以能力培養為根本的化工制圖教學改革

朱秋實 陳菲菲 王慧 劉書群 徐蘊

【摘 ? 要】 ? 化工制圖的教學是以學生的空間想象能力為基礎的。但在課程總學時壓縮的條件下，課程教學過程容易忽視對學生進行相關能力的培養。課程教學改革以培養學生空間思維能力為根本，按照學生的實際學習能力合理調整了教學次序和難易程度;整合線上和線下教學資源打造“混合式”課程，在強化碎片時間利用效率的同時注重對學生實踐能力的培養;將學生在作業互評過程中的表現納入平時考核范圍，強化對學生學習過程和質量的控制，使理論知識在不斷運用中得到鞏固，學生空間思維能力穩步提升。

【關鍵詞】 ? 化工制圖;空間思維能力;教學內容;教學模式

Teaching Reform of Chemical Engineering Cartography Based on the Cultivation of Students' Space Ideation

Zhu Qiushi， Chen Feifei*， Wang Hui， Liu Shuqun， Xu Yun

（Huaibei Normal University， Huaibei 235000， China）

Abstract： Teaching effect of the Chemical Engineering Cartography depend seriously on the students space ideation ability which may be easily ignored during the teaching process under compressed teaching time. The course reformation was thoroughly based on the cultivation of the students' space ideation. According to the students learning ability， the teaching sequence and learning difficulty were rearranged reasonably. The online and offline blended course was built by integrating the online resources and offline classes to enhance the utilization of fragmented time as well as to improve the students practical ability. The students performance in exercise peer-review process were integrated into the usual performance evaluation system to strengthen the quality control of learning processes. What they learned would be consolidated and their space ideation ability would be steadily improved in this process.

Key words： chemical ?engineering cartography; space ?ideation; teaching ?contents; teaching ?mode

〔中圖分類號〕 ?G 642 ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕 ?A ? ? ? ? ? ? 〔文章編號〕 1674 - 3229（2021）03- 0000 - 00

1 ? ? 化工制圖課程學習的現狀及問題

1.1 ? 學時少，任務重

化工制圖是以培養和提高學生繪制和閱讀化工圖樣能力為主的一門課程。該課程以培養學生的空間思維能力為基礎，從基本投影理論的學習開始，直至化工圖樣的閱讀與繪制，整體內容充實且循序漸進，內容難度由小到大。在逐步培養學生空間思維能力的同時，讓學生能夠高效率的去學習。由于該課程教學內容多，所需的理論總學時數理應超過120學時[1]，然而在全國高等院校普遍壓縮本科教學學時的大環境下，我校化工制圖課程學時數被壓縮至48學時。教師想要在如此短的時間內將課程內容完整的教授給學生會存在很多問題。首先，許多高校教師為完成教學任務都會根據本學校的人才培養目標對教學內容進行調整和刪減以適應學時數減少的情況。但這需要教師具有較高的教學水平和對本專業發展方向的準確把握。否則，僅僅簡單對教學內容進行刪減和調整將會造成教學內容的不連貫，增加學生學習的難度[2]。其次，有一些老師為趕教學進度，在課堂上對知識點的講解不透徹，甚至對很多知識點一筆帶過，根本就不展開，這在很大程度上影響了學生對基礎知識的理解和掌握，空間思維能力得不到有效培養。第三，學時少，則教師在課堂上無法開展較多的實例講解和演練，課堂教學從頭到尾就是一種填鴨式教學。這種課堂單調而乏味，沉悶而無趣。學生是被動學習，學而不練會導致學生僅僅掌握了相關的基礎知識，不能有效提升其繪圖和讀圖的能力。

1.2 ? 忽視空間思維能力的培養

空間思維能力是學生學好本課程的基礎，也是本課程的主要教學目的之一。無論是讀圖還是繪圖都需要學生具有一定的空間思維能力。尤其是在讀圖，即將二維圖形向三維形體轉化時，需要學生具有較強的空間思維能力。否則，學生在處理此類問題時會感覺無從下手。因此，提升學生的空間思維能力是提高教學效果的主要手段之一。然而學生在以往的學習過程中均注重邏輯思維能力的培養，空間思維能力沒有經歷過系統的培訓。此外，國內的教學形式也導致大部分學生“寡見少聞”[3]。俗話說“見多才能識廣”，空間思維能力的培養需要學生對工程機件有一定的感性認識。學生若對某種機件沒有感性認識，如何在大腦中由二維圖形直接建立三維形體？不增加學生的“見聞”，提升學生的空間思維能力，教學將難以開展，學生也會認為該課程的難度較大。不僅打擊了學生學習的自主性，產生厭學心理，降低學習效率，也使教學工作面臨嚴峻的考驗。

若要做到使學生“見多識廣”，有效提高其空間思維能力，離不開工程專業實踐和課堂實例教學。因此，化工制圖是一門實踐性很強的課程。然而，在少學時條件下課堂教學形式以教師對知識點的講解為主，實例教學應用較少，且實例教學中所涉及的形體一般為常見的結構相對較簡單的機件。這對增加學生的“見聞”，提升空間思維能力的幫助是有限的。學生現有的空間思維能力水平足以將簡單形體的二維圖形轉化成三維實體，但處理復雜形體的轉化則顯得力不從心。空間思維能力的提升是需要過程的，需要進行大量的訓練，這正是目前教學中所欠缺的。

1.3 ? 考核方式單一

目前，我校化工制圖的考核方式為：平時成績（30%）+期末考試成績（70%）。平時成績主要包括出勤率、課堂提問、平時作業和大作業四部分。項目較多，但大多也僅僅是流于形式，實際效果不甚理想。課堂出勤率一般考查學生是否遲到、早退，是否有睡覺、玩手機的現象，學生的注意力是否集中在學習上卻無從得知。課堂提問的主要目的是讓教師及時了解學生對知識點的掌握情況，但用于化工制圖這門課卻顯得力不從心。一是由本課程的性質決定的。課堂提問一般注重對基本知識點的理解與記憶，若對繪圖能力進行考查則會浪費本就不多的課堂教學時間。二是由我校實際的教育形式所決定。大班化教學使教師在提問時無法做到雨露均沾，提問效果不理想。同樣由于大班教學的原因，教師沒有精力對學生的平時作業和大作業進行詳細的批改和講解，所以學生不認真做作業，作業存在嚴重的抄襲現象。綜上，這些考核均反應不了學生平時的學習狀態和對知識的掌握情況。

期末考試同樣存在一定的局限性。因考試時間的限制，考試內容一般注重對理論知識的考查，如截交、相貫、表達方法以及零件圖的讀圖等，對繪圖的要求不高，反應不出學生實際的繪圖和讀圖能力。學生應付這種考試的方法一般是“突擊復習”、“死記硬背”等，反而不再注重可以提高自身空間思維能力的學習過程，也養成了“平時抄，期末背”，以應付考試為主要目的的不正常學習風氣。

2 ? ? 教學改革的方法和措施

2.1 ? 以能力培養為主，合理安排教學內容

目前，已有許多教師研究并實踐了少學時條件下如何有效整合教學內容。研究成果主要表現在以下兩個方面。一是以工程項目為主線，將教學內容實例化、模塊化[4-6]。二是將教學內容與化工設計等專業課程緊密結合，學以致用，以提高學生的學習興趣[7-9]。本論文則在此類改革實踐經驗的基礎上，探討如何優化課程內容，以達到在少學時條件下提高學生空間思維能力培養效果。

課程內容優化要依據人才培養目標。化工制圖課程主要培養學生閱讀和繪制化工工程圖的專業技能。在以往的教學順序中，化工工程圖的閱讀與繪制放置在課程的最后，容易導致學生產生“此內容不重要”的錯誤想法。同時，經過一個學期的高強度學習，學生的身心疲憊，學習效率也會大大降低。因此，調整教學順序是非常有必要的。筆者認為在少學時條件下要達成課程目標，可以將化工工程圖的相關內容與其它基礎知識進行有機結合。如工藝流程圖的閱讀和繪制不需要學生有投影知識，學完制圖的基本知識后即可進行相關教學和實踐活動。平面和管道布置圖對學生的空間想象能力要求不高，可以放在線、面投影之后進行學習。零件圖、裝配圖的相關內容可以直接穿插進化工設備圖的教學內容中，不需要單獨設立章節。

課程內容優化要注重培養學生的空間思維能力。一是要讓學生把基礎打牢，二是要讓學生“見多識廣”。因此對投影基礎部分的教學不僅不能壓縮學時，反而要增加學時。由于平面、管道布置圖的相關內容可以以實例教學的形式放在投影基礎部分進行學習，因此可以將投影基礎部分的學時進行相應的延長，使教師有更多的時間與學生互動，及時掌握學生的學習情況。這樣做的另一個好處是可以讓學生將所學的知識及時的應用在具體的實例之中，激發學生的學習興趣。另外，也應增加組合體的教學學時，在教學內容中應大量引入化工設備中常見的零部件作為教學實例或課外練習，使學生熟悉相關零部件的結構，為后續學好化工設備圖打下基礎。

課程內容優化要注意所選實例的難易程度。教學內容中所選擇的實例既不能太難，也不能過于簡單。太難，學生容易產生畏難心理;過于簡單，課程不受重視，都會使學生的學習興趣下降。現有的教材中，前半部分的圖樣過于簡單，而裝配圖圖樣則突然變復雜，學生瞬間感覺不知所措，打擊了學生的學習興趣。因此，在課程開始時就明確教學目標：能夠繪制一幅簡單設備的化工設備圖。此任務需要學生“跳一跳”才能完成，可以使學生更加重視課程的學習。然后，在接下來的教學過程中，再把該設備進行逐一拆解，引導學生逐步完成相關圖紙的繪制，并穿插講解相應的知識點，使學生有代入感和成就感，能夠在一定程度上激發學生的學習興趣。

2.2 ? 教學模式改革

進一步豐富多媒體教學內容。多媒體教學法豐富了現代教學的方法和模式，其直觀、形象、生動的特點不僅讓學生在學習過程中能夠持續保持專注，也可以方便的對化工設備進行拆解和剖切，使學生在沒有實物模型的情況下對機械零部件的結構有更加深刻的認識。既能降低課程學習的難度，也能有效培養學生的空間思維能力，應繼續發揚。根據優化后的教學內容，首先使用SolidWorks和AutoCAD等軟件對教學中用到的全部圖樣進行三維建模，與典型化工設備、零部件、虛擬生產車間等三維圖形合并，建立了虛擬三維立體模型庫。將抽象、靜止的內容轉換成形象、生動的立體模型，既能形象的展示形體的特征，又能有效幫助學生建立健全的空間理念，加強空間思維能力的培養。其次，以化工圖樣的繪制為主線任務重新編制教學課件，從圖框、視圖、標注至技術要求，逐步引導學生完成化工圖樣的繪制任務，并穿插相應的理論知識點。使學生能夠更好的將理論知識與實際應用相結合，在學習理論知識的同時，掌握基本的繪圖技能。最后，在課堂教學中引入更清晰、精確、快速的計算機繪圖方法進行二維圖形繪制的教學，輔以PPT動畫演示，替代傳統的板書教學。

線上線下混合教學，強化碎片時間利用。隨著學時的壓縮，為了增加學生學習的主觀能動性，培養學生利用碎片時間自主學習的能力，我們依托在線課程平臺將線上線下混合教學的模式引入到化工制圖教學中。教師在線下主要使用實例解析的形式進行教學，中間穿插理論知識點的講解，但對簡單的理論不深入展開，以節省教學時間。線上則使用任務教學法輔助線下教學。將理論知識點的擴展講解錄制成視頻，上傳至教學平臺，以任務的形式督促學生自學。有別于傳統的“聽學”，學生在自主學習的情況下，能夠對理論知識點有更加深入的理解和體會，為讀圖和繪圖技能的提升打下堅固的理論基礎。此外，將一些與課程相關的資源上傳至平臺供學生選學，如AutoCAD軟件教學、國內優秀MOOC視頻、虛擬三維立體模型等。學生的選擇范圍更廣，可以根據個人興趣自由選擇相關內容進行學習，逐漸培養學習的自主性。最后，線上教學的答疑模塊克服了學生在面對教師時的緊張心理，使更多的學生能夠及時提出問題并得到解答，也方便教師了解學生的學習狀態。

實踐練習助力學生提升繪圖技能。“熟能生巧”，繪圖技能的提升離不開大量的實踐練習。實踐的同時也是對所學知識的一種梳理。學生為完成任務，或通過復習相關理論知識，或通過教師答疑等，解決在繪圖期間會遇到各種問題。此類循環往復、螺旋式前進的過程，使學生不斷的溫習并加深對所學理論知識的理解，也調動了學生的主觀能動性，變“程序化學習”為“目的導向學習”。因此，除常規作業外，我們還給學生布置了兩次綜合性實踐大作業。一是讓學生利用往屆學生的畢業設計計算結果，完成相應工藝流程圖的繪制。二是修改教學示例中的容器的相關參數，讓學生重新進行工程圖的繪制。讓學生在不斷的練習過程中提高其自身的繪圖技能。

2.3 ? 考核方式多元化

化工制圖課程理論和實踐并重，應用性很強，傳統的考核方式不足以反映學生實際的繪圖和讀圖能力。教師應強化平時考核（權重60%），通過平時考核結果及時了解學生的學習狀態;弱化期末考核（40%），通過期末考核檢驗學生的學習成果。

縮減部分平時考核項目權重。為使平時考核不流于形式，考核方式應符合學生的實際情況。考勤和課堂提問環節可以強制學生進入課堂學習，并使學生有較強的學習緊迫感，是必不可少的考核環節，但應相應縮減權重。將考勤成績的權重縮減至僅占平時成績的5%，且使用在線方式考勤以節約時間。考慮到大班教學的實際情況，課堂提問環節的權重也設為5%。在線學習以任務形式下發給學生，目的是為了加深學生對理論知識的理解，并擴展學生的知識面，視學生完成情況給予成績，該環節占平時成績的10%。

強化作業評價過程的考核。作業更能反映學生實際的繪圖能力，因此加大相應的權重，平時作業權重為50%，大作業為30%。此次教改中，引入生生互評的作業批改機制。學生完成平時作業后上傳至學習平臺，由平臺隨機分配給其他學生進行批改、打分，最后由教師檢查合理性。這樣可以將教師從繁重的作業批改中解脫出來，有更多時間去設計教學方案，更新教學課件等。在此過程中，創新性的要求學生在作業批改完成后上交一份詳細的修改意見。教師根據學生的批改意見，直接掌握作業批改人對基礎知識的理解情況。因此，平時作業成績分為兩部分。一是根據學生本人作業的完成度、準確度所給的成績，可以反映學生的實際繪圖能力，占平時成績的30%。二是根據此生在作業批改時所提交的修改意見所給出的成績，可以反映出學生對理論知識的掌握情況，占平時成績的20%。大作業因難度較大，對知識的綜合理解和運用要求較高，仍由教師評閱。

3 ? ? 結語

化工制圖是化工專業的一門重要的專業核心課程，如何高質量的完成教學任務是一個不斷探索和改進的過程。為培養符合當前化工行業要求的專業技術人才，我們的教學內容要緊扣教學目標，在培養學生空間思維能力的基礎上，培養學生繪制與閱讀化工圖樣的能力;教學模式要與時俱進，及時吸收先進的教學手段和方法，使教學更加有效;要注重對學生學習的過程考核，在督促學生學習的同時，培養學生自主學習的能力，最終實現全方位培養化工人才的總目標。

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[收稿日期] ? 2021-03-20

[基金項目] ? 安徽省高等學校省級質量工程教學研究項目（2019jyxm1205，2020jyxm1674）;淮北師范大學質量工程項目（2020xjxyj020，2020xylkc008）;安徽省自然科學基金（1808085QB50）

[作者簡介] ? 朱秋實（1984- ），男，博士，淮北師范大學化學與材料科學學院講師，研究方向：環境污染控制工程;

[通訊作者] ? 陳菲菲（1984- ），女，博士，淮北師范大學化學與材料科學學院講師，研究方向：重質油加工與利用。