生物工程專業化工制圖與CAD教學改革與實踐

陳麗紅 綦利英 邢榮蓮

【摘要】本文依據生物工程專業需求，以高素質應用型人才培養為目標，主要從教學內容、教學方法、教學媒介、考核方式等方面分析了《化工制圖與CAD》課程教學現存的主要問題;以此探索通過教學模塊構筑、有機耦合相關課程、強化實習實踐、課程設計任務驅動等教學全過程改革，以提高教學質量，強化學生綜合設計能力，培養學生工程素養。

【關鍵詞】生物工程? 化工制圖? CAD? 教學改革

【基金項目】山東省本科教學改革研究項目“基于OBE理念的工科專業多元化立體化實踐教學模式研究與實踐”（編號：M2020126）;煙臺大學教學改革研究項目“基于OBE理念的生物工程專業實踐教學模式及運行機制研究”（編號：jyxm2020039）;煙臺大學教學改革研究項目“基于OBE理念的興趣導向工科大學生個性化發展的專業綜合實驗教學模式初探”（編號：jyxm2021042）。

【中圖分類號】G64 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）33-0191-02

一、《化工制圖與CAD》課程教學存在的主要問題

（一）教材內容少，無配套習題，無CAD教程

目前，本課程使用的教材主要包括機械制圖和化工制圖兩個系列。機械制圖部分包括制圖基礎、投影知識、三視圖、機件常用表達方法、零件圖及裝配圖等，知識點較多、囿于課時講授較淺;化工制圖部分主要包括化工常用零部件、化工設備圖、化工流程圖、建筑圖紙、設備布置圖和管道布置圖，內容介紹相對簡單、更新不及時，工程應用性不強。而且大部分教材沒有配套習題冊，即使有習題冊，也是習題數量少、內容簡單，導致化工制圖部分教師講授簡單，學生練習平臺匱乏。配套的CAD繪圖課程也缺少專門的教程，多由任課教師根據實際情況完成授課及習題設計，學生缺少學習資料。

此外，已有教材面向所有的化學工程相關專業，主要介紹化學工業通用的設備，很多設備與生物工程專業相關性不強，生物工程專業相關的典型設備、生產工藝等介紹較少，在教學的針對性上有所欠缺。

（二）形象思維能力要求高，學習難度大

制圖和讀圖是化工制圖課程教學的兩大主要任務，形象思維能力是制圖和讀圖的基礎，包括空間思維能力的培養和讀圖技巧的掌握。這兩者都需要大量的實踐練習，在讀圖與制圖的可逆過程中反復訓練，但學生在中學時代未接觸過相關訓練，其基礎課程工程制圖在高校教學改革中課時大幅壓縮，導致學生基礎知識掌握不牢固[1]，對機件的空間想象和理解都比較困難，很難形成清晰的思路，未建立起完整的工程圖學知識體系，增加了課程學習難度。

（三）理論內容多，課程枯燥

本課程核心內容是以投影原理為基礎，學習化工設備圖、工藝流程圖、設備布置圖以及管道布置圖方面的知識，將三維的直觀形象轉化為二維的抽象表達，這些硬性的教學要求與學生的興趣形成了反差，而且學生還不具備相應的生產實踐經驗，對設備的工作原理、結構、實物以及生產實踐了解甚淺，認知不足，不能做到真正意義的理解。因此學生普遍感覺課程內容枯燥，學習積極性不高。

（四）工程意識薄弱，缺乏嚴謹態度

化工制圖是一門標準性很強的課程，在制圖過程中需要查閱和遵循相關標準。培養學生的工程設計理念，樹立標準化意識，這也是課程的重要目標之一。生物工程專業的特點是理、工并重，學生需要同時學習科學理論和工程知識，因此在一定程度上存在工程理念教育不到位的現象;另一方面，由于企業生產安全和技術保密等要求，學生并不能真正到生產一線去深入學習，參與程度低，學習效果有限。因此學生實習、實踐不足，工程意識薄弱，未能充分認識圖紙在實際生產的重要地位，圖紙繪制過程存在較大的隨意性，存在化工設備圖視圖選擇不合理、尺寸標注不規范、符號注釋不正確;工藝流程圖設備比例不合適、線型不得當、標注不到位等現象，圖紙完成質量較差。

二、《化工制圖與CAD》教學改革與實踐

（一）結合實踐，構筑教學模塊和方式

依據“實用、適度、夠用”的原則，結合生物工程專業特色，根據后續課程需求，對理論教學內容做出適當調整，降低機械制圖部分難度，化工制圖部分增加發酵生產、分離提取所需生產設備及工藝設計等相關內容。

學生聽課屬于知識輸入過程，讀圖、制圖屬于知識輸出過程，兩個過程有機結合能有效強化知識的掌握[2]。但高校大部分課程都偏重于理論知識講授，輕視知識輸出，導致學生聽不進、記不牢、忘得快，沒有培養學生真正具備相關能力，根據后續教學工作需求及企業走訪和畢業學生反饋，生物工程新版教學大綱增加了化工制圖與CAD課時。通過調整課程安排，每周一次課堂授課講授理論知識，一次課堂授課講授AutoCAD繪圖操作，一次學生機房實踐，理論授課和上機實踐穿插進行，通過上機實踐將理論知識和制圖、讀圖技能融合與銜接，使學生能夠即時學以致用，教師通過上機實踐及時發現學生薄弱環節，有針對、有側重地開展教學。

（二）融會貫通，有機耦合相關課程

良好的教學效果不應止步于學生對本課程知識的掌握，更應讓學生在系統的知識體系中應用課程知識，與其它課程有機耦合，建立完整的知識體系。本目標的實現要求授課教師熟悉生物工程專業課程體系，具備相關的理科知識和工科實踐，從學生角度設計教學內容，建立課程間的相互聯系。

化工設備圖紙涉及多種化工設備，學生雖然可以在相關實驗、實踐課程接觸到一些典型設備，并也到生產工廠進行了認識實習，但由于企業生產安全和技術保密等要求，學生并不能真正到生產一線去深入學習，學習效果有限。學生對設備制造、性能等缺少深入了解，容易有畏難情緒，學習熱情不高。通過與關聯實驗、實踐相結合，以單元操作在課程之間建立聯系，從原理到設備，從實物到圖紙，從設計到生產，既有助于本課程的學習，又有助于學生知識網絡體系的建立。以生物工程常用設備——發酵罐為例，以實驗室的中試發酵罐為例，首先教師結合實物，實地講解，讓學生了解發酵罐的主要部件，如罐體、攪拌裝置、傳動裝置等及各零部件之間的裝配關系，如封頭與筒體的連接方式、軸封方式等，并就此指出在制圖過程中應該注意的事項。然后讓學生進行實物測繪，進行制圖。這種教學、實踐課堂相結合的教學方式既可提高學生的學習興趣，加深學生對設備認識，又有助于學生掌握繪圖相關標準和規范。

（三）重視實踐，培養學生工程素養

化工制圖是一門實踐性很強的學科，必須與生產實踐相結合。通過與相關企業的合作，選取與教學內容相關的工廠，課程結束時安排學生進行認識實習，加強學生對所學知識的認識，現場教學將化工制圖中很多工程規定、設計規范等理論知識與實際生產建立聯系，有助于提高學生對于企業安全生產和規范生產的重要性認識，強化工程素養[3]。

由于時間關系和出于生產安全考慮，一般而言認識實習時間較短，若安排不當，很容易走馬觀花，學生很難真正理解生產流程、了解生產設備。這就需要教師提前做好準備工作，指導學生編寫實習計劃安排，畫出主要設備和工藝圖紙，通過圖紙內容與實際工程的相互印證，鞏固和加強學生對理論知識的掌握和理解，獲得對化工設備和工藝的感性認知，了解行業發展現狀，縮小學生所學知識與社會需求之間的落差。

（四）課程設計，提高學生綜合設計能力

化工制圖是一門標準性很強的課程，相關的繪圖方式及格式等都有對應的國家標準或行業標準，單純的課堂授課學生覺得枯燥乏味，傳統考試重點為基本的繪圖理論知識，注重學生理論知識的掌握，對學生繪圖能力的重視不夠，導致后續專業課程學習吃力。教學改革后采用過程考核方式，讓學生自己動腦、動手完成課程設計，在此過程中老師與學生多次溝通，加強輔導，學生通過查閱資料，對照相關標準，加深理解，將知識點內化并輸出，從而對化工設備圖紙、工藝圖紙、國家標準等系列知識有了更全面和系統的學習。

采用任務驅動型模式[4]，根據實習的工藝和案例，在不同的教學階段進行系列課程設計，讓學生成為學習的主體。首先提出工藝目標，讓學生查閱文獻，整理資料，完成單元操作的設計（工藝設計），其次制定完成每個單元操作需要的主要設備（化工設備圖），根據設備特點設計生產線（工藝流程圖），由生產需要設計廠房（建筑圖紙），將設備進行合理布置（設備布置圖）。通過一系列的任務，驅動學生了解每類圖紙在生產中的作用以及表達特點和繪圖方式，將化工制圖與生產過程融合，提高學生綜合能力。課程結束后，通過認識實習，老師現場教學，完成課堂學習與生產實踐的有機融合，讓學生學得清，畫得出，看得懂。

三、結語

通過對《化工制圖與CAD》課程教學各環節進行改革與實踐，突出強化了理論學習、實踐學習和自主學習三個環節的相互銜接和促進，取得了良好的教學效果，解決了師生雙方在教學過程中存在的一些問題，提高了學生對理論知識的理解和掌握以及解決實際問題的能力，培養了學生的工程素養。隨著時代和科技的不斷發展，《化工制圖與CAD》課程教學還需要更多的改革與實踐，只有不斷改革完善教學內容，豐富教學手段與方法，積極創新，才能培養出科學與工程并重、適應時代發展的高素質應用型工科人才。

參考文獻：

[1]胡婧.生物工程專業制圖課程的教學實踐與思考[J].教育教學論壇，2016（46），139-140.

[2]張杰，徐平，毛海立，等.化工制圖課程教學改革的思考[J].化工高等教育，2017（3）：64-68.

[3]孫虹，管航敏，司靖宇，等.《化工制圖》模塊化構建與實踐探討[J].廣東化工，2017，44（349）：310-311.

[4]王小雨.以學生為中心的化工制圖案例式教學模式研究與實踐[J].山東化工，2019（16）：201-202.