基于工程實踐能力培養的“化工制圖與CAD”課程教學探索

蔡建信 鄧圣軍 王榕

摘 要：針對如何在“化工制圖與 CAD”課程教學過程中，培養學生工程實踐能力進行了探索，分析了課程教學的現狀及存在的問題，對實踐教學提出了一些嘗試。

關鍵詞：化工制圖與CAD；實踐教學；工程實踐能力

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2018）04-0009-02

2010年教育部啟動“卓越工程師培養計劃”，著眼于解決在高等工程教育中，學生工程能力和創新能力強化培養的問題，本科院校工科類專業教育的主要目標之一是培養高素質的工程技術人才[1]。化工專業培養具備化學工程與化學工藝方面知識的高級工程技術人才，此專業具有兩大特色：一是工程特色顯著，二是專業口徑寬、就業覆蓋面廣。化工專業本科教育應該培養專業基礎知識扎實、動手能力過硬、自學能力和新技術應用能力強，在化工、能源、輕工、冶金、煉油、醫藥、環保等多學科中具有研發和應用能力的人才[2]。南昌大學是第一批進入“卓越工程師教育培養計劃”的高校，學校就如何針對學生的特點，把化工本科專業學生培養成具有工程實踐能力的應用型人才進行了探索。我們在以培養學術型人才傳統教學體系中融入了更多的實踐教學環節，更新了理論教學手段，強化計算機應用能力，著眼于學生工程實踐能力的培養。本文介紹了在“化工制圖與CAD”課程教學中培養學生工程實踐能力的一些嘗試。

一、課程教學現狀和問題

工程圖樣是“工程界的語言”，是一種重要工程技術文件，是工程技術部門表達和交流技術思想的基本工具。每一個合格的化工本科畢業生都應具有制圖、識圖的知識和能力[3]。

“化工制圖與CAD”是南昌大學化工類專業（化學工程與工藝、制藥工程、環境工程）開設的一門必修課，它要求學生掌握化工專業圖樣的表達方法、標準規范的應用以及識讀方法，利用Auto CAD軟件，繪制符合國家標準的化工設備圖、化工工藝圖。本課程授課的內容首先涉及對Auto CAD繪圖命令和技巧的掌握，但基于工程實踐能力培養應用型人才而言，繪圖技巧只是最基本的要求，學生還須要融合多門課程的專業知識，比如化工工藝學、化工原理、化工設備基礎、化工設計等，變單一課程教學為多門課程教學，另外，理論教學還須配套上機實踐，培養學生空間幾何圖解能力、繪制工程圖紙能力等。學生應該不僅能準確畫出圖紙，而且應該知道圖紙的每根線條在工程層面上表達的含義。本門課程已開課多年，教學效果還不錯，但也存在一些問題，有些學生過分關注于Auto CAD軟件的掌握與應用，基礎知識、專業知識儲備不足，給學生工程實踐能力提升帶來了困難；本課程教學以多媒體課件課堂教學為主，形式較單一，在有限的課堂時間里，理論教學與實際操作不關聯，容易引起學生“消化不良”。目前南昌大學本課程學時數為32學時，如何在較少的學時內完成與多門課程內容的融合，培養工程實踐能力應用型人才，筆者針對存在的問題，進行了教學探索。

二、基于工程實踐能力培養的課程教學探索

（一）多媒體教學與傳統教學、交互式教學相結合

在學習本課程之前，學生已先修了“畫法幾何及機械制圖”課程，但缺乏實踐經驗和機械加工方面的知識，教師必須考慮到學生基礎薄弱的問題，充分利用多媒體教學的優勢，并與傳統教學方式相結合幫助學生掌握知識點。例如，在講解零件三視圖時，筆者以Auto CAD 軟件把零件3D圖畫投放到CAI課件中，讓學生從三個視圖角度觀察零件形狀，并畫出零件三視圖。多媒體教學具有生動逼真、方便靈活的特點，但是多媒體CAI課件播放速度快、信息量大，有時造成學生接受困難，注意力下降，降低學習效率[4]。除多媒體教學外，筆者也經常采用黑板板書傳統教學方式，邊講邊畫，這樣能控制上課節奏，增加學生互動和思考的時間。另外，也要充分利用傳統的教學實物模型。實物模型能讓學生直接觀察到三維物體，培養學生的空間想象能力。例如，在化工制圖與CAD課程教學中，學生也剛進入化工工藝學課程的學習，對化工零件、化工設備、化工流程圖知識點很陌生，筆者以典型模型為教具，直觀展示立體的物體，并與工程實例結合，使理論教學直觀易懂，提高學生對零件加工、化工流程的感性認識。在培養學生識讀、繪制工程圖樣能力的同時，也培養了學生的工程實踐能力。

另外，筆者充分利用南昌大學網絡教學平臺功能，展開交互式教學。筆者在實踐中，課前及時把教學大綱、教案、課程進度表上傳至服務器供學生下載，上課時利用AUTOCAD軟件繪圖演示和CAI課件播放之間靈活切換，課后在教學平臺上布置作業，學生可及時完成作業并上傳，便于教師了解學生對教學內容的掌握情況和存在的問題，并進行互動交流。

（二）理論與工程實踐相結合

當前高校畢業生就業市場，一方面畢業生就業困難，另一方面用人單位招不到具有工程實踐能力的優秀人才。筆者經常和化工本科學生交流，引導學生定位自己為具有工程實踐能力的應用型人才。“化工制圖與CAD”是一門實踐性很強的課程，在授課過程中，筆者有意將制圖知識與工程實踐聯系起來，帶動學生實踐能力。比如，講到“化工設備平面布置圖——建筑制圖”時，為了幫助學生能識讀和繪制建筑平面圖，筆者以教室所在樓面平面為例，告訴學生如何表達建筑物形狀、方位、門窗位置，怎樣標注尺寸，定位軸線，怎樣理解“中——中”標注法，測算平面面積；在講授化工設備“圖——塔”的繪制時，筆者補充了塔設計的相關知識，輔之以多媒體演示，并對工程中具體問題，如人孔的布置要求一一說明，幫助學生建立工程意識；在講授管道布置圖的繪制時，管道的轉折和重疊畫法較難理解，筆者以管道布置圖工程實例，結合教學3D模型，并與工廠現場照片對照，幫助學生以理論與實踐相結合來理解內容。

（三）將“化工制圖與CAD”課程和化工設計、實習等相關課程結合

在“化工制圖與CAD”教授過程中，筆者重視課程的實踐性，尤其注重它與化工設計、實習等相關課程結合。化工設計是一門工程技能訓練的課程，培養學生綜合運用化工專業基礎理論解決工程具體問題，學生學習化工設計時要求具有掌握CAD 軟件完成工程設計的能力[5-6]。南昌大學化學工程與工藝專業在不同學期分別設置了化工原理課程設計、專業課程設計、畢業設計等設計課程，根據不同設計課程的任務，要求學生利用Auto CAD軟件分別繪制設備裝配圖、工藝流程圖、車間設備布置圖等，學生須掌握圖紙的主要內容及畫法，圖紙繪制要求規范、完整。南昌大學化學工程與工藝學科組在制定本學科的本科教育培養大綱時，各門設計課程教師統一了認識：化工設計課程在把設計所涉及的國家標準、行業規范介紹給學生的同時，應教授學生如何利用設計軟件繪制表達工程問題。如畢業設計是進行工廠工藝流程設計時，教師須把工廠設計的相關知識結合工廠管線和設備實物的見聞，給學生講授主要物料管道與輔助管道如何利用CAD軟件表達流程主線和副線，各種管線線型的分類畫法，各種箭頭的畫法，不同設備分類代號及其圖例表達等，使學生能夠理論聯系實踐。南昌大學化工專業注重學生的工程實踐，分別設置了認知實習、金工實習、生產實習、畢業實習環節。在實習過程中，學生能夠深入了解生產工藝原理、生產方案、工藝流程、操作規程、主要設備結構等。實習之后學生須提交實習報告，須繪制實習工廠的工藝流程圖、設備布置圖等。首先，在進入工廠實習前，把工廠的相關資料發給學生，讓學生明確實習任務和內容；實習中引導學生如何觀察和記錄，如： 設備的結構、廠區布置、設備布置、工藝流程等；實習回來后，引導學生總結工程制圖知識，利用Auto CAD軟件把看到的設備、工藝流程用標準的圖紙畫出來。這些設計課程和實習環節都是“化工制圖與CAD”課程學習的實踐和延續。

（四）構建合理的教學效果評價體系

“化工制圖與CAD”課程教學實踐性和工程性強，為了及時檢驗教學效果，筆者構建合理的教學效果評價體系。過去是以學生期末考試成績來衡量評價學習效果，學生期末考核分兩次，第一次紙質試卷的考核，考查學生對理論的掌握情況；第二次上機考試，要求學生兩個課時內完成一張一號圖紙的繪制，考查學生掌握CAD 的各種命令的熟練程度。這兩次考試各占50%。現在筆者改變了過去這種單純以結果評價教學效果的方式，采用過程與結果結合的方式，即保留過去兩次期末考核的同時，重視學習過程中的評價。過程評價包括兩個部分：課堂上學生問題的回答和作業的完成情況。課堂上學生回答問題既可以考查學生對理論知識點的掌握情況，也可以隨堂考勤。另外通過提問，如化工設備和流程圖如何進行構圖和識圖，引導學生關注工程實踐。課堂作業主要是對電子版作業檢查，要求學生每完成一次課堂練習就通過網絡教學平臺把本次dwg圖形文件傳輸給教師，而教師可以及時了解階段性教學效果，適當調整教學內容和進度，并能評價學生的階段性成績。然后在下一次課對學生作業中的缺陷進行點評，讓學生及時發現問題并更正。所以在教學效果評價體系中，課程過程考核和期末結果考核，各占50%。；課程過程考核包括課堂上學生問題的回答，作業的完成情況。期末結果考核包括一次理論考試和一次上機考試。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見[Z].教高[2011]1號.

[2]郭仕恒，王東耀，周勇強等.創建國家級化學化工實驗教學示范中心的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，（10）.

[3]馮建華，薛連海，李永紅等.本科化工專業《化工制圖與CAD》教學方法探討[J].廣東化工，2011，（7）.

[4]王政，張玉冰，葉臣.《化工制圖》CAI 教學的實踐與思考[J].化工高等教育，2000，（2）.

[5]鄭英峨，陳巧玲，谷和平等.化工專業實踐性教學環節的認知和管理[J].化工高等教育，2005，（3）.

[6]周紅梅，張茂潤.教學方法及手段的改進對培養學生工程設計能力影響的探討[J].淮南師范學院學報，2006，（3）.