以學生為中心的化工制圖案例式教學模式研究與實踐

王小雨

(江漢大學 化學與環境工程學院， 湖北 武漢 430056)

化工制圖課程是培養工程技術人才的一門重要技術基礎課，以培養學生空間思維能力、繪制和閱讀工程圖樣的能力以及增強學生工程實踐能力和創新意識為目標，為后續專業課程的學習奠定基礎。傳統的授課方式是"老師講，學生聽"。為了在規定學時完成授課內容，整節課老師不停的輸出知識，而學生是否接受知識卻無暇顧及。這種單一的傳授知識的方式，生動性和趣味性都不夠，造成了沉悶的課堂氣氛。因此，有必要在化工制圖的教學中開展以學生為中心的授課方式。即可以調動學生學習的積極性和參與性，也符合當前工程認證的要求。

化工制圖課程除基礎繪圖理論外還帶有一定的化工工程背景，通過歷年授課經歷，筆者發現脫離工程背景僅講授教材知識，學生很難理解每個章節學習的目的和關聯。而案例教學可以有效解決該問題。案例教學能夠拉近理論知識與教學實踐之間的距離，有助于加深學生對理論知識的理解，利用有效的互動提高學生分析問題和解決問題的能力。

1 化工制圖教學現狀

化工制圖是化工專業的專業基礎課程，學生在該門課程的學習中既存在大學課程學習時的常規問題，也有與專業相關的問題。

(1)學生上課不聽講。隨著互聯網時代的到來，外界對學生的誘惑無處不在，學生由高中緊繃的狀態忽然變成毫無約束的狀態，自控力較差的學生在課堂上刷手機成了常態。(2)課前不預習，課后不復習。大學課余生活極其豐富，學生對知識的掌握往往寄托于考前臨時抱佛腳，使得知識的掌握不夠牢固。(3)作業抄襲嚴重。(4)不理解化工制圖課程設置的意義。化工制圖課程一般設置在大二上學期開課，是學生進入大學以來接觸的第一門與本專業相關的課程，學習方法和內容都與以前的純理論課程有很大的區別，很難明白課程設置的意義所在。(5)缺乏必要的空間想象力。制圖課程的學習需要用到二維圖形和三維圖形的來回轉換，很多學生空間想象力較弱，無法把零部件由二維圖紙轉為三維實物模型。

以學生為中心的授課模式在課堂教學中把學生置于首位，以老師的“講授”變成學生的“表演”，迫使學生時刻關注課堂進展，參與課堂教學，這種授課地位的反轉可以提高學生學習興趣。課堂中實現案例教學，學生可以從具體的工廠實例中了解本專業的研究內容和本課程各章節教學目的和關聯。兩種授課模式的合理結合基本可達到解決以上問題的目的。

2 以學生為中心的教學模式

以學生為中心的核心觀點是以學生發展為中心，以學生學習為中心，以學習效果為中心，稱為“新三中心”。我國高校的傳統教學方式大多還是“老三中心”，即以教材為中心，以教師為中心，以教室為中心。本質是以書本知識傳遞為核心，以教師"教"為中心[1]。現代科學技術飛速發展，學生獲得信息的渠道越來越多，如果繼續按照老方式授課，課堂會越來越留不住學生。授課方式的改變迫在眉睫。

2.1 課程要求

化工制圖的教學大綱對該課程的要求主要有四點：了解制圖基本知識與技能；掌握投影原理，具備圖示能力，培養空間想象力，能夠通過理論知識檢驗組合體的投影繪制正誤；能夠運用投影規律表達簡單零件形狀，繪制簡單化工機械圖、化工設備圖、化工流程圖、化工設備布置圖和化工管道布置圖。具備徒手畫圖和計算機繪圖以及讀圖的能力。

2.2 構建課堂模式

以學生為中心的課堂模式有多種，但構建形式往往比較單一，無法完全解決化工制圖教學現狀中所存在的問題。因此，構建合理多樣性的課堂形式，充分調動學生學習的主觀能動性很關鍵。

課堂知識講授由老師講授為主轉變為學生講授為主。學生分小組參與教學，每3人為一組，3人共同負責收集資料，完成課件的制備。課件內容主要有三項，上一講知識回顧，本講部分新知識講解，本次課堂內容總結。三人依次分工完成三部分內容講解。為了保證授課質量，教師提供基礎課件，組員在教師課件的基礎上完善和增補內容。每次課堂講授內容，由五個小組準備，在正式上課之前，五個小組組員分別講授一次，老師進行點評，并從中擇選最優小組單獨進行授課輔導。學生為了完成授課內容，必然要提前完成課前預習，現在網絡信息的發達，使得學生很容易獲得各種素材，大規模開放式在線課程(massive open online courses,MOOC)的發展也使得學生可以有正規途徑去習得全國各大高校優秀教師的授課方法。工程認證要求學生具備溝通和團隊合作的能力，分小組參與教學體現了團隊合作的精神，彼此之間任務的分配需要較好的溝通能力。課件的制備訓練了學生對辦公軟件的操作能力和素材收集能力。課堂講授鍛煉了學生的語言表達能力，克服了學生因對這種場合陌生而產生的怯場。授課和聽課對知識點的掌握程度要求也是不一樣的，聽課只需要理解授課的主要內容，而授課不僅要求理解基本知識點，還要求對知識點能從邏輯上串起來，對理解的知識點要思考如何深入淺出的講授，這就要求對本課堂的知識點要反復理解，反復學習，與傳統的教師授課方式相比，對知識掌握的更牢固。

對其他未參與本堂課講授的學生進行課前測驗。課前測驗的內容從兩個方面進行考查：上一講知識的掌握和本講知識的預習。課堂講授過程中設置提問環節，邀請未授課同學回答問題。化工制圖作業批改方式采用學生互批找錯方式。作業按小組收集，然后每小組隨機領取一份其他小組的作業進行批改，每次作業選擇一個小組在習題課時分工完成講解，教師給予適當點評。達到及時反饋，矯正錯誤的目的。

現代計算機軟件發展特別迅速，三維建模軟件更是多之又多。課堂上通過三維建模的方式把二維圖紙實物化，提高學生的學習興趣。鼓勵學生自學三維建模軟件，課余時間利用多媒體展示建模成果。

3 案例教學模式

鄭金州[2]教授認為一個案例就是一個實際情景的描述，在這個情境中，包含有一個或多個疑難問題，同時還可能包含有解決這些問題的方法。因此教學案例就是在案例的基礎上將現實生活中所發生的事例與教學內容相結合，設計編寫出適合學生進行學習的一種情境化的教學資源。具體到化工制圖課程中，教學案例指的是在化學工程領域發生的具體工藝流程，與教學內容相結合進行編寫設計以滿足學生學習需要的一種教學資源。案例教學是教師為學生提供一個真實情境，學生在這個情境中進行學習同時通過與同學教師討論交流解決問題的一種教學方法。

通過回訪和調研發現大部分學生學完化工制圖課程仍不明白本課程學習的意義，為了幫助學生把理論知識與實踐應用相結合，擬定采用案例教學的授課方式。案例教學需要學生課前主動查找資料，課中積極提問，課后歸納總結。以往的教學集中在課堂教學，時間有限，不能高質高量的完成任務。而以學生為中心的授課模式與案例教學相結合，可以較好的解決該問題。

化工制圖內容主要有兩部分組成：制圖的基本知識和化工設備和工藝的繪圖要求。后者的專業性較強，因此對這部分內容采用案例教學的授課方法。本文教學案例選用石化廠最常見的合成氨工藝，以該工藝為例，講授各章節的學習目的和學習內容以及彼此的關聯，促使學生對化工制圖的學習有更直觀的認識。

合成氨工藝流程比較復雜，沒有接受專業課程學習的學生很難完整的理解合成氨工藝。因此，在教學設計上，合理的簡化合成氨工藝是很有必要的，簡化后的合成氨工藝如圖1所示。學完化工制圖，學生應該具備繪制帶主要控制點的工藝流程圖。這就要求合成氨工藝流程中出現的各種設備，設備布置，管道，管道附件等的繪制方法都應掌握。合成氨工藝中原料氣的制取，凈化和氨合成都需要提供一個反應或儲存的場所，這個場所在工程上稱為化工設備，因此，首先向學生介紹化工設備圖的繪制，每種化工設備是由設備零部件組成的，引入常見化工設備零部件繪制內容。完成設備圖繪制后，設備與設備之間要通過管道連接起來，引入化工流程圖的概念。化工設備在工廠中如何放置，引入化工設備布置圖的知識點，管道與管道之間如何布置，引入化工管道布置圖的知識點。

在講授化工設備圖時，選用合成氨工藝中出現的一種典型設備(見圖1)，如換熱器，作為案例；要求學生課下通過查閱資料或視頻學習，了解換熱器工作原理，常見零部件和設備的幾何形狀，掌握換熱器的繪制方法，課堂分小組講授。化工流程圖的講解中選用造氣工段為案例，鑒于這部分知識點較難，教師可為學生提供學習素材，先教授基本知識點，學生在有一定理論認識的基礎上通過查閱文獻，請教老師和同學討論，理解造氣工段，完成課堂分小組講授。化工設備布置圖和化工管道布置圖仍以造氣工段為案例，授課方式與化工流程圖類似。每一章節學習結束后，學生獨立完成本章節所選取案例的圖紙，以備檢驗。

圖1 合成氨工藝流程

4 “積分制”的激勵機制

學生都有惰性，為了調動學生的積極性，發揮學生的主觀能動性，采用"積分制"的激勵機制推動學生完成學習任務。課堂授課和作業講解以小組形式積分，課前測驗、三維建模展示和圖紙的繪制以個人形式積分。積分排在前面的同學獲得比較高的平時成績，推薦參加學生科研訓練和競賽。

5 總結

實踐證明以學生為中心的案例式教學，提高了教學趣味性，激發了學生學習的主觀能動性。課程結束后，通過對專業教師的調查訪問，了解到學生在后續專業課程的學習中，制圖知識掌握比往屆學生牢固，生產實習，畢業實習和畢業設計中，圖紙質量較高。

學生在課件制作過程中，搜集到許多新穎、有趣的素材；在解題過程中，對一些問題有比較巧妙的解決方法；在講授過程中，暴露出從學生角度理解的重難點。優質的素材和巧妙的思維，教師可以借鑒；在以后授課中，針對學生理解的重難點教師應多加注意。