基于成圖大賽的機械大類專業制圖課程教學改革
——以新疆工程學院為例

劉 洋，黃 艷，馬少騰，肖 萍，武玉柱

（新疆工程學院，830023，新疆烏魯木齊）

新疆工程學院是一所以工為主且具有鮮明地方特色的省屬多科性應用型本科高等院校，其面向新疆礦山開采、風力發電、鋁業制造等地方特色產業，培養適應新疆經濟轉型升級、產業結構優化的創新型、應用型、技能型人才。成圖大賽（“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）自2008 年至今已連續舉辦15 屆，賽事規模逐年擴大，參賽人數逐年遞增，對圖學人才培養和行業發展影響深遠[1]。近年來，陸續增加了3D 打印、構型設計、輕量化設計、數字化虛擬樣機設計等賽項，從制圖基本技能、計算機軟件建模和先進設計技術應用三方面綜合考核學生的工程設計能力和解決實際問題能力，同時也是展現大學生先進成圖技術、產品信息建模水平和實踐創新能力的良好平臺[2]。基于此，本文擬以新疆工程學院為例，對基于成圖大賽的機械大類制圖課程教學改革加以探究，希望能為相關教師主動探索圖學的發展方向、創新教學方法與手段提供一定借鑒。

1 機械大類專業制圖課程教學現狀

目前，新疆工程學院機械大類專業制圖課程一般在大一開設，是學生進入大學接觸到的第一門專業基礎課程。當前教學主要以圖學基礎知識和原理的講解為主，與工程實際脫節，難以培養出符合工程認證標準的具備創新能力的應用型工程技能人才。具體來說，主要體現在以下三個方面。

（1）知識內容與工程實際聯系不緊密，與新疆區域特色產業融合度較低。新疆工程學院機械大類專業制圖課程按照知識概念關系與命題網絡組織課程內容，知識儲備特征明顯，主要以典型機械零部件為載體講授，知識點呈現片段化，與工程實際分離。典型機械零部件雖然能夠很好地闡釋相關知識點，但是缺乏與工程實際的聯系，尤其是與能源、礦山等新疆地方特色產業需求的聯系，學生無法將課堂知識與實際工程聯系起來，產生學習歸學習、應用歸應用的問題。

（2）教學方法、模式單一，學生學習興趣缺乏、動力不足。新疆工程學院機械大類專業制圖課程教學中，教師將二維繪圖貫穿教學過程始終，且大多采用圓規、三角板在黑板繪圖、用PPT 動畫展示進行知識講解，輔以掛圖或實物模型，幫助學生建立二維、三維空間轉換能力。課堂互動少和體驗感差，學生無法有效理解理論知識的實際意義與作用，難以真正投入，空間思維能力和想象力得不到有效鍛煉，也就無從談空間感的建立，達不到發現、分析進而解決問題及善于創新的培養要求。

（3）忽視第二課堂的引導作用，當前先進成圖技術應用少。新疆工程學院機械大類專業制圖課程教學中，CAD、三維建模等先進成圖技術與制圖課程銜接差，盡管在制圖課程中加入了部分CAD 技術，但更傾向于二維繪圖技術。大學生競賽、創新社團、科研項目等課堂外活動可以讓學生充分認識制圖知識與技能的重要性，提高學習興趣，激發創新力，是學生發現自我、展現自我的舞臺，能夠讓學生在課上課下實時交流，在課程結束后能學有所用、學以致用，但現實是不少教師忽略了第二課堂的引導作用。

2 成圖大賽對機械大類專業制圖課程教學的作用

2.1 激發學生學習興趣，深化課程認知

成圖大賽以工程實際問題為背景設置賽題，比賽項目緊跟我國制造業發展趨勢，學生在備賽過程中能充分體會到制圖知識在解決工程實際問題中的重要性，從思想上解決“為什么學”的問題[3]。同時該賽事與當前先進成圖技術深度融合，例如十五屆輕量化賽題“四旋翼無人機”，學生通過參賽能夠充分感受到我國工業的發展成就，運用所學知識將自己想法變為現實，變被動學習為主動學習，激發內在學習興趣和創新意識。

2.2 提升學生實踐能力，強化知識運用

成圖大賽對圖樣表達能力、讀圖識圖能力、三維建模設計能力等實踐能力重點考查，關注應用理論知識解決實際問題的技能，有效解決了“如何用”的問題[4]。對于新疆工程學院機械大類專業學生來說，在參賽前的平時訓練過程中不僅要掌握制圖規范、常見工程結構特點、繪圖建模技巧，還要善于鉆研復雜結構的建模方法，提升自身三維建模知識和技能。同時，要鉆研如何運用知識解決工程問題，這對學生綜合工程素養的形成具有重要作用。

2.3 促進知識融合，增強制圖課程與專業課的聯系

成圖大賽設置有圖學基礎知識、構型設計、CAD 二維工程圖表達、三維建模、輕量化設計和3D 打印六項，賽項設置綜合了圖學系列知識和技能，貫穿于機械制造、機械加工的各個環節。通過賽項系統化訓練，學生可將所學機械設計、機械原理、互換性與測量等課程知識融會貫通，建立制圖課程與專業知識及專業能力之間的聯系[5]。

2.4 促進教學改革和教學效果交流

新疆工程學院機械大類專業制圖課程教師通過指導大賽，將競賽中的技能點和行業規范融入課程體系，將大賽涉及的先進成圖技術和項目引入課堂，讓學生理論知識、手工繪圖和計算機三維建模學習同步進行，加強知識與技術、技能與實踐的融合。同時，大賽也為不同地區、不同高校的師生提供了一個很好的交流平臺，促進高校之間教學經驗、參賽經驗的交流，參賽經驗反哺教學，促進圖學知識與專業知識的融合[6]。

3 基于成圖大賽的機械大類專業制圖課程教學改革實踐

3.1 優化教學理念，重構課程體系

新疆工程學院機械大類專業制圖課程教師以構建主義、認知理念、人本主義等現代教育思想為指導，優化教學理念，整合工程圖學基礎知識、二維CAD 繪圖、三維建模造型設計、結構設計和3D 打印等內容，突破知識的課程屬性，將其融合在圖學知識的講解和技能的訓練過程中，使學科知識一脈相承，重構課程體系。重構后的課程知識體系如圖1 所示。

圖1 課程體系和內容

3.2 創新教學模式，注重實踐訓練

針對新疆工程學院學生知識水平參差不齊、理論基礎薄弱，但喜歡動手實踐的特點，機械大類專業制圖課程教師基于BOPPPS 模型設計課堂活動，充分調動學生課堂學習的主動性和積極性，將理論知識融入相關實踐活動進行講授，讓學生在動手的過程中體會其中的原理，理解其作用。例如，點線面的投影規律理解難度較大，可借助手機手電筒、鉛筆、作業本、乒乓球等身邊物品做投影演示實驗幫助學生理解投影原理。

3.3 關注行業發展，完善項目資源庫

新疆工程學院機械大類專業制圖課程教師以成圖大賽為依托，將競賽大綱和制圖課程大綱結合、競賽考查點融入教學過程、先進的成圖技術引入課堂，始終保持知識的先進性，建立如包含4 類典型機械零件結構特點、表達方法和三維造型技巧的微課視頻、動畫庫、三維模型、工程案例、實物圖片、圖樣等項目資源庫，同時清除或修改不符合最新國家制圖標準的資源，比如更新圖樣、習題中粗糙度符號等。

4 基于成圖大賽的機械大類專業制圖課程教學改革成效

近幾年，新疆工程學院依托成圖大賽在2019級、2020 級和2021 級機械大類專業中開展了制圖課程教學改革。通過問卷調查得知，開展教學改革的班級中有95%的學生認為制圖課程對后續專業課的學習幫助很大，有助于專業知識的理解，而未開展教學改革的班級這一比例不到60%。實施教學改革班級的學生的工程設計能力明顯提高，作品質量水準也明顯提升，如圖2 所示。2019 年以來，參加成圖大賽“挑戰杯”、機械創新大賽、“高教杯”等機械類學科競賽成果顯著，獲全國一等獎2 項，新疆維吾爾自治區一等獎10 項、二等獎和三等獎22 項，完成大學生創新創業訓練項目4 項，在校生申報發明專利1 項。通過對2019 級學生實習企業調研，企業對開展教學改革班級的學生的讀圖識圖和工程設計能力滿意度為90%。

圖2 學生三維造型設計作品

5 結語

工程圖學素養是工程人員必備的素養，成圖大賽是對學生工程圖學素養全面深化的考核，尤其在機械大類專業學生實踐能力培養中有著其他任何形式的實踐訓練不可替代的作用[7]。成圖技術日新月異，對于高校機械大類專業來說，制圖課程教學必須不斷深化改革，提升學生運用圖學知識分析解決問題的能力和創新設計能力，從而為地方特色工業化建設不斷輸送高水平的技能型創新人才。