工程設計表達競賽與圖學課學生綜合素質培養形式的研究〔〕:

摘要：通過對北京市大學生工程設計表達競賽的歷屆成績數據進展統計，考察選手試卷，進展試題分析，研究了競賽題型對于選手得分的影響，總結了競賽中出現的假設干問題并討論了產生這些問題的原因，進而分析這些問題與工程圖學教學之間的關系。指出工程設計表達競賽應源于工程圖學教學并高于教學，在考察根本知識和根本技能的根底上，注重考察選手的工程圖學思維才能。同時結合競賽總結，探究培養學生綜合素質的工程圖學課程的形式。提出工程圖學課程教學應注重學生的根底知識的掌握、根本技能的訓練，教師最好能在教學中增加一些發散構形訓練環節，通過適當引導，培養學生發散思維和解決復雜幾何問題的才能等；結合工程上的綜合案例進展分析、演示并讓學生進展理論，培養學生的工程意識、創新才能和綜合設計才能，從而使得所培養的學生可以滿足現代工業對人才的需求。通過競賽總結、問題歸納及反響，力圖到達以賽促教和以賽促學的目的。

關鍵詞：工程圖學；教學研究；競賽；發散思維；綜合素質

本文引用格式：王玉慧，等.工程設計表達競賽與圖學課學生綜合素質培養形式的研究[J].教育現代化,2022,7(47):20-23.

ResearchonCultivationModeofStudents"prehensiveQualityinGraphicsCoursethroughStudyofEngineeringDesignExpressionspetition

WANGYu-hui1,DOUZhong-qiang2，LIUJing-hua1，XUYi3

(1.SchoolofMechanicalEngineeringAutomationofBeihangUniversity,Beijing;2.SchoolofMechanicalEngineeringofUniversityofScienceandTechnology,Beijing;3.BeijingGraphicsSociety,Beijing)

Abstract:Theeffectofpetitionquestiontypeonthescoreofcontestantsinlastfouryears"universitystudentsengineeringdesignexpressivepetitionsinBeijingisstudiedthroughstatisticsofdata，investigationofcontestants"examinationpapersandanalysisofthetestquestions.Someproblemsthatrevealedinthepetitionarecollectedandtheactualcausesofthemaretriedtodiscussed.Thentherelationshipbetweentheseproblemsandengineeringgraphicsteachingisanalyzed.Itisproposedthatengineeringdesignexpressivepetitionshouldoriginatefromtheteachingofengineeringgraphicsandtheleveloftheexpressionshouldbehigherthanthatofteaching.First,themasteryofbasicknowledgeandskillsofcontestantsshouldbechecked.Andthenattentionshouldbepaidtoexaminingthethinkingabilityofengineeringgraphicsofcontestantsbythepetition.Cultivationmodeofprehensivequalityofengineeringgraphicsisexplodedwithsummaryofthepetition.Itisputforwardthattheteachingofengineeringgraphicsshouldpaymoreattentiontobasicknowledgeandtrainingofbasicskills.Inaddition,itisbetterforteacherstoaddsomedivergentconfigurationtraininginteachingandgivesomeenlightenmentandappropriateguidancetostudentsforthepurposeofdevelopingstudents"divergentthinkingandabilitytosolveplexgeometricproblems.Analysisanddemonstrationofprehensivecasesinengineeringbyteacherandlettingstudentstopracticetakeimportanttaskonincreasingstudents"engineeringconsciousness,innovationandintegrateddesignability，therebythestudentstrainedcanmeettheneedsofmodernindustry.Thegoalofpromotingteachingandlearningby

petitionistriedtoachievethroughpetitionsummary,probleminductionandfeedback.

Keywords:engineeringgraphics;teachingresearch;petition;divergentthinking;prehensivequality

一引言

北京市大學生工程設計表達競賽由北京市教委主辦、北京航空航天大學和北京圖學學會承辦的，已經舉辦了四屆。參賽選手是北京地區高校學生，包括本科院校和高職院校的。競賽分為機械類二維、三維工程設計表達，建筑類建筑設計CAD表達和數字化三維建筑創新設計類別。其中，機械類競賽包含徒手繪圖表達、二維計算機繪圖表達以及三維數字建模表達等多種競賽工程。競賽旨在提升各高校的工程圖學教學程度，鍛煉了各校選手的圖學思維、專業技能和團隊合作才能。一些選手在競賽中展現出了很好的空間想象力和發散思維，同時也有局部選手反映出才能上的一些薄弱環節，如讀圖才能稍弱，解決問題缺乏多向思維和工程意識薄弱等問題。本文嘗試針對競賽的本科機械類二維、三維試題及考試結果進展歸納總結和分析，明確后續競賽的方向，并對于本科院校工程圖學教學中學生工程圖學思維【1】和綜合素質培養提出假設干建議。

二本科院校競賽內容剖析

本科組三維競賽內容包括：給定裝配體所含零件的零件圖，進展三維建模、裝配；根據裝配體已有零件構造裝配體內所缺的某個零件；閱讀復雜組合體的視圖并進展三維建模、繪制二維視圖；根據形體三個方向投影輪廓構思形體并建模、出圖。

三維競賽考察的才能為：讀圖理解形體的才能，采用三維軟件進展建模、裝配和根據制圖國家標準出圖的才能，開放性構形思維才能。本科組二維競賽內容包括：給定零件軸測圖和尺寸，用二維繪圖軟件繪制零件的二維工程圖；給出組合體的兩個視圖，繪制其第三個視圖；繪制組合體的某傾斜面實形圖并繪制組合體軸測圖〔允許徒手繪圖〕；讀裝配圖，拆畫指定零件的零件圖〔允許徒手繪圖〕。二維競賽考察的才能為：讀圖理解形體和繪制形體正投影圖的才能；徒手繪制軸測草圖和采用二維軟件根據制圖國家標準繪制工程圖的才能。

三本科三維競賽成績分析

將2022年-2022年四年的參賽選手得分按降序排列，由于每年參賽人數不同，現取出每年的前101名選手的成績，繪制分數折線，如圖1所示。2022年-2022年的三維題目包含裝配體零件三維建模、裝配和生成裝配圖，根據裝配體已有零件構造缺少的零件等內容，連續三年的題型沒有變化，題目主要考察一般難度的零件建模、裝配體建模、生成裝配圖以及根據裝配關系構造零件的才能，難度不是很大。比照選手得分情況，從圖1可看出：2022、2022、2022三年各相應名次的選手成績穩步上升，尤其是2022年上升幅度較大，說明題型不變、難度不大的情況下，選手成績逐年上升效果明顯。原因是這類題目屬于課程作業常見題型，對選手的發散思維要求不太高。

2022年將本科三維競賽題型進展了一些改革，保存裝配建模、出裝配圖題目〔該題不包含構造缺失零件〕，新增了兩道題，一是復雜組合體的讀圖、建模及生成工程圖，二是根據形體三個方向投影輪廓線構造形體并建模、繪制三視圖。從圖1可以看出，2022年，名次靠前的選手成績仍比上一年有所上升，但是80分-125分這個分數段有相當一局部選手成績相比上一年有所下降。為了分析導致分數升、降的原因，進一步研究了各個題目得分情況。

圖2分別給出了2022年三個題目的得分情況，可以看出，裝配體一題作為不變的題型，得高分的選手人數較多；而復雜組合體和根據輪廓構思形體這兩個新題型得分低的選手人數較多，詳細分析：復雜組合體題目的讀圖和建模均有一定的難度，形體包含有曲面和雙斜平面且切割方式較為復雜，而根據輪廓構思形體試題考察了建模中不同方向拉伸形體求交集的才能，屬于工程圖學思維才能中幾何相關的加工才能【1】，有一些選手不適應這兩種題型，說明讀圖理解復雜形體的才能和形象思維加工操作才能尚有待于進一步進步。

進一步理解得知，第三題題型與2022年度暑期"高教杯";全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽某題類似，需要較強的投影和構形聯想才能，一些選手審題出現偏向。2022年參賽人數159人，該題目共有65人審題正確，其中40人為事先參加過"高教杯";，沒有參加過"高教杯";選手該題審題正確的有25人。各類人數及比例如表1所示。

從本科三維競賽結果得出結論：參賽選手對于連年不變的、難度不大的題型得分率呈現逐年上升趨勢，而對于需要較強讀圖才能和發散思維才能的新題型，那么得分率較低；構形題審題正確的選手中參加過"高教杯";競賽的或教學中訓練過此類題型的選手居多。復雜組合體得分率低，說明一些參賽選手讀圖才能有待進步；根據投影輪廓構思形體題目得分不高，說明選手在構型方面的發散思維尚待進步。總之，在工程圖學的學習中，需要教師適當引導，加強根底訓練，同時培養圖學發散思維，做到根底結實、思維活潑，以適應各種題型。此外,查閱了局部試卷,發現選手根據裝配關系構造裝配體中所缺的零件一題得分并不理想,有一些錯誤和構形不佳，顯示了選手缺乏零件構造合理性、加工工藝等方面的工程知識，也應該在教學中加強。

四本科二維競賽分析

分析四年的本科組二維競賽成績，從圖三可以看出，2022年成績居于最低，詳細分析各個題目的得分情況，其中用軟件繪制工程圖的題目得高分的選手較多，該題目也是考核閱讀一般難度的零件繪制工程圖，選手們做的比擬輕松。而另外三道題得分均不理想，高分選手人數不多。比照2022年-2022年三年考題，發現2022年由二〔兩個〕投影求第三投影圖的題目含有圓柱與圓柱求交集內容，從視圖理解形體有一定難度，且是前兩屆試題中沒有出現的內容；繪制軸測圖的題目出現不對稱構造、含圓柱斜截且內部構造比擬復雜，這也是與前兩年差異較大的，理解為局部選手運用軸測圖表達形體的才能不過關，當題目要求畫的形體難度稍大時那么不適應；而讀裝配圖的題目俯視圖虛線較多，使得讀圖有一些繁瑣。

從本科二維競賽結果得出結論：參賽選手面對難度不大的零件繪制工程圖題型得分率較高，面對含有體素交集、需要幾何抽象、加工才能的組合體的題目那么得分率較低，面對含有回轉體和斜面且內部構造較復雜的形體繪制軸測圖的題目得分率也較低。這也說明一些選手構形分析才能較弱、幾何抽象才能缺乏。在工程圖學的學習中，需要結實掌握投影根底和構形分析才能，提升圖學思維素質，掌握手工繪圖以及軟件繪圖的根本技能，以適應各種題型。

五對于競賽及工程圖學教學的建議

關于學科競賽，很多學者肯定了它對教學的促進作用，陳海波、陶冶等認為圖學競賽對圖學教育教學起到了全方位的推動作用，促進了教師教學科研才能的提升【2】，楊志斌等指出學科競賽可以有效地推進課程建立和教學改革，培養和進步大學生理論和創新才能【3】。

〔1〕針對北京市大學生工程設計表達競賽，提出以下觀點。工程圖學相關競賽應該源于工程圖學教學并高于教學，競賽的要求應高于教學根本要求，在考察根本知識和根本技能的根底上，注重考察選手的圖學思維才能和創造力；大賽的定位不是考場轉移，而是課程的升華。通過競賽發現人才，同時發現教學中存在的問題，對工程圖學教學起到引導和進步作用。

〔2〕針對高等學校的工程圖學教學提出以下建議。教學應注重根底知識，投影法和構形分析是的工程圖學重要根底。投影法是貫穿整個工程圖學中始終穿的，貫徹于組合體、機械零件、裝配體的二維表達中，其中包括多面正投影及軸測投影。文獻【4】作者指出：圖學是以圖為核心、研究將形演繹到圖，由圖構造形的過程中圖的表達、產生、處理與傳播的理論及其應用的科學。所以工程圖學要注重建立工程上的形與圖的對應關系，而聯絡二維圖與三維形體的紐帶就是投影法。構形分析才能是學生讀圖理解形體的根底。競賽中反映出來的問題也說明了有些選手讀圖才能和運用軸側圖表達復雜形體的才能尚待進步，所以教學中一定要把根底打牢。

工程圖學教學應注重圖學思維才能培養和訓練，同時加強對學生發散思維的培養。一方面在教學中，教師應該起到引導作用，選擇適當的題目，講清楚構形分析方法并引導其多方位考慮，如文獻【1】中所強調的，采用表象組合訓練、發散構型訓練、完型構型訓練和表象運動訓練等方法，培養學生的工程圖學思維。另一方面應該表達在習題集中，在傳統的習題類型根底上增加一些發散構型訓練題目，培養學生的發散性構形才能，從多方向考慮、解決幾何問題、投影問題等，文獻【5】中有一些發散構形訓練題目，對于培養學生的發散性構形才能很有幫助。

徒手繪圖訓練和計算機建模、裝配、按照國標規定生成工程圖等技能訓練應貫穿工程圖學教學。徒手繪圖技能涉及到學生快速表達設計思維并進展交流的才能。參考美國的圖學教育，草圖繪制包括徒手繪圖和標準化尺寸標注，是美國工程圖學課的重點，貫穿于整個圖學教育課程。教師要求學生將三維形體用特制的方格紙(正交、軸測)按比例徒手繪制出相應的多面投影圖和軸測圖【6】。而計算機建模、裝配、按照國標規定生成工程圖是現代設計表達所必需的的技能。

教學中使用一些工程上的綜合案例，有利于培養學生創新才能、工程意識和和綜合設計才能。參考國外的圖學教育方式，碧如美國普渡大學的喻理于技，選用結合分析、加工的綜合性案例教學以及通過自主設計作業方法培養學生的創新才能等【7】