基于全国成图大赛的“工程图学”课程教学改革探索
［摘要］随着三维成图技术的日趋成熟，工程产品的设计回归设计思维的本源，冲击着现行“工程图学”课程教学体系。全国大学生成图大赛融合了现阶段我国制造业界、工程界对工程图样的最新要求，重点考查大学生三维成图技术和图样信息化处理技术的创新应用能力。通过调整教学目标、教学内容、教学方式和考核评价方法等，构建新的“工程图学”课程教学体系，将三维成图技术和图样信息化处理技术完全融入其中。实践证明，“徒手绘图+尺规成图+计算机成图”的新模式符合教与学的规律。
［关键词］工程图学；教学改革；创新能力；三维设计；教学模式
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章編号］1674-9324（2023）25-0063-04［收稿日期］2022-09-06
在制造业领域推行数字化、智能化，提升工程产品设计、制造能力与品质，推进信息化与工业化的深度融合，是我国实现从制造业大国向制造业强国转变必须占据的制高点之一［1］。先进的工程产品成图技术，是在工程产品设计过程中借助计算机辅助设计和其他先进设计方法实现工程产品工作原理、空间几何关系、本质安全性能等的模拟研究和优化设计，提高了设计制造的精准度和安全性。利用计算机辅助设计与先进设计方法处理工程产品图样、优化工程产品设计，改变了传统的工程产品设计模式［2］，体现了计算机技术与制造技术的有机融合。
一、大赛要求与我校“工程图学”课程教学问题
“全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛”是由原教育部高等学校工程图学课程教学指导委员会等单位联合主办的全国性大型学科竞赛活动［3］。大赛以激励在校大学生学习先进的成图技术和图样信息化处理技术、探索工程图学的发展方向为宗旨，助力应用型创新人才的成长。大赛内容的创新性、成图技术的先进性、与社会需求的融合性、大学生参与的广泛性，推动着我国高校工程图学的教学改革。据统计，2021年度有550多所高校、14万多名大学生参加了比赛［4］。
工程图样作为工程界的技术语言，起源于18世纪末法国人加斯帕尔·蒙日创立的画法几何［5］，我国学者赵学田将其基本原理概括为“长对正，高平齐，宽相等”［6］。画法几何把工程产品复杂的三维关系用简单的二维图样精准地表达出来，方便了相关人员的识图、制图和交流。
现阶段，我校“工程图学”课程教学基本的组织模式是“工程图学基础+专业特需”，依专业的不同要求，教学内容各有侧重。工程图学基础包括基础理论、尺规成图和计算机二维成图等；专业特需则是根据各专业的特点，引进各具专业特色的计算机成图软件和图样信息化处理软件，进行专业性较强的深层次工程图学教育，以实现工程产品的优化设计等。如机械工程、地质工程、采矿工程等专业因追求工程产品系统内部各组成单元间的空间关系，广泛采用SoildWorks、Pro/E、Surpac、3DMine等软件工具构建三维可视化工程产品图形，从而完成相应的课程设计或毕业设计任务。
受课程学时和专业总学时的限制，“工程制图”作为我校工科各专业的专业基础课，现阶段仍以二维成图为主组织教学。机械工程、采矿工程等少数专业在计算机三维成图和工程图样信息化处理技术方面设置了包括课程设计、创新实践等实践性教育环节，以培养学生解决复杂问题的能力。
我校目前开设的“工程图学”课程存在以下问题。一是开课时序与成图大赛不相匹配。每年大赛赛程一般是学校选拔赛在4月中旬，省级预选赛在5月底，全国比赛在7月中下旬。以目前我校机械类专业“工程图学”课程（80学时）为例，在第一、二学期完成“工程图学基础”（含计算机二维成图）的课程教学任务后，到第四学期开设“机械产品测绘与三维设计”和“工程图学综合设计与创新实践”等后续课程，影响了学生参加上半年举行的比赛。二是实验条件不能满足三维成图技术和图样信息化处理技术教学的需要。现有工程图学实验室的硬件（计算机配置、3D打印等）、软件（AutoCAD、SolidWorks、Pro/E和其他三维成图软件）还不具备面向各工科专业学生教授计算机三维成图内容的条件。
二、与大赛相适应的课程教学体系改革设想
工程产品是以三维形态存在的，三维设计也符合人的设计思维逻辑。随着计算机三维成图技术和工程图样信息化处理技术的发展和成熟，三维图样对工程产品特性表述的准确性、图样识别的容易性和交流的方便性得到有效改进，使得三维工程产品图样的应用越来越广泛。以现有的“工程图学”课程教学体系为依托，将三维成图技术与图样信息化处理技术作为通识内容纳入“工程图学”课程教学范畴主要有三种形式。
第一，外挂式引入。保持现行的“工程图学”课程教学体系不变，在现有的学时之外，以必修课程的形式增开三维成图技术与图样信息化处理技术方面的课程，并将之列入课程设计、毕业设计等实践教学环节的训练内容。现阶段中南大