天大金课|面向机械结构创意设计的工程图学虚拟仿真实验

天津大学始终把本科教育放在核心地位，注重课程建设和课程管理。在教育部公布的首批国家级一流本科课程中，学校共有45门课程获得认定。为进一步提升课程建设质量，分享一流课程建设经验，特开辟“天大金课”专栏，让我们一起走进这些“金课”课堂吧！

课程目标

工程图学是工科专业本科生从事工程设计的启蒙课程，课程的核心目标是培养工程素养和工程设计及表达能力，为创新设计能力奠定基础。实验是课程目标达成的敲门砖，通过实验学生在各种复杂度形体的想象和实践应用中进行反复锤打百炼成钢。在教育信息化浪潮的推动下，面向机械结构创意设计的工程图学虚拟仿真实验开始建设和应用，包含内容丰富、多层次、不拘空间局限的虚拟仿真实践模块，实现了理论知识和实践设计的有机融合。

课程团队情况

面向机械结构创意设计的工程图学虚拟仿真实验是在姜杉教授的带领下，天津大学工程图学教学团队集体智慧的结晶。团队以学生为中心将一线教学经验、现代化信息手段与工程图学理论教学重点相结合，用新型教学模式营造面向新型工程教育的实践环境，让更多的学生享有更好的实践教学资源。

天津大学机械工程学院工程图学教学团队是一支坚守教学第一线，经验丰富、教学严谨，以高层次人才为基础的师资队伍。每位教师分属于不同科研群体，具有明确的科研方向，同时又是教学团队的一员。通过科研促进教学，通过教学培养优秀人才，促进教学质量的提高。为培养优质创新人才奠定良好的师资基础。团队曾获得2018年度天津市教育系统劳动竞赛示范集体称号，2020年度天津大学三八红旗集体称号。

课程建设情况

2018年6月，承担教育部国家级实验教学示范中心机械类虚拟仿真实验教学资源建设——“画法几何与机械制图”项目。目前在高等学校机械工程学科虚拟仿真实验教学共享平台网站正式运行，覆盖130个试用院校。

2019年3月，“面向机械结构创意设计的工程图学虚拟仿真实验项目” 获批2018年度国家虚拟仿真实验教学项目。本项目已在国家虚拟仿真实验教学共享平台网站正式运行，供天津大学本科生及公众免费访问。

2020年6月，工程图学虚拟仿真实验项目持续建设，给网站版实验程序加入教学管理模块，方便师生查询；目前正在开发基于安卓系统的手机App系统，给线下课堂或翻转课堂的使用提供便利。

2020年的春天，突如其来的新冠疫情打乱生活的节奏，也给各高校大学生的学习带来诸多困难，而工程图学的虚拟仿真实验让工科生在家照样做实验，获得学习强国和人民日报等主流媒体报道和点赞。

下图为学习强国、人民日报和中青在线的报道。

课程特色与创新

工程图学虚仿实验项目以图为本，以形见长，以机械结构零件单元为载体，以工程图学的三面投影投影理论、形体分析方法和装配结构基础为基本实验单元，以单一结构建立复杂形体的表达，从模仿搭建到创意设计，逐层渐进，构建多层次实验体系。

实验库中虚拟模型种类繁多，利于学生举一反三、深入浅出，从感性实验中归纳总结投影规律，很好地解决了实物数量少、形状有限，通过把基本立体迁移到复杂立体、机械结构，达到更高层次的感性认识到理性知识的飞跃。

（1）以学习者为中心，覆盖了学习者从课程初学阶段到高阶学习挑战的不同诉求，因材（学习者和知识点）施教，从三面投影到创意结构设计，学习者都能找到提高学习效果和高阶设计能力的途径。

（2）解决在线课程运行中学习者数量不断增加，与实践课程内容缺乏之间的矛盾。实现在线课程理论学习与实践学习的有机融合，提供了交互式、探究式实践项目，全面提升了工程图学在线课程的授课质量。

（3）工程图学线下课堂中，学生主动参与和交互学习的需求增加，特别是在工程图学的翻转课堂上，虚拟仿真实验提供了丰富的模型和实验方法，激发学生挑战欲和学习主动性。

学生评价

学生评价1：2019级工科实验班（机、航、能）9班

因为疫情，我们就在家里面做了一个虚拟仿真实验。这学期我们做的几个虚拟仿真实验，给我的影响其实是最大的。因为刚开始进入这个大类专业的时候，我对机械是不太感兴趣的。上学期末的时候，老师给我们讲了一些，比如那个齿轮油泵，它怎么运作的？它内部的齿轮是怎么个低压油压缩成高压油，它的运作就使我比较感兴趣。这学期，我们做了一些就是齿轮还有传送带，感觉自己的兴趣就明显的就提升了，之前我感觉就是这门学科就是很枯燥，但是现在，我觉得它很大程度上激发了我的兴趣。尤其是我看到那个传送带，就是类似那种机器传动带，脚踏车的那个传送带是差不多的，然后就非常感兴趣，我就去网上就搜了很多资料。

学生评价2：2020级工科试验班（化工能源与生命医药类）2班

我觉得工图虚仿实验十分有用。它帮助我培养立体感，让我看懂零件和零件的装配关系，还能截切和看到不同地方的剖面图。而且十分好用，操作起来比其他立体画图软件简单许多，真是太好了。

学生评价3：2020级工科试验班（化工能源与生命医药类）3班

工图虚拟仿真实验可操作性强，灵活清晰地向我展现了截切立体的截交线和相贯立体的相贯线，尤其内部的交线。通过不断练习能强化我的读图能力，也让我对其画法有更深刻的理解。而对较难的组合体来说，虚拟仿真实验让我自己去搭建和组合，能有助于我对其的学习，深化了解。

学生评价4：2020级工科试验班（化工能源与生命医药类）4班

我觉得虚拟仿真实验对我们理解零件结构还是很有帮助的，通过零件的组装以及理解练习可以对零件的构造进行更加深入的了解和学习。我印象最深的是最后各个零件装配起来的部分，有视频讲解，文字说明，课后练习，还可以通过零件的一步步组装，实际操作装配零件，通过动态的直观感受加深了我们的理解，更加地清晰明了。

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