)水平，強(qiáng)化了新工科建設(shè)、一流課程建設(shè)的基礎(chǔ)。以賽促學(xué)，以賽促教，一方面教師在指導(dǎo)學(xué)生參加成圖賽的同時也提升了自身的業(yè)務(wù)素質(zhì)和能力，另一方面通過參加學(xué)科類的教學(xué)競賽，工圖教師應(yīng)用各種信息化的現(xiàn)代技術(shù)手段，個人綜合素質(zhì)和課堂駕馭能力方面都有了長足的進(jìn)步，教學(xué)水平快速提高，競賽成為工程圖學(xué)課程青年教師培養(yǎng)的助推器，有效促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提升。

三 工程圖學(xué)課程改革與實(shí)踐

蘭州理工大學(xué)工程圖學(xué)教學(xué)部緊密結(jié)合課程特點(diǎn)，聚力打造課賽融合，注重提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合技能應(yīng)用，打造“校賽- 省賽- 國賽”階梯式學(xué)科競賽體系，通過課賽融合使課堂教學(xué)縱深化，以助推行業(yè)發(fā)展。

自2012 年CAD 創(chuàng)新設(shè)計大賽獲批蘭州理工大學(xué)校級科創(chuàng)活動，為校級科創(chuàng)活動加入新的主題和內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)以工程應(yīng)用和滿足需求為前提。一直以來，校賽與時俱進(jìn)，目前共設(shè)機(jī)械制圖綜合技能、三維CAD 創(chuàng)新設(shè)計、3D 建模與打印大賽三個項(xiàng)目。通過多年不斷地探索、實(shí)踐，在活動形式和內(nèi)容上趨于完善，CAD 創(chuàng)新設(shè)計大賽與工程實(shí)踐和課堂教學(xué)內(nèi)容更好地銜接，使得課程教學(xué)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(shù)逐年增多，參賽規(guī)模逐年擴(kuò)大，參賽學(xué)生覆蓋了機(jī)械類、近機(jī)械類等專業(yè)，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(shù)應(yīng)用、提升自主創(chuàng)新能力”，著力培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計與團(tuán)隊協(xié)作能力，圖2 為CAD 創(chuàng)新設(shè)計大賽層級圖。

圖2 CAD 創(chuàng)新設(shè)計大賽層級圖

2015 年開始，教學(xué)部進(jìn)一步拓寬課賽融合模式，借助“高教杯”全國大學(xué)生成圖大賽平臺，在課程班中激勵并推選同學(xué)參與預(yù)賽選拔，并對在校賽“機(jī)械制圖綜合技能”項(xiàng)目中獲獎的學(xué)生開展集中訓(xùn)練，在三維建模訓(xùn)練中采用項(xiàng)目式教學(xué)，邊學(xué)邊練，在訓(xùn)練中三維建模能力得到不斷提升。在訓(xùn)練中采用由易到難、由典型到特殊的循序漸進(jìn)的項(xiàng)目式教學(xué)方式，學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，完成后進(jìn)行小組討論及統(tǒng)一點(diǎn)評，再進(jìn)行復(fù)盤及方案修訂。通過實(shí)操訓(xùn)練激發(fā)了學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情，使其綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊協(xié)作能力等得到鍛煉。最終，扎實(shí)的功底成就了競賽中的優(yōu)異成績。

鼓勵學(xué)生參與相關(guān)賽項(xiàng)的同時，工程圖學(xué)教師也在不斷加強(qiáng)自身能力的提升，依托競賽，反哺教學(xué)，積極參加國家級的圖學(xué)教師賽事——全國高校教師教學(xué)創(chuàng)新大賽和全國高等學(xué)校教師圖學(xué)與機(jī)械課程示范教學(xué)與創(chuàng)新教學(xué)法觀摩競賽，教師由教學(xué)的“主體”變?yōu)椤爸鲗?dǎo)”，取得優(yōu)異成績的同時不斷提高了教師的創(chuàng)新力，夯實(shí)了教學(xué)基本功。

工程圖學(xué)課程在課堂中通過加強(qiáng)師生互動及生生互動模式開展實(shí)踐教學(xué)，以學(xué)生為中心，借助學(xué)科競賽激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，從大一接觸課程之初即在學(xué)生心中播撒科創(chuàng)的火種，使其各方面能力在課程和競賽中得到綜合訓(xùn)練及提升。借助于學(xué)生科創(chuàng)競賽平臺，通過課賽融合促使學(xué)生積極開展自主學(xué)習(xí)，不斷提升綜合能力，改善學(xué)生在后續(xù)的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計及從事工程技術(shù)工作中創(chuàng)新設(shè)計能力相對薄弱，缺乏探究精神的現(xiàn)狀，通過課賽融合建設(shè)對工程圖學(xué)課程的教學(xué)改革起到了積極的推動作用。

競賽賽題與工程實(shí)踐緊密相關(guān)，通過課賽融合，以賽促學(xué)、以賽促教，夯實(shí)基礎(chǔ)，不斷增強(qiáng)學(xué)生競爭力。近年來隨著3D 打印技術(shù)、輕量化設(shè)計、AR、VR 等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)也在順應(yīng)瞬息萬變的時代，圖學(xué)課程也需要變革以助推行業(yè)發(fā)展，通過研究工程圖學(xué)前沿，針對先進(jìn)技術(shù)，引導(dǎo)師生普及新技術(shù)、新觀念，更深層次地培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型、復(fù)合型技能人才，齊心協(xié)力，共謀發(fā)展。

在新工科人才培養(yǎng)模式下，圖學(xué)類國家級賽事學(xué)生及教師平臺積極地推動了圖學(xué)課程的教學(xué)改革和創(chuàng)新，在圖學(xué)教學(xué)改革中通過課賽融合使學(xué)生的圖學(xué)基本功得到扎實(shí)訓(xùn)練，創(chuàng)新能力得以提高，同時教師的專業(yè)素質(zhì)和教學(xué)能力也得以提升。從工程圖學(xué)的課程體系、教學(xué)資源、教學(xué)模式等方面以學(xué)科競賽為契機(jī)，有效提高了圖學(xué)類課程的教學(xué)質(zhì)量并促進(jìn)教育教學(xué)改革。