新工科背景下化工制圖與CAD 課程教學過程優化策略研究

雷鳴，李文(廣西民族大學 化學化工學院，廣西 南寧 530008)

0 引言

立德樹人是中國大學德育工作的中心環節，也是學校教育三大功能的核心內容。習近平總書記對高等教育事業發展提出了全程教育、全面育人的要求[1]。2018 年10 月，教育部、工業和信息化部及中國工程院聯合發布了《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0 的意見》，強調要“推動學科交叉融合，促進理工結合、工工交叉、工文滲透，孕育產生交叉專業，推進跨院系、跨學科、跨專業培養工程人才”[2-3]。2022 年10 月，習近平總書記在“二十大”報告中指出：加快實施創新驅動發展戰略，加快實現高水平科技自立自強，以國家戰略需求為導向，集聚力量進行原創性、引領性科技攻關，堅決打贏關鍵核心技術攻堅戰，加快實施一批具有戰略性、全局性、前瞻性的國家重大科技項目，增強自主創新能力。這正是全程育人和全方位育人的指導綱領和行動抓手[4-5]。化工制圖與CAD 課程是各理工類高校化學化工類專業必修基礎課程之一，其主要包括“化工制圖”與“Auto CAD實踐”兩大塊內容，課程屬于工程制圖范疇。通過化工制圖與CAD 課程學習，學生能夠系統地了解和掌握工程圖樣的格式規范以及設備布置圖、工藝流程圖、總裝圖等的繪制方法，使學生成為滿足企業需求和國家發展需要的全方位高級人才。鑒于化工制圖與CAD課程在化學化工類專業中的重要性，已有很多與其教學相關的研究報導，然而關于優化化工制圖與CAD課程教學策略的研究，迄今鮮有報道。

本文在分析化工制圖與CAD 課程教學現狀的基礎上，旨在對化工制圖與CAD 課程教學過程的優化策略進行研究。教學合作團隊在化工制圖與CAD課程教學過程中，創造性地嘗試了專業知識講解與學生空間思維建構方式相結合的培養模式、傳授繪圖專業知識與培養學生三維建模能力相結合的教學方式，旨在培養學生全方位思考和解決問題的能力。在介紹專業知識與學科進展的同時，向學生傳遞愛國敬業精神和細致耐心的工作作風。將“傳道、授業、解惑”貫穿于專業教學的全過程，注重培養教師在辦什么樣的大學、怎樣辦好大學和培養什么樣的人、如何培養人、為誰培養人的問題上的責任感和使命感[6]。從教以來，教學合作團隊以教學理念、教學內容、教學方式、實踐教學為抓手不斷探索教學改革與創新，將人才培養貫穿于教學的全過程，在培養具有創新能力的全方位人才方面取得了良好的效果。

1 化工制圖與CAD 課程教學現狀概括

1.1 化工制圖與CAD 課程課時數壓縮與教學內容繁多的沖突

目前，各高校化學化工類專業化工制圖與CAD 課程教學課時數量呈現逐漸減少趨勢，而化工制圖與CAD課程教學內容不僅有尺規繪圖，還包括畫法幾何、三視圖剖析、Auto CAD 軟件學習、Auto CAD 編程實踐開發及Auto CAD 三維建模等內容，此外其他方面的新興繪圖內容也在不斷增加[7]。這將會造成化工制圖與CAD課程教學時間逐漸減少和教學內容日益增加的沖突，不僅會對化工制圖與CAD 課程教學造成困難，也會使教學效果大打折扣，因此優化教學策略是非常必要的。

1.2 化工制圖與CAD 課程應用性與理論教學主導性的沖突

隨著化學化工行業的迅速發展，化工制圖與CAD課程的應用性要求也越來越細分。教學中需要及時更新課程，以更好地適應行業需求，然而在化工制圖與CAD 課程教學中，仍然是以理論課程教學為主導。化工制圖與CAD 課程的實際應用性是培養學生動手能力的重要方式，但很多高校化學化工類專業實踐課程仍存在諸多問題，例如內容單一、對應軟硬件更新慢及設備缺失等，種種局限性使實踐教學只能起到輔助作用，這對于學生理解與掌握化工制圖與CAD 課程的應用功能性是極為不利的，也不符合現代化學化工類學科專業的發展方向。

1.3 化工制圖與CAD 課程內容抽象性與學生背景不一性的沖突

化工制圖與CAD 課程教學概念抽象、實際操作難度大，同時專業術語、標準繁多，是典型的需要付出極大的毅力和耐心的課程，而化學化工類專業的學生起點差異較大，仍有一部分同學數學及其他理科知識基礎薄弱。因此，部分學生在化工制圖與CAD 課程學習中，經常感到理論知識之晦澀難懂、繪圖內容之枯燥乏味，對跟上課程進度感到力不從心。如此久之，會導致學生對課程知識興趣不大、對課堂參與積極性不高。

1.4 化工制圖與 CAD 課程評價體系單一性與教學目標多樣性的沖突

檢驗教學目標是否達成需要多維度的課程評價體系。而在大多高校教學中，化工制圖與CAD 課程主要以閉卷考試的單一評價形式呈現，基本沒有對應適當的課程實踐應用性的評價體系。化工制圖與CAD課程的教學目標是通過課程學習學生不僅要掌握點、線、面、體的組合畫法和幾何投影規律，而且要了解和掌握一般工程制圖的標準格式樣式和組織構成規律，以及工藝圖、設備圖、管線圖之間的邏輯關系和相互影響。學生更需要具備運用所學知識進行工程設計的能力，而不僅僅是對理論知識的掌握。

2 化工制圖與CAD 課程教學優化策略

2.1 教學內容優化

首先應在課程教學大綱要求的范圍內，依據學情選擇合適的教材。工程制圖理論教學涵蓋了機械制圖的教學內容，如制圖標準、投影基礎、基本實體切割與相貫、裝配、機械零件表達、零件圖、總裝圖等[8]，還涉及化工工藝、車間和管道布置、設備、化工常用零件以及其他化工工程圖紙。目前，化工制圖與CAD 課程教材中的機械制圖內容多于化工制圖內容，導致與化學工程應用有一定差距。為了解決這一實際問題，教學內容應設置為六個教學模塊：繪圖基礎知識、工藝流程圖、車間布置圖、設備圖和管道布置圖以及正投影和視圖表達。繪圖的基礎知識可以使學生初步建立繪圖規范意識；而工藝流程圖是項目的核心，是表達項目生產規模、生產工藝、操作條件、自動控制方案、設備類型和數量的重要圖紙。工藝流程圖繪制較為簡單，與繪圖基礎銜接緊密，繪圖基礎講授完成后即可進行工藝流程圖課程的講授。此外，閱讀和繪制流程圖不需要投影知識來鋪墊，因此學生更容易上手，可以快速加深對圖紙的理解。正投影和視圖表達基于“足夠”的原則，應刪除實體表面上的點線提取、復雜組合、切割和相貫等內容，以降低截面視圖學習的難度。隨后通過對車間布局、設備和管道布局的深入學習，學生可以了解和掌握化工項目的全貌。

2.2 把握學生專業的細分特點

由于化工制圖與CAD 是基礎理論課，學生所在專業不同，知識背景不同，且各專業培養要求也不同[9]。例如：應用化學專業、高分子科學與工程專業的學生大多都文化基礎課程稍好，培養目標應以教學科研為主；而化學工程專業的學生雖然欠缺一些理論知識，但是實踐能力稍強，培養目標應以化工專項教學、管理等內容為主。因此，備課時要準確把握學生專業的細分特點，初步了解學生的知識儲備概況，再依據其培養要求，制定與之相適應的教學內容。

2.3 改進教學方法

化工制圖與CAD 可采用多種形式的教學方法，包括傳統教學法、參與式教學法、結構教學法、探究教學法、啟發式教學法、PBL(基于問題的學習)教學法、案例教學法及比較教學法等[10-13]。在備課時，教師可根據教學內容和學生的知識儲備，選擇最適合的教學方法。化工制圖與CAD 課程主要采用以教師講課為主、再結合合適的課堂和課后作業的傳統教學方法，導致大多數高校專注于課程考試。當課程結束時，教師通常要求學生繪制化學工程圖紙并提交，之后根據學生的圖紙給出最終評價。但是，這種傳統的教學方法和考試方法存在一些不足，例如教學內容更新較慢、學生學習的積極主動性差、在一定程度上通過考試無法絕對真實地體現學生實際的繪圖及讀圖能力。隨著新時代的快速發展，該方式漸漸不符合學生培養標準和社會要求。因此，教學合作團隊計劃采用線上和線下混合教學的方式，利用雨課堂、騰訊課堂、騰訊會議、QQ 視頻等現代在線教學平臺，講授化工制圖與CAD 課程的基礎理論知識。團隊還提出使用國家和省級的優質網絡課程資源，采用在線授課，同時使用增強現實手段來改進教學方法。改進后教學方式的主要優勢是以學生作為學習的主體，聽課時間自由并可以反復學習，直到將有疑惑的知識點弄明白，使學生在有限的時間內提高學習效率。團隊運用線上線下相結合的教學方式，引導學生學習的方法，通過翻轉課堂調動學生自主學習的積極主動性，在教師的帶領下實現合作探究式學習，以真實化工管道模擬演示、設備實操模擬演示等形式完成課堂內容的教學[14]。此外，團隊還采用繪圖競賽的形式增加學生的參與感和積極性。

2.4 評價體系優化

學生的最終成績可分為三個部分進行評價：出勤和理論作業分數、繪圖理論測試分數、繪圖能力測試分數。

(1)出勤率和理論作業分數。取總分的30%作為出勤率和理論作業分數，主要檢查學生課堂的出勤情況以及課后作業的完成度。教師團隊可根據線上線下學生出勤情況，給出出勤分數(15%)，包括病假、事假和無故缺勤。理論作業是繪圖理論的相關作業，包括按國家標準規范手繪三視圖、截面圖、管道圖及幾何畫法等內容(15%)。

(2)繪圖理論和讀圖測試分數。取總分的40%作為繪圖理論和讀圖測試分數。這部分考查學生工程制圖基礎知識的掌握以及理解化工制圖的能力。大部分化工制圖以統一的國家標準形式進行讀圖，需要查閱標準手冊，所以以開卷考試的形式進行。試卷內容主要包括工程制圖理論知識及化工圖紙識別、糾錯。同時，以傳統的學生單人單桌、老師監考的方式實施。考試時間可設置為1～2 小時。

(3)繪圖能力競賽結果。取總分的30%作為繪圖能力競賽分數，主要考查學生使用Auto CAD 軟件繪制化工圖紙的熟練程度和準確度。可在線上和線下進行，學生向老師全面展示課程中所學到的知識和能力。

3 結語

化工制圖與CAD 課程的教學優化策略以培養學生成為跨領域、跨學科和跨專業的工程技術人才為目的，是新時代的育人標準對教學提出的更高要求。該策略可以提高學生學習本課程的興趣，有利于學生更好地掌握繪圖理論知識和繪圖方法。化工制圖與CAD課程評價方法的改革使學生的成績更充分地反映了課程設計的檢查目標，不僅評估了制圖理論和讀圖能力，還全面評估了繪圖能力。因此，化工制圖與CAD課程的教學優化策略符合新時代對高等教育和教學所提出的新要求。