朱 銳，梁荊璞，劉永輝

（長江大學(xué) 文理學(xué)院，湖北 荊州 434020）

0 引言

機(jī)械制圖是工程圖學(xué)的重要分支，機(jī)械圖樣與現(xiàn)代工業(yè)中的機(jī)械、電機(jī)、電器等設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝緊密聯(lián)系，為了更好的使用這些工業(yè)機(jī)器、設(shè)備，需要通過閱讀機(jī)械圖樣來了解它們的結(jié)構(gòu)和性能。因此，每個與機(jī)械有關(guān)的工程技術(shù)人員都必須能夠繪制和閱讀機(jī)械圖樣[1]。

“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)新大賽的宗旨是：培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，探索圖學(xué)的發(fā)展方向，創(chuàng)新成圖載體的方法與手段等等[2-4]。以“德能兼修，技高一籌”為主題，目的在于以賽促教，以賽促學(xué)，以賽促改，全面提高大學(xué)生的繪制和閱讀圖學(xué)能力，為中國制造走向中國創(chuàng)造催生和助長大量優(yōu)秀人才[2]。大賽主要圍繞尺規(guī)繪圖、產(chǎn)品信息建模、數(shù)字化虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)、3D 打印等項(xiàng)目進(jìn)行命題競賽[5]。截至2023 年6 已經(jīng)舉辦了16 屆，級別之高，影響之大，受益之眾，不言而喻。作為一項(xiàng)全國綜合性大學(xué)生學(xué)科賽事，成圖大賽被譽(yù)為“圖學(xué)界的奧林匹克”，已經(jīng)成為評估高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的指標(biāo)之一，引起各個院校的高度重視[5]。

“機(jī)械制圖”課程作為一門既有系統(tǒng)理論又有較強(qiáng)實(shí)踐性的技術(shù)基礎(chǔ)課[6]，課程內(nèi)容包括投影原理，基本立體、簡單組合體的構(gòu)型過程和方法[4]，機(jī)件的常用表達(dá)方法，零件圖和裝配圖等內(nèi)容，教學(xué)難度較大，通過課賽融合將激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性，拓展其思維空間。

1 課程與教學(xué)改革要解決的重點(diǎn)問題

作為機(jī)械類、機(jī)電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，“機(jī)械制圖”課程較考驗(yàn)學(xué)生的空間思維能力，在教學(xué)改革存在以下要解決的重點(diǎn)問題：

（1）“機(jī)械制圖”課程教材更偏重于理論知識，存在大量的文字、二維組合體視圖及零件圖等，較難在學(xué)生腦海中形成三維模型思維。

（2）“機(jī)械制圖”課程主要采用以課堂講授為主、課下作業(yè)為輔的教學(xué)模式，課堂教學(xué)的現(xiàn)狀是大班合堂上課，忽略了學(xué)生的主體性，學(xué)生對于課堂的參與度不高。

（3）隨著智能手機(jī)的普及和網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，授課過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生習(xí)慣在課堂上玩手機(jī)，做一些與課程內(nèi)容無關(guān)的事情。

（4）機(jī)械制圖教具有限，因受教學(xué)條件和課程學(xué)時的限制，在課堂教學(xué)中傳遞的信息量相對較少，學(xué)生前期缺乏專業(yè)的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致空間思維能力有限，學(xué)習(xí)效果差。

2 教學(xué)改革與課程資源建設(shè)

針對目前機(jī)械制圖課程教學(xué)中存在的問題，結(jié)合成圖大賽大綱，將機(jī)械制圖的基本理論、方法和技巧融入課程教學(xué)中。以機(jī)械類賽道為例，重點(diǎn)講授手工尺規(guī)制圖、三維軟件建模、圖形學(xué)基礎(chǔ)知識等內(nèi)容，采取“先基礎(chǔ)后復(fù)雜，從模仿到改進(jìn)再創(chuàng)新”的逐步升級的思維訓(xùn)練模式，梳理“機(jī)械制圖”教學(xué)知識點(diǎn)與競賽大綱及技術(shù)要求的關(guān)系，修訂“機(jī)械制圖”教學(xué)大綱，調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容[5-8]。將基于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)等的“先進(jìn)設(shè)計(jì)方法+互聯(lián)網(wǎng)”與課堂模型教具、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺以及成圖大賽緊密結(jié)合，使學(xué)生在實(shí)踐中掌握理論知識，提高學(xué)生的空間想象能力、繪圖讀圖能力、計(jì)算機(jī)二維繪圖以及三維造型軟件進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)的能力。

2.1 理論教學(xué)改革

“機(jī)械制圖”課程理論教學(xué)采用線上線下相結(jié)合的方式。根據(jù)成圖大賽大綱要求，對教材內(nèi)容進(jìn)行了整合和優(yōu)化，建設(shè)完成了“機(jī)械制圖”在線課程，制定了詳細(xì)的預(yù)習(xí)指南，指導(dǎo)學(xué)生如何有效預(yù)習(xí)課程內(nèi)容。在課堂教學(xué)中，適當(dāng)引入競賽的題型，讓學(xué)生在課堂上體驗(yàn)到競賽的挑戰(zhàn)與樂趣。同時，現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展為教學(xué)方法的改革提供了新的可能性，采用三維軟件、視頻影像、實(shí)物模型展示等方式，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（虛擬實(shí)驗(yàn)仿真）融入機(jī)械制圖課程及習(xí)題集，課賽融合將理論教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合，學(xué)生在進(jìn)行相關(guān)理論知識學(xué)習(xí)的同時，要求對于課程單元進(jìn)行實(shí)踐操作，達(dá)到對課程教學(xué)大綱要求知識點(diǎn)的理解的目標(biāo)。課程以實(shí)際工程項(xiàng)目為導(dǎo)向，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中，學(xué)習(xí)并掌握機(jī)械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)、教材大綱知識點(diǎn)和操作技能，通過這種方式可以較好地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。如圖1 所示，采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將主要知識點(diǎn)附加到3D 模型上，并融合3D 動畫、3D模型、3D 交互等多種形式，實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)容的3D 可視化，使教學(xué)內(nèi)容更加形象、直觀、立體，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果。

圖1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

2.2 實(shí)踐教學(xué)改革

實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生解決實(shí)際問題能力的重要手段。在大一階段，學(xué)生還未接觸到機(jī)械零部件的實(shí)際情況，空間想象力欠缺。為了讓學(xué)生更好地理解和掌握機(jī)械制圖知識，配備了先進(jìn)的機(jī)械制圖實(shí)驗(yàn)設(shè)備和軟件，為實(shí)踐教學(xué)提供良好的環(huán)境，讓學(xué)生在課堂上就能接觸到實(shí)際的機(jī)械制圖操作，建設(shè)了機(jī)械制圖測繪實(shí)訓(xùn)室，滿足減速器、齒輪泵、千斤頂?shù)妊b置的拆卸和機(jī)械零部件測繪練習(xí)的需求。結(jié)合課程教學(xué)大綱和成圖大賽要求，設(shè)計(jì)出具有實(shí)際意義的機(jī)械制圖實(shí)踐項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握機(jī)械制圖的基本理論和方法。同時在第二學(xué)期同步開設(shè)Auto CAD 軟件應(yīng)用和SolidWorks 軟件應(yīng)用上機(jī)課程，將理論知識、實(shí)踐練習(xí)與成圖大賽緊密結(jié)合。通過設(shè)置競賽任務(wù)，如圖2 所示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，競賽任務(wù)的設(shè)定可以幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用所學(xué)知識，提高學(xué)生的解決問題的能力。

圖2 拆裝仿真實(shí)驗(yàn)

課賽融合機(jī)械制圖的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，將競賽元素融入機(jī)械制圖課程教學(xué)過程，鼓勵學(xué)生帶著任務(wù)去學(xué)習(xí)，以目標(biāo)為結(jié)果導(dǎo)向，想辦法收集資料去解決問題，從而提高自身的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力等。

（2）培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識，通過參加成圖大賽機(jī)械類別的競賽，可以讓學(xué)生將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到實(shí)際問題中，提高實(shí)踐能力。

（3）提高教學(xué)質(zhì)量和效果，課賽融合可以促使教師調(diào)整教學(xué)方法和策略，思考教學(xué)的過程中的不足，尋求教學(xué)內(nèi)容與競賽要求融合的教學(xué)方法，提升教學(xué)效果。同時，教師可以通過省賽、國賽中學(xué)生的成績，為下一步的教學(xué)的改進(jìn)提供參考。

（4）增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通能力，成圖大賽的組織與參加一般是要經(jīng)過校賽、省賽層層選拔后組成一個團(tuán)隊(duì)，學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中需要互相協(xié)作、分工合作，有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識和溝通能力。

3 課程教學(xué)組織與實(shí)施

本課程教學(xué)的組織實(shí)施：第一學(xué)期畫法幾何內(nèi)容的知識主要通過理論課講授，第二學(xué)期機(jī)械制圖內(nèi)容的知識講授作為課賽結(jié)合的主要陣地。在教學(xué)過程中，不再拘泥于教材上的傳統(tǒng)知識，而是結(jié)合圖學(xué)比賽真題、工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、機(jī)械零部件測繪、VR 虛擬仿真等多方面內(nèi)容擴(kuò)展課堂眼界。其中成圖比賽真題的結(jié)合是創(chuàng)新的重要組成部分，真題篩選與課程章節(jié)內(nèi)容聯(lián)系密切的題目。除理論教學(xué)的學(xué)時外，利用本專業(yè)建成的機(jī)械制圖測繪實(shí)訓(xùn)室、機(jī)械仿真實(shí)驗(yàn)室等資源，要求每一位學(xué)生在每個教學(xué)周內(nèi)，進(jìn)入實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行自主訓(xùn)練的時長不少于4 學(xué)時，并將學(xué)生自主訓(xùn)練成果納入課程考核范圍。學(xué)生自主訓(xùn)練內(nèi)容包括但不限于教材配套的習(xí)題集作業(yè)、尺規(guī)繪圖大作業(yè)、組合體模型測繪、機(jī)械零部件測繪、VR 模型互動體驗(yàn)等等，教師在這一環(huán)節(jié)起輔助作用，旨在為學(xué)生打造良好的繪圖技能基礎(chǔ)，同時也訓(xùn)練學(xué)生儲備圖學(xué)比賽所需的扎實(shí)基本功。

教學(xué)過程以“讀零件圖”為例，多媒體演示、真題解析、學(xué)生自主訓(xùn)練相結(jié)合。具體見表1。

表1 “讀零件圖”教學(xué)過程

4 課程考核方式

“機(jī)械制圖”課程是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)核心課，在機(jī)械制圖與成圖比賽融合的背景下，課程改革考核方式需要綜合評估學(xué)生的實(shí)踐能力、理論知識、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。理論考試：考察學(xué)生對機(jī)械制圖基本概念、原理、國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的掌握程度，以及閱讀和分析機(jī)械圖紙的能力，考試形式為閉卷筆試。實(shí)踐操作：考察學(xué)生的繪圖速度、精度以及創(chuàng)新意識，結(jié)合成圖比賽真題，設(shè)置一定時長的繪圖任務(wù)，要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成，任務(wù)包括繪制零件圖、裝配圖等繪圖大作業(yè)。綜合考慮課堂表現(xiàn)、理論考試成績、實(shí)踐報(bào)告、競賽成績等多個方面作為總評成績。此外，鼓勵學(xué)生參加各類制圖和成圖比賽，以提高他們的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，為將來的工程師職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 課程評價及改革成效

通過將成圖大賽融入機(jī)械制圖課程教學(xué)過程，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和滿意度均有顯著提升，由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。同時，結(jié)合成圖大賽的真題案例練習(xí)，教師也更加直接了解了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整更新教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，提升了教學(xué)質(zhì)量，課程的實(shí)用性和針對性也得到了增強(qiáng)。具體體現(xiàn)在：學(xué)生的制圖技能通過實(shí)際操作得到了鍛煉和提高，學(xué)生的圖紙繪制水平、準(zhǔn)確性和規(guī)范性都有顯著提升。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有了更多的實(shí)踐機(jī)會，使他們更愿意主動學(xué)習(xí)和探索，“機(jī)械制圖”課程成績提高顯著。我院學(xué)生在2023 年第十六屆全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽中獲國家級二等獎、三等獎，效果顯著。

綜上所述，課賽融合背景下的“機(jī)械制圖”課程教學(xué)改革，不僅可以提升學(xué)生的技能和興趣，還能提高教學(xué)質(zhì)量和課程的實(shí)用性，具有較好的改革成效。