基于食品科學與工程專業畢業設計的“食品工程CAD” 課程教學的思考

李書紅， 陳 野

（天津科技大學食品國家級實驗教學示范中心，天津 300457）

食品科學與工程專業的培養目標是面向食品產業的未來發展需求，培養具有良好思想道德和創新精神，具備扎實的理論基礎、優良的工程素質和開闊的國際視野，擅長發現并解決食品科學技術產業化過程中的關鍵技術、提高食品工程產業國際競爭力、引領食品科學與工程學科發展的高質量創新型技術人才[1-2]。在培養過程中的最后環節是畢業設計，需要根據食品加工出現的具體問題提出解決方案并提供設計說明，是考查學生思考、分析、解決問題能力及理論聯系實踐的重要手段，是實現高質量培養目標的關鍵環節。作為工科專業之一，食品科學與工程專業非常注重優良工程素質的培養，其中“食品工程CAD” 作為專業選修課程，是專業基礎課程 “機械制圖” 和 “機械工程基礎” 的工程類銜接課程，通過該課程學習，使學生在計算機制圖與食品工藝設計、食品機械設備設計之間知識的銜接方面得以靈活運用。課程針對即將進行畢業設計的大四學生，在大三下學期開展教學，為其通過工程制圖來完成畢業設計具有重要的意義。

食品科學與工程專業一直以工程教育專業認證標準為抓手進行教學改革，重視企業對學生工程實踐能力的要求。根據企業需求調研結果，從2007 年開始梳理了整個教學環節，特別是對學生畢業設計（論文） 進行了仔細分析，從中總結出各階段課程學習對畢業設計成績的貢獻率，結果顯示選修 “食品工程CAD” 課程的學生，其畢業設計的成績顯著高于未選修者?！笆称饭こ藽AD” 課程采用課堂授課與上機練習結合方式教學，將課程分成食品機械制圖基本知識、食品設備通用部件零件圖的制圖、生物反應器罐體的設計與制圖、食品工程工藝流程圖的設計與制圖、管道布置圖的制圖、擠壓生產豆渣纖維成套設備設計與裝備繪制等6 個部分。特別是課程的第4 部分和第6 部分，結合教師的科研成果，從科研的工程設計思路、工藝的制定、設備的設計、設備制圖、制圖技巧等方面詳盡剖析，學生進行仿真設計和實踐，使學生的工程設計能力得到訓練和提高。

1 畢業設計存在的主要問題

1.1 畢業設計中計算機繪圖能力不強

對于本專業學生而言，畢業設計內容大多集中在某一食品產品的開發和進行生產線設計，需要進行食品產品開發的工藝研究，還要繪制工藝流程圖、車間平面布置圖和管道布置圖等[3]。學生進行畢業設計圖紙時，大多采用Auto CAD 繪圖軟件。由于 “食品工程CAD” 為選修課，選修過課程的學生圖面質量基本符合工程制圖的標準。但是，對于部分未選過該課程學生來說，雖然在大一時學習過工程制圖，也進行過CAD 上機練習，上機學時過少，到畢業設計的大四階段也基本忘記，導致對軟件基本指令使用不熟練，不能充分發揮軟件的功能，畫圖耗時長，圖紙中錯誤多[4]。總結歸納為以下幾個方面的問題：①圖層設置不合理，線型和線條粗細設置隨意，致使后期出現問題時修改繁瑣；②圖樣樣式設置不規范，表現在樣式位置和規格不規范，圖形比例不協調，設置類型隨意；③繪圖方法不合理，不會使用高效的繪圖技巧，導致繪圖耗時較長、效率低下。

1.2 工藝流程圖繪制不規范

食品工藝流程圖的繪制，一般指的是繪制加工工藝過程中的物料流程圖，是以圖形與表格結合的形式來反映設計及計算某些結果的圖樣。圖樣采用展開圖形式，按工藝流程順序，由左至右畫出一系列設備圖形，并配以物料流程線和必要的標注與說明，一般由設備示意圖、物料流程線、標注和圖例、標題欄及設備一覽表組成。從畢業設計圖紙看主要存在以下幾方面問題：①設備示意圖繪制過于簡單，從外形輪廓上看不能反映設備的特征；②流程管線和流向箭頭畫法不符合規定，物料管線一般用粗實線畫出，動力管線一般用中粗實線或細實線畫出，同時管線用箭頭表示物料的流向；③圖紙標注不符合標準，主要是標注字體、線型、大小和顏色等隨意設置，導致圖紙混亂，影響圖紙視覺效果。

1.3 不熟悉繪圖國家標準

規范的圖紙才能將設計者的設計理念和意圖傳達給工程技術人員，這就需要設計者嚴格按照制圖標準進行繪圖。食品科學與工程專業，雖說大一上學期會學習工程制圖課題，但是由于后續無練習和實踐環節，導致畢業設計過程中，有關制圖的標準和知識都已經遺忘?！笆称饭こ藽AD” 是在大三學習，由于其為選修課，對于未選修的學生而言，很難根據自己的知識畫出一套完全合乎標準的圖紙。工程圖樣是工程界的技術語言，而不符合制圖標準的圖樣很難與其他工程技術實施者進行溝通和交流。

2 基于上述問題的教學改革方法

2.1 強化計算機繪圖能力的培養

“食品工程CAD” 是一門實踐性較強的課程，對于學習者而言，需要對所學知識不斷練習鞏固和應用，這就需要在教學過程中讓學生掌握扎實的繪圖本領，提高繪圖能力。“食品工程CAD” 課程，是在學生大一學習了工程制圖基礎上開設的，目的是使學生掌握如何利用工程CAD 語言進行食品工程設計的技能。大一雖然學習了CAD 制圖，大三前沒有進行任何實踐應用，也基本遺忘。因此，在第一節課安排了食品機械制圖基本知識、食品設備通用部件零件圖的制圖的上機訓練。在教學過程，針對制圖目標，應該積極鼓勵學生根據自己的想法繪圖，而非機械地重復教師的繪圖步驟。此外，在基本圖形繪制過程中，一方面學生先根據目標圖形繪圖，教師再提供參考畫法，加深其印象；另一方面針對同一圖形，讓不同畫法的學生進行講解演示直播，然后讓學生針對不同畫法進行討論，總結不同畫法的優缺點，進而選擇和掌握更高效的繪圖方法。

2.2 強調國家標準的作用

國家標準在圖幅、文字、標注、符號、圖線等方面都做了詳盡的描述。課程的第二講中，以教師的科研成果為例開發出 “生物反應器罐體的設計與制圖” 一講，在講述開發思路后，結合國家標準重點講解生物反應器罐體總裝圖的繪制過程和方法。首先，講解國家標準在繪圖過程中的重要意義和標準具體內容，包括繪圖過程中常見的尺寸標注、圖線設置和繪圖環境等；其次，針對國家標準的具體內容，設計典型的繪圖目標，讓學生通過親自實踐來加深對國家標準的理解和掌握；最后，在平時上機過程中，時刻提醒學生制圖國家標準的重要性，不斷加深和強化國家標準的應用，養成良好的繪圖習慣，為學生進行畢業設計和后續繪圖工作等打下基礎。

2.3 培養學生對課程的學習興趣

在教學過程中，先盡量做簡單的繪圖，會做了就會有成就感，逐漸培養其對課程的興趣。結合教師的科研成果，開發出 “擠壓生產豆渣纖維成套設備設計與裝備繪制” 一講，從科研的工程設計思路、工藝的制定、設備的設計、設備制圖、制圖技巧等方面進行詳盡剖析，而后將圖紙發布給學生，學生在圖紙的基礎上進行修改，加入自己的想法（結構），學生同教師一道進行仿真設計和實踐，使學生的工程設計能力得到實戰化訓練。在掌握了基礎工程設計和制圖技能后（課程中段），采用 “實際食品工程工藝設計” 實例教學，課程收集了13 個食品產品的工藝流程（飲料、焙烤、肉制品、面制品、啤酒），利用所學到的工程設計知識將其制成標準的工程類工藝流程圖，并進行相應的車間平面布置圖設計制圖，使學生得到實戰訓練。通過學習使學生熟練掌握計算機設計和繪圖軟件，同時掌握食品工廠設計的計算機制圖的原則、內容和方法。

3 結語

2019 年，天津科技大學食品科學與工程專業通過第4 次工程教育專業認證和新版IFT 國際認證，對畢業生提出了更高的要求和挑戰?！笆称饭こ藽AD” 課程作為培養學生工程能力的主要課程之一，對于學生的工程和綜合能力培養具有重要的作用。通過不斷的教學改革和實踐，讓學生掌握良好的繪圖基礎，高質量的完成畢業設計，為今后走上工作崗位打下堅實的基礎。