1. 引言
在数字技术与制造业深度融合的浪潮中，《中国制造2025》对工程技术人才的数字化能力、工程实践能力及创新能力提出更高要求[1]。《工程制图》作为工科专业的核心基础课程，是培养学生空间想象、工程图纸解读与绘制能力的关键载体，其教学质量直接影响后续专业学习与工程实践能力养成。然而，传统教学存在显著短板：教学内容与行业需求脱节，多聚焦通用制图知识，缺乏钒钛冶金、高端装备制造等特定领域的针对性讲解；教学手段单一，依赖黑板板书与静态课件，难以直观呈现复杂零部件的三维结构与装配关系；评价方式固化，以期末考试为主，忽视对学生数字化工具应用与工程问题解决能力的考核[2]-[5]。
与此同时，工程教育专业认证所强调的“以学生为中心、以成果为导向、持续改进”理念，要求课程设置必须对接毕业要求，聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养[3]。在此背景下，借助数字化技术重构《工程制图》课程体系，实现“数字化工具赋能 + 工程化实践落地”的双重突破，成为高等工科院校课程改革的重要课题[6]。
成果导向教育(OBE)以“预期学习成果”为核心，通过反向设计课程体系、教学内容与评价方式，确保各教学环节均服务于能力目标达成，并依托持续改进机制动态优化教学；CDIO工程教育理念则以“构思–设计–实现–运行”的工程全生命周期为载体，强调通过真实工程任务驱动，实现工程知识、实践技能与创新思维的整合培养[7]-[9]。本研究以攀枝花学院钒钛学院2024级《工程制图》课程改革为实践载体，将两大理论深度融入教学模式：一方面，对接OBE理论，以钒钛行业对工程制图的核心能力需求(如钒钛零件图纸解读、数字化工具应用)为预期成果，反向设计“钒钛行业制图专题”教学内容与“钒钛零件数字化资源库”，并通过多维度评价与反馈实现持续改进；另一方面，融入CDIO理念，以“钒钛零件数字化制图”真实项目为驱动，引导学生完成从零件需求构思、三维建模设计，到3D打印实现、虚拟生产运行的全流程实践，在闭环教学中培养综合工程能力。本文从资源建设、教学模式、评价体系三方面展开改革探索，为工程教育数字化转型提供实践参考。
2. 研究目的与意义
2.1. 研究目的
本研究聚焦数字化转型与工程教育专业认证双重背景，以《工程制图》课程为研究对象，旨在实现三大目标：
提升师生数字素养：通过数字化工具培训(如CAD/AutoCAD高级应用、SolidWorks三维建模、虚拟仿真软件操作)与资源应用，弥补教师数字化教学技能短板，培养学生利用数字技术获取知识、解决工程问题的能力；
强化教育技术工程化应用：整合虚拟仿真、在线学习平台等数字化资源，构建“理论 + 仿真 + 实践”的工程化教学体系，使教学内容对接钒钛行业实际需求，满足工程教育专业认证对“现代工具应用能力”、“工程实践能力”的要求；
构建以学生为中心的教学模式：依托学习通、在线绘图平台等工具，实现“课前自主学习 + 课中互动实践 + 课后拓展提升”的闭环教学，激发学生学习主动性，培养其创新思维与团队协作能力[5]-[9]。
2.2. 研究意义
2.2.1. 理论意义
本研究丰富了“数字化技术与工程教育融合”的理论体系：一方面，突破传统《工程制图》课程“重理论、轻实践”的研究范式，建立“数字化资源–工程化实践–能力化评价”的课程改革框架；另一方面，探索“行业特色 + 课程改革”的融合路径，为特定领域(如钒钛冶金)工科课程的数字化改革提供理论支撑，填补现有研究中“通用课程改革多、行业特色课程改革少”的空白。
2.2.2. 实践意义
从实践层面看，本研究的价值体现在三方面：
对学生：通过工程化项目实践(如钒钛冶炼相关设备零件绘图、虚拟装配仿真)与学科竞赛参与，提升学生数字化绘图能力与工程问题解决能力，增强其就业竞争力；
对教师：通过数字化教学能力培训与行业企业调研，打造“数字化 + 工程化”双能型教学团队，推动教师从“知识传授者”向“工程实践引导者”转型；
对院校：形成可推广的《工程制图》课程数字化改革方案，为工程教育专业认证提供课程层面的实践案例，助力院校实现“以认证促改革、以改革提质量”的发展目标。
3. 研究内容与方法
本研究采用“理论分析–资源建设–实践验证–总结优化”的研究路径，结合文献研究法、行动研究法、案例分析法，从数字化资源建设、教学模式创新、教师能力提升三方面展开改革实践。
3.1. 数字化教学资源的工程化建设
数字化资源是课程改革的基础支撑。本研究围绕“钒钛行业特色 + 工程化实践需求”，构建“三类资源库”，实现教学资源与行业需求的深度对接：
3.1.1. 虚拟仿真资源库
联合攀枝花本地钒钛企业，开发“钒钛设备制图虚拟仿真模块”，包含三大子模块：
零件绘图仿真：基于SolidWorks构建钛合金板材加工件、钒电池极板等典型钒钛零件的三维模型，学生可通过虚拟操作完成“二维草图绘制–三维建模–工程图转化”的全流程练习，直观理解复杂零件的结构特征；
装配仿真：模拟钒钛冶金设备(如高炉热风炉、钛白粉生产反应釜)的装配过程，学生通过虚拟拆解与装配，掌握工程图纸中“装配关系标注”、“公差配合要求”的实际应用；
故障诊断仿真：设置钒钛设备图纸常见错误(如尺寸标注缺失、形位公差不合理)的虚拟场景，学生通过“图纸找茬”；“错误修正”，提升工程图纸解读与质量把控能力。
3.1.2. 在线学习资源库
依托中国大学MOOC、学习通平台，整合“基础 + 进阶 + 特色”三类在线资源：
基础资源：筛选优质《工程制图》微课视频(CAD基础操作、投影原理讲解)、电子教材与习题集，满足学生课前自主学习需求；
进阶资源：开发“数字化绘图技巧”专题课程(CAD快捷键应用、三维建模高效方法)，帮助学生提升数字化工具应用效率；
特色资源：上传攀枝花钒钛企业真实工程图纸(钛阳极零件图、钒渣处理设备装配图)、企业工程师专题讲座视频，使学生了解行业最新制图标准与实践需求。
3.1.3. 在线练习与评价资源库
搭建“《工程制图》数字化练习平台”，嵌入三类练习任务：
基础练习：自动生成二维草图、三视图补画等基础题目，支持学生实时作答与系统自动批改；
工程化练习：设置“钒钛零件绘图任务”(给定钛合金零件参数，完成二维工程图绘制)，学生提交作品后，教师可在线批注、评分，并生成班级错题分析报告；
竞赛备赛练习：整理“中国大学生机械工程创新创意大赛”历年真题，提供仿真竞赛环境，助力学生备赛。
3.2. 工程化教学模式创新
基于以学生为中心的理念，本研究构建“四段式”工程化教学模式，实现“理论学习–数字仿真–工程实践–创新拓展”的循序渐进。
3.2.1. 课前：自主学习与任务驱动
教师通过学习通发布“预习任务包”，包含：
知识预习：在线微课视频(如“三视图投影原理”)、电子教材章节，学生完成预习后需提交“知识点疑问清单”；
数字工具预习：简单的CAD操作任务(如“绘制矩形并标注尺寸”)，学生上传操作截图，教师提前掌握学生工具应用基础；
工程任务预告：发布下次课的工程化任务(如“钛合金板材零件绘图”)，明确任务要求与评价标准，引导学生提前查阅钒钛行业相关资料。
3.2.2. 课中：互动实践与工程化探究
课堂教学采用“15分钟理论精讲 + 30分钟仿真实践 + 20分钟小组研讨”的时间分配，聚焦工程化能力培养：
理论精讲：针对学生预习中的疑问，结合钒钛企业案例讲解核心知识点(如“钒钛零件的公差标注要求”)；
仿真实践：学生通过虚拟仿真平台完成工程化任务(如“钛电池极板三维建模”)，教师实时巡视，针对学生操作问题进行一对一指导；
小组研讨：以4~5人为一组，围绕“钒钛设备图纸优化方案”展开讨论(如“如何改进反应釜零件图纸，提升装配效率”)，每组推选代表分享成果，教师与企业工程师(线上参与)共同点评。
3.2.3. 课后：拓展实践与反馈优化
拓展任务：布置“工程化拓展作业”，如“基于钒钛冶炼设备图纸，完成三维装配仿真并生成优化建议报告”，学生通过在线平台提交作品；
反馈优化：教师结合平台数据(如作业完成率、正确率)与学生反馈，调整下次课的教学内容与节奏；同时，建立“学生反馈–教师改进”的闭环机制，每两周开展一次线上问卷调研，收集学生对教学资源、教学方法的意见。
3.2.4. 竞赛：成果转化与能力提升
建立“课程学习–竞赛备赛–成果输出”的衔接机制：
选拔机制：从在校学生中筛选数字化绘图能力强、创新意识足的学生，组建学科竞赛备赛小组；
专项指导：安排教师每周开展1次竞赛辅导，结合钒钛行业特色设计备赛题目(如“钒钛冶金设备创新设计与绘图”)，训练学生“工程问题分析–图纸设计–方案陈述”的综合能力；
成果转化：将竞赛中的优秀作品(如创新型钒钛零件图纸)纳入课程案例库，实现“以赛促学、以赛促教”。
3.3. 教师数字能力与工程化教学能力提升
教师是课程改革的实施主体，其数字素养与工程化教学能力直接影响改革成效。本研究通过“培训 + 调研 + 实践”三维模式，提升教师综合能力。
3.3.1. 数字化教学能力培训
内部培训：每学期开展2次数字化工具实操培训，邀请校内相关专家主讲“CAD高级功能应用”、“虚拟仿真软件开发”、“在线平台数据统计与分析”等内容，培训后通过“实操考核 + 教学案例设计”检验效果；
外部交流：选派1~2名骨干教师参加全国性“工程制图数字化教学研讨会”(如2024中国机械工程学会年会)与“工程教育专业认证与专业课程建设”专题研讨会，学习西南科技大学、昆明理工大学等同类院校的改革经验，形成学习报告并在教研组内分享。
3.3.2. 行业调研与实践
组织教师赴攀枝花钒钛企业开展调研，具体内容包括：
需求调研：与企业工程师座谈，了解钒钛行业对《工程制图》课程的能力需求(如“数字化绘图标准”、“设备图纸解读重点”)；
资源收集：收集企业真实工程图纸、生产工艺文件，为课程资源建设提供素材；
实践体验：安排教师参与企业短期实践(如“钒钛设备图纸审核”)，提升工程实践能力，确保教学内容与行业实际接轨。
3.3.3. 教学实践与反思
教师每学期至少使用1项新数字化资源(如虚拟仿真模块、在线练习平台)开展教学，并完成“教学反思报告”，内容包括：
数字化资源的应用效果(如学生参与度、学习成绩变化)；工程化教学任务的实施难点及改进措施；后续教学优化方向等。
4. 实践案例与改革成效
本研究以攀枝花学院钒钛学院2024级《工程制图》课程为实践对象，共覆盖冶金工程、材料成型及控制工程、新能源材料与器件、新能源科学与工程等专业，共计300名学生、4名授课教师，改革周期为2024年9月至2025年7月。通过“资源建设–模式创新–能力提升”的系统改革，取得显著成效。
4.1. 学生课程满意度与学习主动性提高
问卷星平台问卷调研(回收有效问卷288份)显示：改革后学生对《工程制图》课程的满意度从改革前的65%提升至90%，其中“对数字化资源实用性的满意度”达92%，“对工程化任务趣味性的满意度”达88%。同时，学生课前自主学习率(如微课视频观看率、预习任务完成率)从改革前的45%提升至82%，课堂互动参与度(如小组研讨发言、仿真实践操作)提升50%，表明以学生为中心的教学模式有效激发了学生的学习主动性。
4.2. 学生数字化能力与工程实践能力增强
从考核数据来看：改革后学生数字化工具操作考核(如CAD绘图速度、SolidWorks建模质量)的平均分从65分提升至78分，合格率达100%。在“2025年铸造工艺设计赛全国总决赛”中，学生获国家级二等奖1项，国家级三等奖3项，实现学校在该领域国家级竞赛的突破。
5. 结论与展望
5.1. 研究结论
本研究以攀枝花学院钒钛学院《工程制图》课程为实践载体，探索数字化转型背景下课程的工程化改革路径，得出以下结论：
数字化资源是改革的基础：整合“虚拟仿真 + 在线学习 + 练习评价”三类数字化资源，能够有效解决传统教学中“抽象知识难理解、工程实践难落地”的问题，实现教学内容与钒钛行业需求的深度对接；
工程化教学模式是核心：构建“课前自主学习 + 课中互动实践 + 课后拓展提升 + 竞赛成果转化”的四段式教学模式，能够激发学生学习主动性，培养其数字化能力与工程实践能力，符合以学生为中心的工程教育理念；
教师能力提升是关键：通过“培训 + 调研 + 实践”的三维模式提升教师数字素养与工程化教学能力，能够为课程改革提供持续动力，实现“教师转型–课程升级–学生受益”的闭环。
5.2. 未来展望
尽管本研究取得阶段性成效，但仍存在可优化空间。未来将从三方面深化改革，进一步推动《工程制图》课程与数字化转型、工程教育认证的深度融合。
5.2.1. 引入人工智能(AI)辅助教学，实现个性化学习精准赋能
当前课程数字化资源已具备“基础练习自动批改”、“学习数据统计”等功能，但在“个性化学习路径规划”、“精准问题诊断”方面仍有不足。未来将联合教育技术企业，开发AI辅助教学模块：
AI学情分析：基于学生在线练习数据(如答题时长、错误类型、工具操作轨迹)，构建“学生能力画像”，自动识别学生在“空间想象”、“数字化绘图”、“工程案例分析”等维度的薄弱环节，生成个性化学习建议(如“推荐学习‘三维建模复杂结构拆解’微课”、“加强‘形位公差标注’练习”)；
AI虚拟助教：开发智能问答机器人，集成《工程制图》核心知识点(如投影规律、制图标准)、数字化工具操作指南(如CAD常见问题解决方案)，支持学生24小时在线咨询，实时解答学习疑问；
AI创新辅助：在工程化项目实践中，引入AI设计辅助工具，如基于钒钛零件特征的“参数化建模推荐系统”，为学生提供零件结构优化建议，引导学生从“图纸绘制者”向“工程创新者”转型。
5.2.2. 深化跨学科融合，构建“工程制图+”课程体系
《工程制图》作为工科基础课程，其应用场景覆盖机械、材料、冶金、自动化等多个领域。未来将打破学科壁垒，构建“工程制图+”跨学科课程模块：
“工程制图 + 钒钛材料”模块：联合材料专业教师，开发“钛合金零件热处理工艺与制图标注”专题内容，使学生理解“材料性能对图纸公差要求的影响”(如钛合金高温变形特性对装配间隙标注的要求)；
“工程制图 + 智能制造”模块：结合自动化专业“工业机器人”、“CAD/CAM集成技术”课程，增加“机器人抓取零件图纸设计”、“3D打印模型工程图转化”等实践任务，对接智能制造领域对“数字化图纸与生产流程衔接”的需求；
跨学科项目实践：组织机械、材料、自动化专业学生组建跨学科团队，开展“钒钛智能装备数字化设计”项目，从“需求分析–图纸设计–仿真验证–生产对接”全流程完成项目，培养学生跨学科协作与系统工程思维。
5.2.3. 推动产教深度融合，建立“企业–院校”协同育人长效机制
现有改革虽已引入企业资源(如真实图纸、工程师点评)，但在“企业参与课程设计、实践评价”方面仍需加强。未来将从两方面完善产教融合机制：
企业参与课程标准制定：邀请企业的工程技术专家加入课程建设委员会，共同修订《工程制图》课程标准，将行业最新制图标准(如钒钛设备数字化孪生建模要求)、企业岗位能力需求(如工程图纸审核能力)纳入课程目标；
企业参与教学评价：在课程考核中引入“企业评价环节”，如学生完成的“钒钛零件绘图项目”需经企业工程师审核打分，评价结果纳入课程总成绩，确保学生能力培养与企业岗位需求无缝对接。
5.2.4. 应对挑战与策略
在深化改革过程中，需重点关注并解决以下挑战：
技术迭代挑战：数字化工具(如虚拟仿真软件、AI教学系统)更新速度快，需建立“教师技术跟踪与培训机制”，每学期开展1次数字化技术前沿讲座，选派教师参与企业技术培训，确保教学技术与行业同步；
资源维护挑战：跨学科资源、AI辅助模块的开发与维护需持续投入，计划申请“四川省本科高校课程思政示范项目”、“校级数字化教学改革专项基金”，保障资源迭代资金；
学生适应挑战：AI辅助教学、跨学科项目对学生自主学习能力要求较高，将通过“分层教学”(为基础薄弱学生提供基础技能强化辅导)、“项目导师制”(为跨学科项目配备企业 + 院校双导师)，帮助学生逐步适应改革要求。
基金项目
攀枝花学院2024年度校级人才培养和教学改革项目：数字化转型和专业认证视域下“以学生为中心”教育教学方法研究——以《工程制图》课程为例(项目编号：JJ24052)。