课赛融合背景下“机械制图”课程教学改革探究

朱 锐，梁荆璞，刘永辉

（长江大学 文理学院，湖北 荆州 434020）

0 引言

机械制图是工程图学的重要分支，机械图样与现代工业中的机械、电机、电器等设备的设计、制造、安装紧密联系，为了更好的使用这些工业机器、设备，需要通过阅读机械图样来了解它们的结构和性能。因此，每个与机械有关的工程技术人员都必须能够绘制和阅读机械图样[1]。

“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的宗旨是：培养学生的工匠精神，激发学生的创新意识，探索图学的发展方向，创新成图载体的方法与手段等等[2-4]。以“德能兼修，技高一筹”为主题，目的在于以赛促教，以赛促学，以赛促改，全面提高大学生的绘制和阅读图学能力，为中国制造走向中国创造催生和助长大量优秀人才[2]。大赛主要围绕尺规绘图、产品信息建模、数字化虚拟样机设计、3D 打印等项目进行命题竞赛[5]。截至2023 年6 已经举办了16 届，级别之高，影响之大，受益之众，不言而喻。作为一项全国综合性大学生学科赛事，成图大赛被誉为“图学界的奥林匹克”，已经成为评估高等学校创新创业人才培养质量的指标之一，引起各个院校的高度重视[5]。

“机械制图”课程作为一门既有系统理论又有较强实践性的技术基础课[6]，课程内容包括投影原理，基本立体、简单组合体的构型过程和方法[4]，机件的常用表达方法，零件图和装配图等内容，教学难度较大，通过课赛融合将激发学生学习的兴趣和主动性，拓展其思维空间。

1 课程与教学改革要解决的重点问题

作为机械类、机电类专业的专业基础课程，“机械制图”课程较考验学生的空间思维能力，在教学改革存在以下要解决的重点问题：

（1）“机械制图”课程教材更偏重于理论知识，存在大量的文字、二维组合体视图及零件图等，较难在学生脑海中形成三维模型思维。

（2）“机械制图”课程主要采用以课堂讲授为主、课下作业为辅的教学模式，课堂教学的现状是大班合堂上课，忽略了学生的主体性，学生对于课堂的参与度不高。

（3）随着智能手机的普及和网络的不断发展，授课过程中发现学生习惯在课堂上玩手机，做一些与课程内容无关的事情。

（4）机械制图教具有限，因受教学条件和课程学时的限制，在课堂教学中传递的信息量相对较少，学生前期缺乏专业的学习，导致空间思维能力有限，学习效果差。

2 教学改革与课程资源建设

针对目前机械制图课程教学中存在的问题，结合成图大赛大纲，将机械制图的基本理论、方法和技巧融入课程教学中。以机械类赛道为例，重点讲授手工尺规制图、三维软件建模、图形学基础知识等内容，采取“先基础后复杂，从模仿到改进再创新”的逐步升级的思维训练模式，梳理“机械制图”教学知识点与竞赛大纲及技术要求的关系，修订“机械制图”教学大纲，调整课程教学内容[5-8]。将基于计算机信息技术等的“先进设计方法+互联网”与课堂模型教具、增强现实实验教学平台以及成图大赛紧密结合，使学生在实践中掌握理论知识，提高学生的空间想象能力、绘图读图能力、计算机二维绘图以及三维造型软件进行构型设计的能力。

2.1 理论教学改革

“机械制图”课程理论教学采用线上线下相结合的方式。根据成图大赛大纲要求，对教材内容进行了整合和优化，建设完成了“机械制图”在线课程，制定了详细的预习指南，指导学生如何有效预习课程内容。在课堂教学中，适当引入竞赛的题型，让学生在课堂上体验到竞赛的挑战与乐趣。同时，现代教育技术的发展为教学方法的改革提供了新的可能性，采用三维软件、视频影像、实物模型展示等方式，将增强现实技术（虚拟实验仿真）融入机械制图课程及习题集，课赛融合将理论教学与实践操作相结合，学生在进行相关理论知识学习的同时，要求对于课程单元进行实践操作，达到对课程教学大纲要求知识点的理解的目标。课程以实际工程项目为导向，让学生在完成项目的过程中，学习并掌握机械制图国家标准、教材大纲知识点和操作技能，通过这种方式可以较好地培养学生的工程实践能力。如图1 所示，采用增强现实技术将主要知识点附加到3D 模型上，并融合3D 动画、3D模型、3D 交互等多种形式，实现知识内容的3D 可视化，使教学内容更加形象、直观、立体，从而提高学生的学习兴趣和效果。

图1 增强现实技术应用

2.2 实践教学改革

实践教学是提高学生解决实际问题能力的重要手段。在大一阶段，学生还未接触到机械零部件的实际情况，空间想象力欠缺。为了让学生更好地理解和掌握机械制图知识，配备了先进的机械制图实验设备和软件，为实践教学提供良好的环境，让学生在课堂上就能接触到实际的机械制图操作，建设了机械制图测绘实训室，满足减速器、齿轮泵、千斤顶等装置的拆卸和机械零部件测绘练习的需求。结合课程教学大纲和成图大赛要求，设计出具有实际意义的机械制图实践项目，让学生在实践中掌握机械制图的基本理论和方法。同时在第二学期同步开设Auto CAD 软件应用和SolidWorks 软件应用上机课程，将理论知识、实践练习与成图大赛紧密结合。通过设置竞赛任务，如图2 所示，激发学生的学习兴趣和积极性，竞赛任务的设定可以帮助学生更好地理解和应用所学知识，提高学生的解决问题的能力。

图2 拆装仿真实验

课赛融合机械制图的创新点主要体现在以下几个方面：

（1）提高学生的学习兴趣和积极性，将竞赛元素融入机械制图课程教学过程，鼓励学生带着任务去学习，以目标为结果导向，想办法收集资料去解决问题，从而提高自身的学习能力、实践能力等。

（2）培养学生的动手实践能力、创新意识，通过参加成图大赛机械类别的竞赛，可以让学生将所学的理论知识应用到实际问题中，提高实践能力。

（3）提高教学质量和效果，课赛融合可以促使教师调整教学方法和策略，思考教学的过程中的不足，寻求教学内容与竞赛要求融合的教学方法，提升教学效果。同时，教师可以通过省赛、国赛中学生的成绩，为下一步的教学的改进提供参考。

（4）增强学生的团队协作能力和沟通能力，成图大赛的组织与参加一般是要经过校赛、省赛层层选拔后组成一个团队，学生在团队中需要互相协作、分工合作，有助于培养学生的团队协作意识和沟通能力。

3 课程教学组织与实施

本课程教学的组织实施：第一学期画法几何内容的知识主要通过理论课讲授，第二学期机械制图内容的知识讲授作为课赛结合的主要阵地。在教学过程中，不再拘泥于教材上的传统知识，而是结合图学比赛真题、工程实训项目、机械零部件测绘、VR 虚拟仿真等多方面内容扩展课堂眼界。其中成图比赛真题的结合是创新的重要组成部分，真题筛选与课程章节内容联系密切的题目。除理论教学的学时外，利用本专业建成的机械制图测绘实训室、机械仿真实验室等资源，要求每一位学生在每个教学周内，进入实训室进行自主训练的时长不少于4 学时，并将学生自主训练成果纳入课程考核范围。学生自主训练内容包括但不限于教材配套的习题集作业、尺规绘图大作业、组合体模型测绘、机械零部件测绘、VR 模型互动体验等等，教师在这一环节起辅助作用，旨在为学生打造良好的绘图技能基础，同时也训练学生储备图学比赛所需的扎实基本功。

教学过程以“读零件图”为例，多媒体演示、真题解析、学生自主训练相结合。具体见表1。

表1 “读零件图”教学过程

4 课程考核方式

“机械制图”课程是机械类专业学生的一门专业核心课，在机械制图与成图比赛融合的背景下，课程改革考核方式需要综合评估学生的实践能力、理论知识、创新能力和团队协作能力。理论考试：考察学生对机械制图基本概念、原理、国家和行业标准的掌握程度，以及阅读和分析机械图纸的能力，考试形式为闭卷笔试。实践操作：考察学生的绘图速度、精度以及创新意识，结合成图比赛真题，设置一定时长的绘图任务，要求学生在规定时间内完成，任务包括绘制零件图、装配图等绘图大作业。综合考虑课堂表现、理论考试成绩、实践报告、竞赛成绩等多个方面作为总评成绩。此外，鼓励学生参加各类制图和成图比赛，以提高他们的实践能力和综合素质，为将来的工程师职业生涯打下坚实基础。

5 课程评价及改革成效

通过将成图大赛融入机械制图课程教学过程，学生的学习效果和满意度均有显著提升，由被动接受转变为主动参与，大大提高了学生学习积极性。同时，结合成图大赛的真题案例练习，教师也更加直接了解了学生的学习情况，及时调整更新教学内容、方法和手段，提升了教学质量，课程的实用性和针对性也得到了增强。具体体现在：学生的制图技能通过实际操作得到了锻炼和提高，学生的图纸绘制水平、准确性和规范性都有显著提升。学生在学习过程中有了更多的实践机会，使他们更愿意主动学习和探索，“机械制图”课程成绩提高显著。我院学生在2023 年第十六届全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛中获国家级二等奖、三等奖，效果显著。

综上所述，课赛融合背景下的“机械制图”课程教学改革，不仅可以提升学生的技能和兴趣，还能提高教学质量和课程的实用性，具有较好的改革成效。