依托“技能竞赛和考试”提升机械制图创新教育

许国玉， 张 梦， 兰朝凤

(1. 哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2. 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001；3. 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江 哈尔滨150080)

依托“技能竞赛和考试”提升机械制图创新教育

许国玉1， 张 梦2， 兰朝凤3

(1. 哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2. 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001；3. 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江 哈尔滨150080)

针对机械制图创新教育的改革需求，提出依托“技能竞赛和考试”促学、促教，一是促进学生主动“混合式学习”机械制图和参加科技创新活动；二是引导教师改革课程体系、课程内容、教材、教学模式和助学模式。结果表明，依托“技能竞赛和考试”促学、促教有利于提高学生学习效果、创新能力和实践技能，有利于培养高技能创新人才。

机械制图；创新教育；技能竞赛；技能考试；高技能创新人才

培养高技能创新人才是由“中国制造”跨越为“中国创造”的重要环节之一，机械制图可应用于船舶制造、环境工程、土木建筑、轮机工程、动力机械与装备、机械制造及其自动化、电子产品、

核装备、化工机械与装备等工程专业，机械制图技能包括手工制图和CAD制图。创新人才培养的本质特征是人才培养过程的创新[1]。机械制图创新教育是通过工程图学系列课程的课内教学和课外助学为学生创造学习、研究与创新的环境。因此，依托机械制图相关“技能竞赛和考试”(简称“赛、考”)，以创新教育理念为指导，探索和改革将机械制图第一课堂与第二课堂有机结合、优势互补的机械制图创新教育，即形成高技能创新人才培养模式。?

1 机械制图相关的“技能竞赛和考试”

在理工类高等院校创新人才培养中，作为机械制图第二课堂活动的“赛、考”是其第一课堂的延伸，且技能竞赛与技能考试相辅相成发挥着各自不可替代的作用。通过对近年机械制图相关“赛、考”分析，归纳考评概况如表1所示。

1.1 机械制图相关技能竞赛

目前主要的机械制图相关竞赛有：世界技能大赛CAD机械设计项目、“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和各省市及学校组织的竞赛。

(1) 世界技能大赛CAD机械设计项目竞赛：中国组队参加了2011年、2013年和2015年的第41届、42届和43届大赛。该竞赛涉及机械设计、机械制图、机械制造和计算机绘图等课程内容。

(2) “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：自 2008–2014年已连续举办

了七届。2015年大赛宗旨为：贯彻创办世界高水平大学的精神，落实教育部对创办高水平大学的一系列举措，建设世界一流有特色的大学、提高中国大学国际竞争力和影响力、培养图学团队组织能力、沟通能力、合作精神、快速应用知识和技能的能力；通过竞赛强技能、增素质，促进大学生的知识、能力、素质全面协调发展；共同探索图学的发展方向、研究先进成图技术的手段，创新成图载体的方法[3]。为迎战该赛事，各地承办了省市级竞赛，且全国百余所高等院校组织了校内选拔赛。

表1 “技能竞赛和考试”相关机械制图考评概况

1.2 机械制图相关技能等级考试

全国CAD技能等级考试在培养多样化人才、传承技术技能、促进就业、创业和充分发挥高技能人才在国家经济社会发展中的重要作用方面都产生了显著的社会人才培养效果，其机械制图相关技能等级考试包括工业产品类一级(二维计算机绘图)、二级(三维几何建模)和三级(复杂三维模型制作与处理)考试。

2 “技能竞赛和考试”的启迪及促进作用

虽然参加世界技能大赛CAD机械设计项目的是少数学校和少数学生，且参加国内技能竞赛和技能考试的学生也不是学习本专业的全体学生，但“赛、考”的考评内容及技能要求(如表1所示)引发工程图学教育工作者和理工类学生的思考，开启了高等院校师生面向工业界、面向世界、面向未来的窗口。因此，启迪促进学生自主建构知识体系和技能，启迪促进教师深化教学改革，即以“赛、考”促学、促教。

2.1 以“技能竞赛和考试”促学

依托“赛、考”，可促进学生主动“混合式学习(Blended Learning或 Blending Learning)”机械制图，所谓Blending Learning是将传统学习方式的优势与E-Learning(即数字化或网络化学习)的优势相结合；其既可发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又可充分体现学生作为学习主体的主动性、积极性与创造性[4]。

组织大学生参加各级竞赛(国赛、省市赛、校赛)和全国CAD技能等级考试，为学生搭建创新学习、交流和展示个人才能的平台、提升学生高技能创新水平。通过第二课堂学习和参与课外相关创新活动，从思想上解决学生“为什么学习”机械制图的问题，使学生重视学习并认真夯实制图基础知识和技能，提高工程意识和创新意识；从专业上引导学生关注专业对机械制图需求，解决学生“如何应用”机械制图知识和技能的问题，使学生掌握制图基本知识、国家标准、手工绘图等方法和要领，提高学生计算机三维设计的理念和技能，激发学生创新热情及参加科技创新活动，提高学生机械制图能力、工程素质和创新能力，并结合专业实施科技创新和研究。

2.2 以“技能竞赛和考试”促教

教师依托“赛、考”，调研、分析和跟踪国内外人才培养对机械制图创新教育的需求、最新国家标准、先进教学及助学的经验；借鉴学习国内外高校开展创新活动提高学生创新技能的经验；以创新教育为主线不断深化机械制图教学改革，将国内外“赛、考”考评要求及理念融入到机械制图创新教育中，提高教学质量并使其教学效果在学生后续课程学习、毕业设计、考研和就业等环节中发挥重要作用。根据培养高技能创新人才的师资要求，教师需不断学习与提高，努力成为“双师型(教师和工程师)”教师，加强师资专业技能储备。

3 机械制图创新教育的改革对策

以创新教育理念为指导，依托“赛、考”构建工程图学创新教育立体化教育资源和学习环境，并使各种资源在教学和助学环节有机组合，产生聚集效应，提升机械制图创新教育，培养高技能创新人才。

3.1 创新教育理念

面向工业界、面向世界、面向未来，强调“学生为中心，教师为主导”和“加强研究与创新”的教育理念，教师应以建构主义学习理论、情境认知学习理论、人本主义教学理论和多元智力理论等现代教育思想为指导，实现课程教育过程最优化。依托“赛、考”促学、促教，教师要注重为学生课内和课外学习创设情境、扩大学生的知识面，将工程实践知识及生产环境与机械制图有机结合、有效衔接，使学生了解和掌握本专业生产制造工艺，提升分析问题和解决工程问题的理性思考能力及

技能，促进理论学习向实践能力的转化，以便学生更顺利地学习和理解机械制图内容，激发学生参与教学和师生互动的热情及求知欲，培养学生的专业兴趣，强化培养学生的工程实践能力、创新能力和可持续发展能力。

高技能创新人才培养是一个复杂的渐进过程，整体优化学生工程素质的培养体现在教育全过程中并渗透到教学的每一个环节。教育应该把学生培养成富有灵活性、适应性和创造性的人；在课内与课外创造一种围绕发展个人和团队的环境；强调多元性、差异性、创造性和开发性。

3.2 课程体系和内容改革

课程体系和教学内容是大学人才培养的主要载体，是“卓越计划”的指导思想和先进工程教育理念付诸于实践的桥梁[5]。

在高等院校中，除极少数院校专门开设CAD软件课程外，大部分院校将CAD安排在工程制图课程中，其主要侧重在投影理论和手工绘图训练方面。计算机二维绘图和三维绘图多是穿插进行，时间有限，造成学生在计算机绘图、特别是计算机三维绘图能力较弱。在大部分中等院校中，将工程制图和CAD教学设置成不同的课程。工程制图课时较长，而且普遍要求学生进行零部件测绘；CAD课程多在机房边授课边上机练习，且上机时间也能得到充分保证。因此，中等院校学生手工绘图和 CAD软件使用方面较高等院校学生更熟练[2]。由此可见，在高等院校中，需要对大学生加强创新技能方面的培养。

要培养高技能创新人才，以“赛、考”为导向，依据教育部工程图学课程基本要求，对机械类专业制图课程采用分段式“工程图学基础+机械制图+计算机绘图”的机械制图创新教育课程体系，如图 1所示。学生在不同阶段系统地学习、复习、巩固、提高和强化所学到的机械制图知识及技能。应用数字信息技术将工程生产实践知识与机械制图教学内容有机结合，将知识、能力和素质的均衡发展体现在其课程体系和课程内容中，构建学生合理的知识体系。

图1 机械制图创新教育课程体系

借鉴国内外竞赛考评要求，改革机械制图教学，继续削减画法几何中复杂综合作图，重点培养学生的空间形象思维能力、构形能力和形体表达能力，加强尺规绘图、徒手绘图、组合体构形设计、轴测图绘制和机件表达诸环节基本功训练；简介产品开发过程，培养学生设计制图能力而非单纯制图技能，强调表达设计过程与加工工艺相关联的结构特征；加强零件构形设计教学环节，结合工程实例分析零部件的构形设计；强化应用制图标准表达零件的训练；加强制图综合测绘教学环节，培养学生综合实践能力，鼓励应用三维软件与AutoCAD软件有机结合完成综合测绘建模及模型投影工程图，并通过学生示范向全体学生演示二维绘图、三维建模及虚拟装配效果，使学生全面综合复习和应用机械制图的知识及技能。对计算机绘图教学，为满足现代制造业数字信息化对高技能创新人才需求，从教学内容及软硬件配置方面对其课程进行改革，以分段式安排AutoCAD和Creo (Pro/E升级版) 软件教学，增加三维软件教学学时(改革前，二维与三维学时比例为 AutoCAD∶Pro/E=22∶10；改革后，其学时比例为AutoCAD∶Creo=18∶14)，强调AutoCAD与其他CAD软件及Microsoft Office软件之间数据转换，使计算机绘图的教学内容与时俱进、更加完整，综合提高学生计算机绘图和三维建模能力、空间想象能力、创新能力和图示图解能力；因材施教指导学生完成扩展课外题目，渗透CAD/CAE/CAM理念，培养具有现代设计理念的高技能创新人才。

3.3 教材建设

为满足社会对高技能创新人才培养需求和“赛、考”需求，且符合教育部工程图学教学基本要求，以分段式安排《工程图学基础》及《工程图学基础习题集》和《计算机绘图教程》教材。其中《计算机绘图教程》采用最新国家标准且以分段式介绍AutoCAD 2016和Creo 3.0软件教学内容，以AutoCAD 2016为例介绍二维绘图功能，以Creo 3.0为例介绍三维建模、爆炸图、演示动画和模型投影工程图，强调与其他 CAD软件及Microsoft Office软件之间数据转换方法。另外，教材附光盘，内容包括演示文稿、视频讲解和知识拓展等内容。因此，《计算机绘图教程》能够满足各学校采用“分段式”或“融合式”将计算机绘图内容安排工程图学课程体系中的需求，具有灵活性。

3.4 数字化资源建设

教师以“模块式”和“积木式”建设并丰富表达教学思想的教学与助学数字化资源，包括BB网络课程平台、课件、电子教案、微视频、教学视频库、动画库、三维虚拟模型库、工程教学视频库、工程实物图片库、图形及图样库、习题及解答库等。所建资源采用最新国家制图标准、与系列教材及习题集一致，且符合学校人才培养方案(教学大纲和教学进程)，尤其是多媒体课件中融入三维虚拟模型、AutoCAD图形和数字化资源库的资源且适度融入双语元素。

3.5 教学模式和助学模式改革

为学生营造学习与创新环境，依托“赛、考”，构建提升机械制图创新教育的模式，如图2所示。教师要激发学生的求知欲和学习机械制图的主动性，促进学生重视机械制图的学习，提升学生学习能力和创新技能，打造具有进取精神和高凝聚力的科技创新人才。

3.5.1 教学模式改革

提高教学质量和学习效率是现代教育的基本要求，课堂是人才培养的主战场[6]。教师要充分应用现代数字信息技术改进课堂教学模式，为课堂师生间互动、学生间互动以及学生实践营造良好的实践教学环境。

以教师为主导，激发学生积极思维和参与教学活动，加强教学设计与教学方法的研究，采用“任务驱动式”、“启发式”、“互动研讨式”、“学生示范式”、“案例式”和“激励创新式”等教学方法，通过“教师精讲——学生练习——学生讲解——教师讲评”的师生互动教学过程，共同建构课堂创新与实践的学习环境，使学生及时实践而掌握机械制图知识，提高教学效果和学生的制图技能；培养学生问题意识、鼓励学生探索问题、解决问题和创新思维；教师将教学手段与教学内容和教学方法有机结合，应用全新的数字化多媒体课件灵活且有效地对不同知识点与教学内容融合，优化认知其教学内容的环境。在机械制图课堂教学中，采用多样化的教学手段向学生传授理论知识和创新知识。通过多媒体课件、视频、动画和图片等数字化媒介，呈现并演示工程实践事物、情景和过程；采用三维虚拟模型交互演示和AutoCAD计算

机绘图，师生间和学生间交流制图问题更直观，教学活动丰富多彩。营造学生主动构建自身课程知识体系的学习环境，使教学效率和教学质量都有质的飞跃。同时，注重开阔学生学习计算机三维建模和二维绘图的视野，促进学生课外自主学习、参加科技创新的研究。

图2 提升机械制图创新教育模式

计算机绘图互动教学模式是在网络环境下的教学模式，其教学全程在“网络多媒体教室”实施AutoCAD和Creo软件的教学，实现“屏幕广播”、“学生示范”、“屏幕监视”和“文件提交”等功能。通过“屏幕广播”和“学生示范”功能，学生由学生机能清楚实时看到教师机或其他学生机演示的AutoCAD和Creo软件操作，使学生的“感知——理解——运用”的学习过程缩短。“学生示范”有利于教学相长，一方面，学习能力强的学生起到示范辐射的作用，激发全体学生学习兴趣和积极思维；另一方面，教师可及时掌握学生的学习情况，有针对性地对学生指导和改进教学。

3.5.2 助学模式改革

课外助学环境对课堂教学起着相辅相成的作用，创新人才培养的首要关键因素在于营造浓郁的创新文化[1]。因此，要重视开放式教育，即教育要采用多渠道和多形式。

(1) 培养大学生图学应用能力，就必须重视图学技能训练[7]。营造课外促学氛围和“以点带面、传帮带”自主学习的大环境，使广大学生重视学习机械制图相关知识及技能。教师指导学生社团和科协，以培训及讲座的形式组织学生参加机械制图相关的课外学习与创新活动，激发学生进入实验室或创新团队参加科技创新和科研工作，不断提高学生参加科技创新和课题研究的能力。

(2) 以“赛、考”为载体，组织全校学生参加各级制图竞赛(校赛、省市赛和国赛)和CAD技能等级考试，将不同学科的知识和技能融合，使学生素质要素在“赛、考”实践活动中综合化。形成依托“赛、考”创新活动提高学生创新技能的机制，一年两次全国CAD技能等级考试及培训，一年一次定期组织制图校赛、参加省市赛和国赛，并加强赛前和考前的指导。构建“赛、考”资源库，包括试题库、经验交流信息库、创新作品库、专题练习作品库和关键问题解答库等，使参加“赛、考”的学生课外学习内容既有传承又有创新。

(3) 采用多渠道，实现师生间和教师间网上互动。教师建设BB网络课程平台，主要包括“课程相关项目”、“课程资料”、“创新作品展示”、“全国CAD技能等级考试”和“先进成图技术与产品信息建模创新大赛”等模块，融入更多的设计元素、现代表达元素和双语元素。主讲教师为所授班级学

生开设账户，实现师生之间网上资料传递、讨论和展示学生创新作品(如三维创新作品)等课外助学互动活动，促进学生课外创新活动和创新能力培养，弘扬研究与创新精神，促进学生自主学习、研究与创新；学生可利用助学资源预习、学习和复习，且扩展其课程的知识面，达到因材施教的效果。另外，教师与学生建立微信、QQ联系并与所授班级其他课程教师建立QQ群。一方面，教师答疑解惑，便于学生与教师互动交流，提高学生学习效率和学习质量；另一方面，教师能及时得到来自学生和其他课程教师的教学反馈信息，有助于改进机械制图创新教育的各个环节。

3.6 “以评促学”全面考核学生

注重考核学生对知识的综合应用能力、研究能力和创新实践能力，采用多样化的考核方式对学生平时作业及表现成绩进行综合评定，包括平时作业、平时课堂示范、课外创新设计及最后考试成绩，每次实践情况计入平时成绩，从而促进学生提高创新技能。

4 机械制图创新教育改革效果

依托“赛、考”改革机械制图创新教育，既符合高等院校理工类工程图学课程要求，又满足高等教育培养高技能创新人才需求。所培养的大学生基础宽厚、创新能力强、技能水平高。

通过“CAD考评对学生本科、读研或就业影响”和“制图竞赛对学生本科、读研或就业影响”信息反馈调查表的调查结果表明：大一学生基本了解“赛、考”，90%学生认为“赛、考”提升了对工程图学的学习兴趣，促进自主储备相关知识和创新技能；大二和大三学生凭借自己的图形设计能力、表达能力、工程素质进入实验室或创新团队人数增加了50%，支持其他科创竞赛和课程教学(如，学生通过3D打印为机械制图教学制作实物模型，解决学生难以理解形体问题，使学生了解现代制造技术，激励科技创新与实践)；参加全国CAD技能等级考试和竞赛的学生，90%学生熟练掌握了相关CAD软件和制图知识而有利于后续课程学习、读研及科研，且90%学生认为CAD技能考试对就业影响很大；50%参加技能竞赛学生曾参加过全国CAD技能等级考试，50%参加技能竞赛学生成为科技创新骨干和技能竞赛及考试的宣讲人；90%参加全国竞赛学生成为社会用人单位的高技能创新人才。

5 结 论

在理工类高等教育中，依托“赛、考”促学、促教提升了机械制图创新教育，具有可持续发展的促进作用，将课内教学与课外助学有机结合，使制图知识与工程实际设计及制造联系更加紧密，形成培养高技能创新人才的有效途径。学生创新热情和创新意识得以提高，学习的积极性和主动性得以提升。学生在实践并感受研究与创新魅力的同时，拓宽了专业知识及视野。学生手工与计算机绘图及建模诸技能全面提高，科技创新能力和科研能力增强，从而支持学生后续课程学习、创新活动和就业，符合高等教育需要和教育国际化趋势，在培养高技能创新人才方面效果显著。

随着三维CAD技术的发展，其三维工程图样及规范将更加实用，高等教育要与时俱进，不断深化改革机械制图创新教育，提高学生机械制图技能和创新能力，为现代制造业输送大批高技能创新人才。

[1] 郭广生. 创新人才培养的内涵、特征、类型及因素[J].中国高等教育, 2013, (5): 12-15.

[2] 邓学雄, 熊志勇, 刘 林, 等. CAD大赛与我国CAD教育现状分析[J]. 图学学报, 2013, 34(1): 111-114.

[3] 教育部高等学校工程图学教学指导委员会, 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. 关于举办第八届全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛的通知[EB/OL]. [2015-04-03]. http://jdxy.kmust.edu.cn/html/dbjfhgjbfh txds/tzgg/2015/04/03/1bdf89e2-64d3-4b41-83e4-83ec5a ab088c.html.

[4] 何克抗. 从Blending Learning看教育技术理论的新发展[J]. 中国电化教育, 2004, (3): 5-10.

[5] 林 健. 注重卓越工程教育本质创新工程人才培养模式[J]. 中国高等教育, 2011, (6): 19-21.

[6] 刘延庆. 坚持科学发展观,不断提高高校教育教学质量[J]. 江苏高教, 2008, (1): 76-78.

[7] 李怀健, 王剑平, 张 琪, 等. 基于成图与建模创新大赛的思考[J]. 图学学报, 2013, 34(3): 134-137.

Improving Innovative Education for Mechanical Drawing by "Skill Competition and Skill Examination"

Xu Guoyu1, Zhang Meng2, Lan Chaofeng3
(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin Heilongjiang 150001, China; 2. School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin Heilongjiang 150001, China; 3. College of Electrical and Electronic Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin Heilongjiang 150080, China)

Aiming at the demand for innovative education reform on mechanical drawing, "Promoting studying and teaching by the competition and examination" is put forward. On the one hand, the students' are promoted to study the curriculum by initiative "blended learning" and to participate in the innovative activity of science and technology. On the other hand, teachers are guided to reform the curriculum system, content, teaching material, teaching mode and aided learning mode. The results show that "Promoting studying and teaching by the competition and examination" is good for improving learning effect, innovative ability and practice skills of student, and ultimately it is contribute to the cultivation of high-skilled creative talents.

mechanical drawing; innovative education; skill competition; skill examination; high-skilled creative talents

G 642.0

A

2095-302X(2015)04-0631-07

2015-03-30；定稿日期：2015-04-22

黑龙江省教育厅教改资助项目(JG2013010173)；2014哈尔滨工程大学基础课程教学改革研究项目

许国玉(1960–)，女，山东招远人，教授，硕士。主要研究方向为工程图学、虚拟制造及仿真。E-mail：xuguoyu@hrbeu.edu.cn