基于卓越工程師計(jì)劃的化工制圖課程體系的構(gòu)建

曹喜承　王妍　郭鳳

摘 要：文章從化工制圖課程體系改革的必要性出發(fā)，闡述了國內(nèi)其他高校制圖課程設(shè)置現(xiàn)狀，比較分析了中美高校圖學(xué)課程的差異，并構(gòu)建了基于卓越工程師計(jì)劃的化工制圖課程體系。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；化工制圖；課程體系

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2014）10-0021-03

制圖課程是我國工科高等院校各專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課之一。但部分交叉學(xué)科是跨行業(yè)的組合，要求該專業(yè)的學(xué)生要具備兩個(gè)院系的基礎(chǔ)知識，例如過程裝備與控制工程專業(yè)，既屬于機(jī)械領(lǐng)域，但同時(shí)又服務(wù)于過程工業(yè)。該類專業(yè)早期的教學(xué)計(jì)劃按照全國制定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，始終采用機(jī)械制圖教材講解，但隨著時(shí)代的變遷，專業(yè)范圍的細(xì)化和專業(yè)課程的整合等等因素，這樣的課程設(shè)置不能更好地服務(wù)于專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，課程體系的調(diào)整迫在眉睫。

一、化工制圖課程體系改革的必要性

（一）培養(yǎng)卓越工程師的需要

教育部2010年向全國以工科為主要辦學(xué)特點(diǎn)的大學(xué)推出了卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃，東北石油大學(xué)以黑龍江省重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)、黑龍江省重點(diǎn)學(xué)科——過程裝備與控制工程專業(yè)為試點(diǎn)參與該計(jì)劃。卓越工程師培訓(xùn)著力提高工程意識、工程素質(zhì)和工程創(chuàng)新能力，通過高校和行業(yè)、企業(yè)合作，培養(yǎng)創(chuàng)新型的卓越性工程師。而工程圖學(xué)作為理工科院校一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，通過教授繪制和閱讀工程圖樣的原理和方法，為低年級學(xué)生建立必要的工程意識和專業(yè)基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)形象思維能力起著無可替代的作用。因此，需要對這門課程進(jìn)行改革、探索與實(shí)踐，努力通過多途徑的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生必備的工程素質(zhì)，為處理后續(xù)課程中遇到的工程問題打下基礎(chǔ)。并將創(chuàng)新思維方式、實(shí)踐能力、科學(xué)道德、敬業(yè)精神和合作精神的培養(yǎng)融入教學(xué)過程，以滿足工程意識強(qiáng)和專業(yè)基礎(chǔ)寬厚的高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求。

（二）學(xué)科建設(shè)發(fā)展的需要

在學(xué)校原有的機(jī)械制圖教學(xué)中，該專業(yè)始終與機(jī)械類其他專業(yè)同時(shí)開設(shè)機(jī)械制圖課程，所用教材與授課內(nèi)容與機(jī)械類專業(yè)完全一致，沒有體現(xiàn)鮮明的專業(yè)特色。工程圖學(xué)是一門與工程實(shí)際緊密聯(lián)系的課程，對過程裝備與控制工程專業(yè)的學(xué)生要求更高，需要他們在掌握工程制圖標(biāo)準(zhǔn)和各種機(jī)械工程圖樣表示方法的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該學(xué)習(xí)化工設(shè)備圖的相關(guān)內(nèi)容，如：壓力容器等典型設(shè)備的繪制方法，化工工藝流程圖、化工設(shè)備和管道布置圖的繪制方式，以及容器中焊接結(jié)構(gòu)、圖示特點(diǎn)和簡化畫法等國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。另外，作為機(jī)械類專業(yè)的制圖課程應(yīng)該走在知識的前沿，改變過去以二維機(jī)械圖作為全部教學(xué)內(nèi)容的傳統(tǒng)教學(xué)體系，增加以三維機(jī)械圖為主的制圖教學(xué)結(jié)構(gòu)，這是知識發(fā)展的需要，社會(huì)發(fā)展的需求，三維機(jī)械制圖教學(xué)內(nèi)容的添加也勢在必行。

二、國內(nèi)其他高校制圖課程設(shè)置現(xiàn)狀

在國內(nèi)，過程裝備與控制工程專業(yè)的前身是化工機(jī)械專業(yè)，成立于1951年。在成立之初，由國內(nèi)和蘇聯(lián)專家統(tǒng)一調(diào)查研究后制訂教學(xué)計(jì)劃，總體結(jié)構(gòu)沿用至今，幾十年變化不大[1]，基本上都以表述的方式講解各個(gè)部分的知識點(diǎn)，內(nèi)容闡述非常詳盡，表達(dá)準(zhǔn)確。一般在大學(xué)第一學(xué)年兩個(gè)學(xué)期分別進(jìn)行畫法幾何和機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)，例如，浙江大學(xué)是在上學(xué)期開設(shè)工程圖學(xué)，下學(xué)期開設(shè)機(jī)械制圖及CAD基礎(chǔ)；大連理工大學(xué)也是在兩個(gè)學(xué)期分別開設(shè)畫法幾何與制圖（一）和畫法幾何與制圖（二）課程。雖然課程名稱不同，但具體內(nèi)容變化不大。隨著時(shí)代的變遷、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各大學(xué)在第三學(xué)年按學(xué)生專業(yè)課程的深入情況，分別增加計(jì)算機(jī)輔助CAD課程的學(xué)習(xí)，例如，浙江大學(xué)在下學(xué)期開設(shè)過程裝備CAD課程；大連理工大學(xué)在第二學(xué)期開設(shè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）課程。

三、中美高校圖學(xué)課程的比較分析

（一）課程內(nèi)容表現(xiàn)形式的差異

美國圖學(xué)教育體現(xiàn)了一定的時(shí)代氣息，各部分均以工程設(shè)計(jì)和制造這一環(huán)節(jié)為出發(fā)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)課程的實(shí)際意義，例如，作為工程制圖課程都要講述手繪草圖。我國目前的教科書中基本上是用直線和圓進(jìn)行講解、示例和練習(xí)，而在美國大學(xué)同類內(nèi)容中，是應(yīng)用手繪草圖方式進(jìn)行設(shè)計(jì)公司標(biāo)志等實(shí)際物品；進(jìn)入幾何作圖后，需要繪制各種線和圖形，美國高校讓學(xué)生采用優(yōu)美的曲線設(shè)計(jì)燈或者裝飾墻等[2]。這種從實(shí)際的事物出發(fā)，肯定更能引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，并使學(xué)生深切地感受到知識的應(yīng)用之處。

對比兩國高校在課程內(nèi)容講述方面，美國教師講授的內(nèi)容詳盡度肯定不如我國，但由于他們更多的時(shí)間是交給學(xué)生，布置實(shí)用性較強(qiáng)的作業(yè)，使學(xué)生完成作業(yè)的同時(shí)也增加自主學(xué)習(xí)的興趣。對比而言，我國大多數(shù)高校采用的教材在作業(yè)內(nèi)容上比較單一，主要是針對相應(yīng)的知識點(diǎn)一對一出題，沒有讓學(xué)生清楚地知道學(xué)習(xí)這些內(nèi)容的實(shí)際意義。

（二）課程內(nèi)容設(shè)置的異同

1.軟件學(xué)習(xí)。課程內(nèi)容方面與國內(nèi)教材相比，基本的章節(jié)設(shè)置幾乎無異，但局部內(nèi)容的差異卻體現(xiàn)出了課程主題思想的不同。

美國高校教材在緒論之后便開始向?qū)W生介紹計(jì)算機(jī)三維制圖軟件[3]，這樣在陸續(xù)的課程內(nèi)容中基本采用實(shí)體建模的方式學(xué)習(xí)。這樣做最大的益處是形象生動(dòng)、便于理解和掌握。尤其在學(xué)習(xí)截交線和相貫線部分，國內(nèi)教材闡述得非常詳盡，習(xí)題量很大，但此處還是學(xué)生掌握最不好的地方，原因在于截切和相貫體的想象困難?？蓪τ诿绹咝＝滩模藭r(shí)已經(jīng)讓學(xué)生掌握了立體的構(gòu)形，完全可以通過計(jì)算機(jī)建模后運(yùn)用交叉集的操作形成截交線和相貫線，通過三維造型非常容易接受。

對于計(jì)算機(jī)繪圖軟件，我國大部分高校仍然是學(xué)習(xí)Auto CAD等二維制圖軟件，開設(shè)三維CAD課程的院校才開始有增多的勢頭。相信三維軟件應(yīng)該能夠激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，進(jìn)一步開拓他們的想象空間。

2.手繪草圖訓(xùn)練。在第二章節(jié)中，美國高校教材充分強(qiáng)調(diào)手工草圖繪制能力的培養(yǎng)，這是由于草圖主要用于勾畫自己的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)之后才能根據(jù)草圖形成二維圖形或三維模型。并且在視圖繪制、軸測圖和剖視圖中都有手繪草圖的練習(xí)。endprint

關(guān)于手繪草圖在國內(nèi)教材中沒有足夠重視，各類教材的作業(yè)中體現(xiàn)得也不多。

3.畫法幾何內(nèi)容。對于畫法幾何內(nèi)容，國內(nèi)大部分教材在對其逐年刪減[4]，美國高校教材更加淡化畫法幾何部分。不過對此日本東京大學(xué)的鈴木教授在第五屆日中圖學(xué)教育研討會(huì)上曾提出異議，稱畫法幾何沒有過時(shí)。

（三）課程學(xué)習(xí)方式的比較

1.自學(xué)為主，實(shí)踐性為首的學(xué)生學(xué)習(xí)方式。美國高校屬于學(xué)分制，管理機(jī)制比較完善，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性強(qiáng)。但最主要的是他們一直提倡的是自學(xué)為主，實(shí)踐性為首的教學(xué)理念。

在制圖課程的學(xué)習(xí)中，美國課堂授課時(shí)間非常少，按照課表，教師每周只講授一次課程，50分鐘，而上機(jī)課每周三次，每次2.5小時(shí)，教師采用師生交流討論的方式完成授課[5]。教師主要以三維軟件學(xué)習(xí)為主，通過大量的自學(xué)實(shí)踐進(jìn)行學(xué)習(xí)，每節(jié)課的題目必須完成，下一節(jié)課提交作業(yè)，作業(yè)成績是考試成績的重要參考。對于復(fù)雜形體，采用分組實(shí)踐，多人共同完成一個(gè)項(xiàng)目。

由于我國國情的不同，對于這種學(xué)習(xí)方式可以作為三維課程開展的參考，也可以結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況部分借鑒。

2.簡單實(shí)用的多手段教學(xué)。我國高校大部分制圖課程已經(jīng)采用多媒體教學(xué)，教學(xué)課件中真實(shí)的立體投影、新穎的動(dòng)畫表現(xiàn)形式是我們工作的亮點(diǎn)，也極大地促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)，由此有些教師認(rèn)為，我們的實(shí)物模型落伍了?？墒牵瑢?shí)物模型在美國高校的教學(xué)中仍然使用著，他們的教學(xué)方式有：多媒體課件、黑板板書板畫、膠片投影儀和實(shí)物模型。所以，就我國實(shí)際情況來講，也不能因?yàn)殡娔X普及了，就一味地追求多媒體課件，每個(gè)人對實(shí)物的接受能力永遠(yuǎn)都要高于其他方式，實(shí)物模型還有它存在的價(jià)值。

四、基于卓越工程師計(jì)劃的化工制圖課程體系的構(gòu)建

我國有自己實(shí)際的國情，前蘇聯(lián)的教學(xué)內(nèi)容循序漸進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣，樸實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)，是我們的傳統(tǒng)和優(yōu)勢，需要保持。美國的教學(xué)體現(xiàn)先進(jìn)性和實(shí)用性，能促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，也恰好符合卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的宗旨，需要借鑒。通過多角度對比，總結(jié)分析，吸收多方優(yōu)點(diǎn)，取長補(bǔ)短。

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

依據(jù)國家卓越工程師計(jì)劃培養(yǎng)要求，考慮過程裝備與控制工程專業(yè)自身特點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容確定為以機(jī)械制圖為依托，以化工制圖為主線。在課程前半部分與機(jī)械制圖教學(xué)內(nèi)容基本一致，部分形體的講解融入化工零件的典型結(jié)構(gòu)；后半部分的內(nèi)容根據(jù)該專業(yè)實(shí)習(xí)工廠情況，參考化工制圖教材，主要講解化工設(shè)備圖的表達(dá)方法、化工零件的典型畫法和化工工藝圖、設(shè)備布置圖、管道布置圖，將課程名稱確定為化工制圖。

目前圖學(xué)課面臨的突出矛盾是課時(shí)少，內(nèi)容多，要求高。因此，必須對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全面優(yōu)化。畫法幾何部分在機(jī)械制圖的授課中已經(jīng)減少為點(diǎn)、線、面基礎(chǔ)知識，在本課程中將進(jìn)一步精簡，只注重與后續(xù)內(nèi)容的銜接和實(shí)用性，講解特殊位置即可。截交線部分的繪圖求解相對較難，但可通過三維演示讓學(xué)生快速掌握它的形成，這部分可適當(dāng)降低作業(yè)繪圖難度，增加部分三維軟件練習(xí)作為補(bǔ)償。相貫線部分與截交線情況相似，但由于化工容器多管道與接口，相貫線的出現(xiàn)率極高，所以這部分刪減較少。機(jī)件的常用表達(dá)方法和特殊表達(dá)方法側(cè)重于綜合應(yīng)用，需要多用實(shí)例講解，注重與零件圖銜接，加強(qiáng)常用零件的結(jié)構(gòu)分析和表達(dá)方案的選擇。

（二）采用多媒體教學(xué)手段

早期機(jī)械制圖課程的教學(xué)手段是“粉筆+黑板+模型+掛圖”，現(xiàn)在開展形象、靈動(dòng)、大信息量的多媒體教學(xué)，集教材內(nèi)容、圖形、圖像、動(dòng)畫于一體，使抽象、枯燥的教學(xué)內(nèi)容變得生動(dòng)、形象，能夠開拓學(xué)生的思維空間，提高學(xué)生的空間分析能力和空間想象能力。

化工制圖與機(jī)械制圖均是以圖形為主展開教學(xué)，異曲同工，在投影、視圖等基本圖學(xué)內(nèi)容的講解中可以借鑒和利用現(xiàn)有的多媒體教學(xué)資源。但化工制圖的后半部分章節(jié)學(xué)習(xí)需要大量的圖紙展示和工廠實(shí)例，需要建立一定的素材庫，以滿足在相同的學(xué)時(shí)內(nèi)增加課堂信息量、豐富教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)效率的授課要求。

（三）整合二維與三維繪圖軟件

在20世紀(jì)末曾經(jīng)有人提出，三維CAD很快要取代二維軟件，但現(xiàn)在看，三維軟件與二維軟件將在很長一段時(shí)間內(nèi)共存。尤其過程控制類設(shè)備具有自身鮮明的特點(diǎn)，常常出現(xiàn)尺寸相差懸殊，例如，筒體直徑為1200mm而壁厚僅為8mm，這就需要采用夸大的畫法繪制，而在標(biāo)注尺寸時(shí)仍按照真實(shí)尺寸標(biāo)注。在這方面，二維制圖相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)比較健全，但三維制圖的標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善。所以，雖然三維軟件是必然趨勢，但現(xiàn)階段對該專業(yè)來講，二維軟件的學(xué)習(xí)不可懈怠。為了使學(xué)生既能夠掌握傳統(tǒng)軟件的應(yīng)用，又能夠走在先進(jìn)思想的前沿，將二維與三維計(jì)算機(jī)繪圖進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，先學(xué)習(xí)Auto CAD，再學(xué)習(xí)SolidWorks，以“兩手抓，兩手都要硬”作為主導(dǎo)思想。

（四）注重培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)同合作精神

現(xiàn)代社會(huì)對人才的定義越來越具體，要求也越來越高，在具備豐富的專業(yè)知識儲(chǔ)備，高精尖的創(chuàng)新精神的同時(shí)，還要有人與人之間團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，這一點(diǎn)在圖學(xué)的教育中可以通過完成集體測繪來進(jìn)行培養(yǎng)。

制圖零件測繪不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生觀察問題和分析問題的能力，也是培養(yǎng)學(xué)生基本工程素質(zhì)的有效方法。零件上的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，零件的表達(dá)和測量方法因其結(jié)構(gòu)的不同而不同。測繪時(shí)，將學(xué)生編排分組，并給予一定的時(shí)間要求。這首先就要求各組學(xué)生要自行研討分工問題，培養(yǎng)他們團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；其次可以充分發(fā)揮每個(gè)學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力，讓他們明白自己的長處，又可以通過其他同學(xué)的工作看到自己的短處；第三，通過要求學(xué)生用簡單的量具對復(fù)雜零件進(jìn)行測繪，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力；第四，在圖形表達(dá)時(shí)，要求學(xué)生采用合適的方法進(jìn)行表達(dá)，鞏固前面的學(xué)習(xí)成果；第五，要求學(xué)生在圖樣表達(dá)時(shí)要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，有意培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和一絲不茍的工作態(tài)度。

（五）確立多樣化成績考核機(jī)制endprint

1.課程試卷考核。試卷考核以學(xué)生對本門課程基礎(chǔ)知識的掌握情況為主要內(nèi)容，以綜合運(yùn)用作為試卷的難點(diǎn)。綜合運(yùn)用包括學(xué)生對標(biāo)準(zhǔn)件畫法的掌握、對零件圖的理解和對化工圖樣的閱讀等等。卷面成績的60%計(jì)入本課程總成績。

2.課程平時(shí)作業(yè)考核機(jī)制。平時(shí)作業(yè)為每節(jié)課的課后作業(yè)，共10次，教師全部批改并打分。平時(shí)成績的10%計(jì)入本課程總成績。

3.課程零部件測繪考核機(jī)制。零部件測繪成績分兩部分，首先按每組上交的測繪圖樣由教師評定給出基礎(chǔ)分，90分為最高分；其次，由各組的組長按照成員在測繪中的表現(xiàn)和對測繪內(nèi)容的掌握情況給出本組成員分?jǐn)?shù)，最高分為10分，成績不得重復(fù)。兩項(xiàng)累加為測繪成績，測繪成績的30%計(jì)入本課程總成績。

4.繪圖軟件的考核機(jī)制。繪圖軟件課程的學(xué)習(xí)是在化工制圖課程之后第二學(xué)期開設(shè)，課程的考核方式為機(jī)試，考核內(nèi)容主要以化工容器類圖形為主，成績評定依據(jù)為學(xué)生的畫圖速度和準(zhǔn)確性。

通過學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外同行的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合過程裝備與控制工程專業(yè)自身特點(diǎn)，對制圖課程體系進(jìn)行了一系列改革，測繪環(huán)節(jié)加入到課程學(xué)習(xí)內(nèi)，更是避免了傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)的弊端，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中明確自己要學(xué)什么、為什么學(xué)、學(xué)會(huì)了能干什么等以往比較迷惑的問題。特點(diǎn)鮮明的教學(xué)內(nèi)容，形象逼真的教學(xué)手段和與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)方法將推動(dòng)教學(xué)改革向著預(yù)期的目標(biāo)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張彥娥，Chulho Yang，李麗.中美工程制圖及CAD系列

課程及教育比較[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2013，（3）.

[2]江洪，張培耘，吳巨龍.美國工程圖學(xué)教材對我國圖學(xué)教

育改革和精品課橫建設(shè)的啟示[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，

2006，（6）.

[3]Frederick E Giesecke，Alva Mitchell，Henry C

Spencer，et al.Modern graphics communication

（Third）Edition[M].American：Pearson Prentice

Hall，2004：1-601.

[4]董國耀等.高校圖學(xué)教育當(dāng)前幾個(gè)發(fā)展趨勢[J].工程圖

學(xué)學(xué)報(bào)，1999，（3）.

[5]http：//crown.panam.edu/EG/handout/syllabus.html.endprint