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摘要：通过对北京市大学生工程设计表达竞赛的历届成绩数据进行统计，考察选手试卷，进行试题分析，研究了竞赛题型对于选手得分的影响，总结了竞赛中出现的若干问题并探讨了产生这些问题的原因，进而分析这些问题与工程图学教学之间的关系。指出工程设计表达竞赛应源于工程图学教学并高于教学，在考察基本知识和基本技能的基础上，注重考察选手的工程图学思维能力。同时结合竞赛总结，探索培养学生综合素质的工程图学课程的模式。提出工程图学课程教学应注重学生的基础知识的掌握、基本技能的训练，教师最好能在教学中增加一些发散构形训练环节，通过适当引导，培养学生发散思维和解决复杂几何问题的能力等；结合工程上的综合案例进行分析、演示并让学生进行实践，培养学生的工程意识、创新能力和综合设计能力，从而使得所培养的学生能够满足现代工业对人才的需求。通过竞赛总结、问题归纳及反馈，力图达到以赛促教和以赛促学的目的。
关键词：工程图学；教学研究；竞赛；发散思维；综合素质
本文引用格式：王玉慧，等.工程设计表达竞赛与图学课学生综合素质培养模式的研究[J].教育现代化,2020,7(47):20-23.
Research on Cultivation Mode of Students’Comprehensive Quality in Graphics Course through Study of Engineering Design Expressions Competition
WANG Yu-hui 1,DOU Zhong-qiang 2，LIU Jing-hua 1，XU Yi3
(1.School of Mechanical Engineering&Automation of Beihang University,Beijing;2.School of Mechanical Engineering of University of Science and Technology,Beijing;3.Beijing Graphics Society,Beijing)
Abstract:The effect of competition question type on the score of contestants in last four years’university students engineering design expressive competitions in Beijing is studied through statistics of data，investigation of contestants’examination papers and analysis of the test questions.Some problems that revealed in the competition are collected and the actual causes of them are tried to discussed.Then the relationship between these problems and engineering graphics teaching is analyzed.It is proposed that engineering design expressive competition should originate from the teaching of engineering graphics and the level of the expression should be higher than that of teaching.First,the mastery of basic knowledge and skills of contestants should be checked.And then attention should be paid to examining the thinking ability of engineering graphics of contestants by the competition.Cultivation mode of comprehensive quality of engineering graphics is exploded with summary of the competition.It is put forward that the teaching of engineering graphics should pay more attention to basic knowledge and training of basic skills.In addition,it is better for teachers to add some divergent configuration training in teaching and give some enlightenment and appropriate guidance to students for the purpose of developing students’divergent thinking and ability to solve complex geometric problems.Analysis and demonstration of comprehensive cases in engineering by teacher and letting students to practice take important task on increasing students’engineering consciousness,innovation and integrated design ability，thereby the students trained can meet the needs of modern industry.The goal of promoting teaching and learning by
competition is tried to achieve through competition summary,problem induction and feedback.
Key words:engineering graphics;teaching research;competition;divergent thinking;comprehensive quality
一 引言
北京市大学生工程设计表达竞赛由北京市教委主办、北京航空航天大学和北京图学学会承办的，已经举办了四届。参赛选手是北京地区高校学生，包括本科院校和高职院校的。竞赛分为机械类二维、三维工程设计表达，建筑类建筑设计CAD表达和数字化三维建筑创新设计类别。其中，机械类竞赛包含徒手绘图表达、二维计算机绘图表达以及三维数字建模表达等多种竞赛项目。竞赛旨在提升各高校的工程图学教学水平，锻炼了各校选手的图学思维、专业技能和团队合作能力。一些选手在竞赛中展现出了很好的空间想象力和发散思维，同时也有部分选手反映出能力上的一些薄弱环节，如读图能力稍弱，解决问题缺乏多向思维和工程意识薄弱等问题。本文尝试针对竞赛的本科机械类二维、三维试题及考试结果进行归纳总结和分析，明确后续竞赛的方向，并对于本科院校工程图学教学中学生工程图学思维[1]和综合素质培养提出若干建议。
二 本科院校竞赛内容剖析
本科组三维竞赛内容包括：给定装配体所含零件的零件图，进行三维建模、装配；根据装配体已有零件构造装配体内所缺的某个零件；阅读复杂组合体的视图并进行三维建模、绘制二维视图；根据形体三个方向投影轮廓构思形体并建模、出图。
三维竞赛考察的能力为：读图理解形体的能力，采用三维软件进行建模、装配和依据制图国家标准出图的能力，开放性构形思维能力。本科组二维竞赛内容包括：给定零件轴测图和尺寸，用二维绘图软件绘制零件的二维工程图；给出组合体的两个视图，绘制其第三个视图；绘制组合体的某倾斜面实形图并绘制组合体轴测图（允许徒手绘图）；读装配图，拆画指定零件的零件图（允许徒手绘图）。二维竞赛考察的能力为：读图理解形体和绘制形体正投影图的能力；徒手绘制轴测草图和采用二维软件依据制图国家标准绘制工程图的能力。
三本科三维竞赛成绩分析
将2015年-2018年四年的参赛选手得分按降序排列，由于每年参赛人数不同，现取出每年的前101名选手的成绩，绘制分数折线，如图1所示。2015年-2017年的三维题目包含装配体零件三维建模、装配和生成装配图，根据装配体已有零件构造缺少的零件等内容，连续三年的题型没有变化，题目主要考察一般难度的零件建模、装配体建模、生成装配图以及根据装配关系构造零件的能力，难度不是很大。对比选手得分情况，从图1可看出：2015、2016、2017三年各相应名次的选手成绩稳步上升，尤其是2017年上升幅度较大，说明题型不变、难度不大的情况下，选手成绩逐年上升效果明显。原因是这类题目属于课程作业常见题型，对选手的发散思维要求不太高。
2018年将本科三维竞赛题型进行了一些改革，保留装配建模、出装配图题目（该题不包含构造缺失零件），新增了两道题，一是复杂组合体的读图、建模及生成工程图，二是根据形体三个方向投影轮廓线构造形体并建模、绘制三视图。从图1可以看出，2018年，名次靠前的选手成绩仍比上一年有所上升，但是80分-125分这个分数段有相当一部分选手成绩相比上一年有所下降。为了分析导致分数升、降的原因，进一步研究了各个题目得分情况。
图2分别给出了2018年三个题目的得分情况，可以看出，装配体一题作为不变的题型，得高分的选手人数较多；而复杂组合体和根据轮廓构思形体这两个新题型得分低的选手人数较多，具体分析：复杂组合体题目的读图和建模均有一定的难度，形体包含有曲面和双斜平面且切割方式较为复杂，而根据轮廓构思形体试题考察了建模中不同方向拉伸形体求交集的能力，属于工程图学思维能力中几何相关的加工能力[1]，有一些选手不适应这两种题型，说明读图理解复杂形体的能力和形象思维加工操作能力尚有待于进一步提高。
进一步了解得知，第三题题型与2018年度暑期“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某题类似，需要较强的投影和构形联想能力，一些选手审题出现偏差。2018年参赛人数159人，该题目共有65人审题正确，其中40人为事先参加过“高教杯”，没有参加过“高教杯”选手该题审题正确的有25人。各类人数及比例如表1所示。
从本科三维竞赛结果得出结论：参赛选手对于连年不变的、难度不大的题型得分率呈现逐年上升趋势，而对于需要较强读图能力和发散思维能力的新题型，则得分率较低；构形题审题正确的选手中参加过“高教杯”竞赛的或教学中训练过此类题型的选手居多。复杂组合体得分率低，说明一些参赛选手读图能力有待提高；根据投影轮廓构思形体题目得分不高，表明选手在构型方面的发散思维尚待提高。总之，在工程图学的学习中，需要教师适当引导，加强基础训练，同时培养图学发散思维，做到基础牢固、思维活跃，以适应各种题型。此外,查阅了部分试卷,发现选手根据装配关系构造装配体中所缺的零件一题得分并不理想,有一些错误和构形不佳，显示了选手缺乏零件结构合理性、加工工艺等方面的工程知识，也应该在教学中加强。
四本科二维竞赛分析
分析四年的本科组二维竞赛成绩，从图三可以看出，2017年成绩居于最低，具体分析各个题目的得分情况，其中用软件绘制工程图的题目得高分的选手较多，该题目也是考核阅读一般难度的零件绘制工程图，选手们做的比较轻松。而另外三道题得分均不理想，高分选手人数不多。对比2015年-2017年三年考题，发现2017年由已知二（两个）投影求第三投影图的题目含有圆柱与圆柱求交集内容，从视图理解形体有一定难度，且是前两届试题中没有出现的内容；绘制轴测图的题目出现不对称结构、含圆柱斜截且内部结构比较复杂，这也是与前两年差异较大的，理解为部分选手运用轴测图表达形体的能力不过关，当题目要求画的形体难度稍大时则不适应；而读装配图的题目俯视图虚线较多，使得读图有一些繁琐。
从本科二维竞赛结果得出结论：参赛选手面对难度不大的零件绘制工程图题型得分率较高，面对含有体素交集、需要几何抽象、加工能力的组合体的题目则得分率较低，面对含有回转体和斜面且内部结构较复杂的形体绘制轴测图的题目得分率也较低。这也说明一些选手构形分析能力较弱、几何抽象能力不足。在工程图学的学习中，需要牢固掌握投影基础和构形分析能力，提升图学思维素质，掌握手工绘图以及软件绘图的基本技能，以适应各种题型。
五 对于竞赛及工程图学教学的建议
关于学科竞赛，很多学者肯定了它对教学的促进作用，陈海波、陶冶等认为图学竞赛对图学教育教学起到了全方位的推动作用，促进了教师教学科研能力的提升[2]，杨志斌等指出学科竞赛能够有效地推进课程建设和教学改革，培养和提高大学生实践和创新能力[3]。
（1）针对北京市大学生工程设计表达竞赛，提出以下观点。工程图学相关竞赛应该源于工程图学教学并高于教学，竞赛的要求应高于教学基本要求，在考察基本知识和基本技能的基础上，注重考察选手的图学思维能力和创造力；大赛的定位不是考场转移，而是课程的升华。通过竞赛发现人才，同时发现教学中存在的问题，对工程图学教学起到引导和提高作用。
（2）针对高等学校的工程图学教学提出以下建议。教学应注重基础知识，投影法和构形分析是的工程图学重要基础。投影法是贯穿整个工程图学中始终穿的，贯彻于组合体、机械零件、装配体的二维表达中，其中包括多面正投影及轴测投影。文献[4]作者指出：图学是以图为核心、研究将形演绎到图，由图构造形的过程中图的表达、产生、处理与传播的理论及其应用的科学。所以工程图学要注重建立工程上的形与图的对应关系，而联系二维图与三维形体的纽带就是投影法。构形分析能力是学生读图理解形体的基础。竞赛中反映出来的问题也说明了有些选手读图能力和运用轴侧图表达复杂形体的能力尚待提高，所以教学中一定要把基础打牢。
工程图学教学应注重图学思维能力培养和训练，同时加强对学生发散思维的培养。一方面在教学中，教师应该起到引导作用，选择适当的题目，讲清楚构形分析方法并引导其多方位思考，如文献[1]中所强调的，采用表象组合训练、发散构型训练、完型构型训练和表象运动训练等方法，培养学生的工程图学思维。另一方面应该体现在习题集中，在传统的习题类型基础上增加一些发散构型训练题目，培养学生的发散性构形能力，从多方向思考、解决几何问题、投影问题等，文献[5]中有一些发散构形训练题目，对于培养学生的发散性构形能力很有帮助。
徒手绘图训练和计算机建模、装配、按照国标规定生成工程图等技能训练应贯穿工程图学教学。徒手绘图技能涉及到学生快速表达设计思维并进行交流的能力。参考美国的图学教育，草图绘制包括徒手绘图和标准化尺寸标注，是美国工程图学课的重点，贯穿于整个图学教育课程。教师要求学生将三维形体用特制的方格纸(正交、轴测)按比例徒手绘制出相应的多面投影图和轴测图[6]。而计算机建模、装配、按照国标规定生成工程图是现代设计表达所必需的的技能。
教学中使用一些工程上的综合案例，有利于培养学生创新能力、工程意识和和综合设计能力。参考国外的图学教育方式，碧如美国普渡大学的喻理于技，选用结合分析、加工的综合性案例教学以及通过自主设计作业方法培养学生的创新能力等[7],美国、日本的工程图学教育和CDIO工程教育理念都强调培养学生的能力和素质[8]。值得借鉴。《工程图学》课程应深化教学改革，应该而使得所培养的学生能够满足现代工业对人才的需求。
六结束语
北京市大学生工程设计表达竞赛经过四年的摸索与实践，逐渐形成了一个有特色的竞赛体系，通过竞赛发现人才、发现问题，通过总结、思考，给工程图学教学提出一些建议，从而促进教学的改革与发展。
参考文献
[1]毛昕.工程图学教学思想与方法[M].北京:清华大学出版社,2015,17-68.
[2]陈海波,陶冶,吴慕春,等.图学竞赛对图学教学改革和创新的推动[J].图学学报,2018,39(1):164-168.
[3]杨志斌,赵昕.学科竞赛促进教学改革与创新能力培养[J].实验室科学,2018,21(5):238-240.
[4]中国图学学会.2012-2013图学学科发展报告[R].北京:中国科学技术出版社,2014,3-4.
[5]陈炽坤,窦忠强,和丽.工业产品设计与表达习题集[M].北京:高等教育出版社,2009,180-182.
[6]朱科钤,刘善淑,丁建宁，等.美国教授图学课程短期授课的实践及启示[J].图学学报,2015,36(4):622-625.
[7]朱科钤,ACHESONDouglas,袁惠新,等,美国普渡大学印第安纳波利斯分校工程图学系列课程的深度观察[J].图学学报,2017,10,38(5)：767-771.
[8]梁瑛娜,国外工程图学教育及CDIO理念对我国图学教育改革的启迪[J].教育教学论坛,2015,26,65-66.
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