基于课赛融合的机械类工程图学课程改革与实践

郑敏，朱宗孝，李海燕，魏兴春，陈卫华

（兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州）

一 引言

机械类工程图学课程主要研究利用投影法的基本原理绘制和识读机械图样，作为技术基础课与专业课之间的桥梁，可为后续课程设计、毕业设计及从事工程技术工作打下扎实的图学基础，课程既有系统理论又有工程实践，对培养学生的初步工程意识、绘图和识图能力、空间思维和构形设计能力起到十分重要的作用。我国高等教育事业近年来蓬勃发展，着力培养学生的创新创业能力，随着课程学时的不断缩减，对课程教学带来冲击，学生和老师都面临着机遇和挑战，针对工程图学机械类课程对工程素质与能力的培养要求，借助图学类的重要国家级赛事平台聚力打造课赛融合，探索机械类工程图学课程在教学过程中的改革与实践。

二 工程图学课程相关竞赛

（一） 全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛

为激发学生的创新意识，强化学生的实践动手能力，作为图学类课程最高级别的国家级赛事——“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛（简称成图赛）以“德能兼修，技高一筹”为主题自2008 年以来每年举办一次，截止2021 年已成功举办十四届。大赛联合举办单位包括：教育部高等学校工程图学教学指导委员会、教育部高等学校工程图学课程教学指导分委员会、中国图学学会制图技术专业委员会、中国图学学会产品信息建模专业委员会及众多知名大学，被誉为“图学界的奥林匹克”。结合新工科建设和工程教育专业认证，共设立四个竞赛类别：机械类、建筑类、道桥类和水利类。机械类项目每年以命题竞赛形式开展，主要包括以下方面：尺规绘图、产品信息建模、数字化虚拟样机设计、轻量化设计及3D 打印等。大赛的竞赛规模大、专业领域广、综合应用强，持续展示各高校创新成图载体的教学成果，在全国性大学生重点赛事中占据了一席之地，2019 年被中国高等教育学会列入全国普通高校学科竞赛排行榜。

鼓励大一的同学通过工程图学课程学习积极参加成图赛等课外科技活动，激发学生的创新意识，培养学生的形象思维、构型设计、工程图样表达、工程意识及实践创新等能力，为后续的课程学习及从事工程技术工作打下基础，以赛促学，以赛促教，以赛促改，为新工科人才培养夯实了基础、创造了有利条件。大赛逐步形成了校赛推选省赛，省赛推选国赛的规范体制，参赛学生、指导教师及参赛队伍和参赛学校数量逐年递增，大赛的权威性和影响力逐年提升，历年参赛队伍数和参赛学生人数如图1所示。

图1 成图赛参赛队伍数和参赛学生人数

2021 年第十四届机械类别竞赛分个人和团体赛，成绩计算办法：机械类个人全能总分= 尺规绘图+ 计算机建模；机械类团体总分= 团队中个人全能成绩排名前5 名选手的尺规绘图总分+ 计算机建模总分+制图基础知识总分+3D 打印+轻量化设计，以上各项占比分别为35%、40%、10%、10%、5%。以成图赛为载体，学生通过艰苦的训练练就了扎实的图学基本功，包括图学基础知识、三维设计及三维、二维表达能力以及轻量化设计及3D 打印等先进技术，使学生具备了运用图学知识解决实际工程问题的初步能力，认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风，锻造了学生的坚强意志品质。

（二） 图学类教学竞赛

为落实教育部关于以人为本，建设高质量、高水平大学的一系列举措，促进图学师资队伍的建设，激励教师刻苦钻研教学方法，打造一流课程和提升专业水平，鼓励教师之间的教学经验交流，图学类的教学竞赛——全国高等学校教师图学与机械课程示范教学与创新教学法观摩竞赛自2011 年以来每两年举办一次，截止2021 年已成功举办六届。联合举办单位包括：教育部高等学校工程图学课程教学指导分委员会、军队院校图学与机械基础教学协作联席会倡议与中国图学学会制图技术专业委员会、中国图学学会产品信息建模专业委员会等。主要面对图学与机械课程，参赛人数和质量逐年提升。

此外，全国高校教师教学创新应用大赛——3D/VR/AR 数字化虚拟仿真主题赛项，是由中国高等教育学会举办，旨在提高图学教师数字化虚拟仿真工程创新应用能力，为推进课堂教学与实验实践教学的数字化虚拟仿真改革和创新起到了积极的推动作用。

教学竞赛促进了图学领域全国高校教师的教学水平，强化了新工科建设、一流课程建设的基础。以赛促学，以赛促教，一方面教师在指导学生参加成图赛的同时也提升了自身的业务素质和能力，另一方面通过参加学科类的教学竞赛，工图教师应用各种信息化的现代技术手段，个人综合素质和课堂驾驭能力方面都有了长足的进步，教学水平快速提高，竞赛成为工程图学课程青年教师培养的助推器，有效促进了教学质量的提升。

三 工程图学课程改革与实践

兰州理工大学工程图学教学部紧密结合课程特点，聚力打造课赛融合，注重提高学生的创新能力和综合技能应用，打造“校赛- 省赛- 国赛”阶梯式学科竞赛体系，通过课赛融合使课堂教学纵深化，以助推行业发展。

自2012 年CAD 创新设计大赛获批兰州理工大学校级科创活动，为校级科创活动加入新的主题和内容，强调创新设计应以工程应用和满足需求为前提。一直以来，校赛与时俱进，目前共设机械制图综合技能、三维CAD 创新设计、3D 建模与打印大赛三个项目。通过多年不断地探索、实践，在活动形式和内容上趋于完善，CAD 创新设计大赛与工程实践和课堂教学内容更好地衔接，使得课程教学在时间上和空间上得以延伸。自2012 年以来已成功举办了十届，参赛人数逐年增多，参赛规模逐年扩大，参赛学生覆盖了机械类、近机械类等专业，已成为具有较大影响力的校级竞赛。校赛主题为“推动CAD 技术应用、提升自主创新能力”，着力培养大学生的创新设计与团队协作能力，图2 为CAD 创新设计大赛层级图。

图2 CAD 创新设计大赛层级图

2015 年开始，教学部进一步拓宽课赛融合模式，借助“高教杯”全国大学生成图大赛平台，在课程班中激励并推选同学参与预赛选拔，并对在校赛“机械制图综合技能”项目中获奖的学生开展集中训练，在三维建模训练中采用项目式教学，边学边练，在训练中三维建模能力得到不断提升。在训练中采用由易到难、由典型到特殊的循序渐进的项目式教学方式，学生在规定时间内进行实操训练，完成后进行小组讨论及统一点评，再进行复盘及方案修订。通过实操训练激发了学生的兴趣和学习热情，使其综合应用能力、创新能力及团队协作能力等得到锻炼。最终，扎实的功底成就了竞赛中的优异成绩。

鼓励学生参与相关赛项的同时，工程图学教师也在不断加强自身能力的提升，依托竞赛，反哺教学，积极参加国家级的图学教师赛事——全国高校教师教学创新大赛和全国高等学校教师图学与机械课程示范教学与创新教学法观摩竞赛，教师由教学的“主体”变为“主导”，取得优异成绩的同时不断提高了教师的创新力，夯实了教学基本功。

工程图学课程在课堂中通过加强师生互动及生生互动模式开展实践教学，以学生为中心，借助学科竞赛激发学生学习热情，从大一接触课程之初即在学生心中播撒科创的火种，使其各方面能力在课程和竞赛中得到综合训练及提升。借助于学生科创竞赛平台，通过课赛融合促使学生积极开展自主学习，不断提升综合能力，改善学生在后续的课程设计、毕业设计及从事工程技术工作中创新设计能力相对薄弱，缺乏探究精神的现状，通过课赛融合建设对工程图学课程的教学改革起到了积极的推动作用。

竞赛赛题与工程实践紧密相关，通过课赛融合，以赛促学、以赛促教，夯实基础，不断增强学生竞争力。近年来随着3D 打印技术、轻量化设计、AR、VR 等先进技术的发展，各行各业也在顺应瞬息万变的时代，图学课程也需要变革以助推行业发展，通过研究工程图学前沿，针对先进技术，引导师生普及新技术、新观念，更深层次地培养高素质创新型、复合型技能人才，齐心协力，共谋发展。

在新工科人才培养模式下，图学类国家级赛事学生及教师平台积极地推动了图学课程的教学改革和创新，在图学教学改革中通过课赛融合使学生的图学基本功得到扎实训练，创新能力得以提高，同时教师的专业素质和教学能力也得以提升。从工程图学的课程体系、教学资源、教学模式等方面以学科竞赛为契机，有效提高了图学类课程的教学质量并促进教育教学改革。