□寇海霞 魏孔元
近年来，我国高等教育越来越重视科研反哺教学，科研的目的是解决问题和培养能力，教学在于传授知识和培养人才。将科研成果融入课堂教学，不仅能够丰富课程内容，提升教学质量，还能激发学生的科研兴趣，培养学生的创新和实践能力。机械制图系列课程是机械类专业学生的专业基础课，它不仅要求学生能够掌握基本的绘图技能，还要求其具备一定的空间想象力和解决复杂工程问题的能力。然而，随着工程技术的迅猛发展，对人才的工程素养以及创新能力提出了更高要求。据统计，82%的用人单位认为机械类毕业生须具备“从图纸反推设计意图”的能力，如通过机械图纸预判结构疲劳特性，而传统教学模式培养的学生仅能满足约30%的相关需求。与此同时，机械结构性能分析作为机械工程领域的前沿研究方向，在轨道交通、航空航天、机械制造等行业的应用日益广泛。性能分析不仅需要扎实的力学基础，更依赖于对机械结构细节的精准把握和工程图样的准确解读，这与机械制图系列课程所培养的技能高度契合，但目前两者之间的联系尚未在教学中得到充分体现
鉴于此，本文以国内工科院校机械专业学生的必修课机械制图课程为依托，以机械结构性能分析为例，将这一前沿科研领域的知识和技术引入到该课程的教学中，为学生提供一个了解现代工程技术发展趋势的窗口，激发学生创新思维，进而促进学生综合素质的发展，为学生未来的职业生涯打下坚实基础。同时，这也是推动高等教育改革、实现教研融合目标的具体实践。
课程现状分析
一、课程内容分析
调研国内部分工科高等院校面向机械专业学生开设的机械制图类课程发现，该课程均由制图基本知识、投影法、三视图、组合体、机件表达方法、零件图及装配图等内容组成，仅课程名称略有不同，如《机械制图》《画法几何及机械制图》《画法几何与机械制图》及《工程图学与实践》等。
现对该类课程内容进行分析，机械制图课程目前存在“三脱离”问题：脱离工程实际：教学内容局限于国家标准绘图规范，缺乏对图纸背后机械性能的解析；脱离先进技术：三维建模、仿真分析等科研工具无法充分融入教学，学生难以理解现代设计流程（如“模型→制图→仿真→优化”闭环）；脱离学科前沿：课程案例多采用简化零件（如轴、法兰盘），与科研项目中的复杂结构（如拓扑优化构件、复合材料装配体）脱节。
二、教学方法分析
机械制图课程的授课方式目前仍以教师课堂板书为主，多媒体课件及三维模型演示为辅。其中，教学过程板书能逐步展示作图过程，但效率较低；多媒体工具虽直观，但学生易被动接受，缺乏动手推导。课程内容注重投影理论、视图表达、尺寸标注等规范性知识，但对实际工程应用的灵活性培养不足。学生的掌握主要以习题练习为主，通过大量手工绘图作业（如几何元素的投影、立体及交线的三视图、剖视图等）强化技能，但部分作业重复性高，与现代计算机辅助设计脱节。学生普遍反映从二维到三维的转换困难，传统教学依赖静态教具（如木模），缺乏动态可视化工具支持。基于上述分析得，目前教学方法主要存在以下几点不足：
教学效率低。手工绘图耗时耗力，易陷入“为画而画”，忽视对投影原理和设计意图的理解；
与工程实践脱节。企业普遍使用CAD/三维软件（如AutoCAD、SolidWorks），但课程中软件教学往往单独开设，无法与传统制图内容深度融合；
学生主动性不足。单向讲授导致学生参与度低，尤其是抽象概念（如相贯线、截交线）难以理解时易产生厌学情绪。
科研反哺教学在画法几何与机械制图课中
的应用与实践
一、教学内容优化
基于现状分析结果，本文注重新工科背景下多学科交叉融合，按照“以学定教”的思路，实现从知识本位向能力本位转变，对教材内容进行裂变重构，将原有内容进行整合，并将机械结构性能分析研究的前沿及发展趋势“内化”，通过精心设计融入课程教学，梳理和优化教学内容。通过“找准难点—设计内容—精选案例—能力拓展”的步骤，引导学生参与关注机械结构性能分析相关的科学前沿及研究动态，实现所学知识的应用化，从而面向机械行业需求培养复合应用型人才。
二、教学方法创新
基于传统教学方法，结合智慧教学平台，在课前、课中、课后三个层面对教学方法进行改革。课前发布预习任务：通过“学习通”平台，结合教学内容，将挖掘的与其课程内容相关的科研问题及案例发布预习，引导学生自主学习，尝试寻找科研案例中与本课程学习内容的结合点和关联性；课堂讲解具体内容：课堂上通过具体科研案例的讲解与研讨，培养学生勤思考、善总结、及时发现问题并解决科学问题的能力，提升科研兴趣。另外，在教学过程中，提出与科研相关的实际问题，组织学生开展小组讨论，培养学生团队协作能力和创新思维。通过获得解决了问题的成就感，激发学生的学习兴趣和主动性；课后依然借助“学习通”平台，要求学生结合学习内容，再次寻找与课程内容相关的科研问题和案例。以此巩固课程知识在工程实际案例中的应用，培养学生从基础理论到高级应用的整体认识。
三、教学案例实践
在机械产品结构设计时开展其性能分析至关重要，通常利用有限元分析等手段，通过优化零件的形状、尺寸和材料选择，以减少产品自身重量、提高强度和耐久性。下面将以具体实例充分说明机械结构性能分析在机械制图课程中的实践与应用。
实例：L型支架是一种常见的机械产品，如图1所示。
课前安排学生利用机械制图课程知识，结合图1所示实物图，自行设计并绘制一种L型支架的零件图；课中具体讲解利用ABAQUS软件开展L型支架的力学性能分析过程（左端完全固定，上端施加2MPa压强载荷），并对该支架进行结构改
进与优化，对比分析优化前后的
力学性能变化情况；课后要求学
生对该支架继续进行不同形式的结构优化。
分析：零件图绘制。根据L型支架的实物图，结合机械制图课程相关内容，学生设计并绘制L型支架的零件图，如图2所示。
计算分析。借助AutoCAD绘制支L型架的工程图，并保存为.iges文件后导入ABAQUS软件进行三维建模，检查模型无误后进行属性、装配、分析步设置，并完成网格划分，如图4所示。
图3 L型支架的零件图
结果分析。经分析获得L型支架的应力云图，如图4所示。
图4 L型支架应力图
图4可知，最大应力为，出现在转角处，即转角处为该零件的结构最薄弱环节，直接影响着L型支架的承载能力及使用寿命。
结构优化。为提升该零件的承载能力，现利用机械制图课程的零件合理构型等部分内容，通过在L型支架的转角处分别增设倒角和添加加强筋板两种方式对其结构进行优化。优化后该零件的最大应力降低为 和，如图5和图6所示。
图5 增设倒角后L型支架的应力图
图6 添加加强筋板后L型支架的应力图
由此得出，通过在L型支架的转角处增加倒角和增添加强筋板均明显提高了该零件的承载能力，且L型支架的结构最弱环节由原来的转角处移动至通孔处。该结果与机械制图课程的理论知识完全吻合，也符合工程实际应用。
结束语
本文以西部某地方高校针对机械专业学生开设的机械制图课程为依托，基于科研反哺教学思想，结合“学习通”平台，对该课程的教学内容和教学方法进行改革，并以机械结构性能为案例，将科学研究与课程内容的融合进行了探索与实践。结果表明，将课本内容与科研案例相结合的方式，能够较好地将抽象枯燥的理论知识形象具体化，有效培养学生学习自主性和科研兴趣，使其真正具备创新及实践能力。
[本文系基金项目：兰州交通大学2025年“科研反哺教学典型案例”研究专项项目(JGY202523)]
（作者单位：寇海霞，兰州交通大学机电工程学院，甘肃 兰州730070； 魏孔元，兰州理工大学机电工程学院，甘肃 兰州730050）
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