基于半實物仿真工廠的化工制圖課程思政和美育探析

高光海，徐坤山，田暉，趙旗，王瑋，李碩，杜玉朋

(煙臺大學 化學化工學院，山東 煙臺 264005)

1 概述

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展及“中國制造2025”等一系列國家戰略，教育部積極推進新工科建設，先后發布了一系列相關文件，指明了現階段及未來一段時間新工科建設的任務和發展方向。在此背景下，培養思想品德修養高且綜合素質優異的復合型人才是當前以及今后相當長一段時間內高校教學的重要任務。特別是2018年9月10日，習近平總書記在全國教育大會上對我國教育的首要問題和根本任務提出了具體要求后，進一步明確了這一重要任務[1]。綜合素質優異的復合型人才應當德智體美勞協同發展，且具有較強創新意識及創新能力，這就要求高校在育人過程中積極推進五育并舉、協同融合。然而，目前一些高校在育人過程中普遍存在五育推進不協調、不融合，特別是專業課程中美育教育尚存在較大不足。鑒于此，2020年中共中央辦公廳、國務院辦公廳發布了《關于全面加強和改進新時代學校美育工作的意見》，對美育的性質、作用和任務進行了系統的闡述，表明了國家對學校美育工作的高度重視[2]。由此可見，堅持五育協同并舉是落實立德樹人這一根本任務的重要內容之一。

課程是落實立德樹人，培養高素質復合型人才最基本的核心要素，課程的質量直接決定人才培養的質量，為此需要進行課程深化改革，積極探索課程建設，以滿足當前及今后新工科建設人才培養需求。化工制圖是一門與生產實際密切相關、實踐性較強的專業基礎課，在高校理工科專業課程體系中具有先導作用，為后續若干專業課、實習實踐及畢業設計等奠定重要的基礎。化工制圖課程主要研究化工圖樣的繪制與閱讀，培養學生的形象思維、空間想象能力以及工程實踐意識。但目前課程在教學過程中存在以下主要問題：(1)課時有限，但知識點較多，無法全部展開進行深入講授，導致各高校在制圖基礎部分(工程制圖)與化工圖樣部分之間的課時分配及偏重點方面存在較大差異；(2)課程教學過程中對德育和美育的滲透性不強，缺乏相應的教學案例，德育和美育與課程知識點之間的融合度不高，強行加入思政和美育教育影響了課程的邏輯性和連貫性；(3)課程的實踐性較強，且課程開設學期早于實習日期，學生對化工生產過程缺乏直觀認識，對典型化工設備的構造和工作原理、工藝流程、設備和管道的布置等內容缺乏相應的知識儲備，在課程學習中普遍感覺枯燥乏味且比較吃力，學習積極性不高，課程教學效果不佳。

基于目前所存在問題，課程教學團隊在新工科背景下基于OBE理念，以專業所建立的半實物仿真智慧工廠為基礎，參照案例式教學方法積極探索課程改革及建設方案。同時將思政和美育融合于課程教學內容中，堅持顯性教育與隱性教育相統一，積極推進專業知識講授與德育和美育的協同推進，加強課程趣味性，調動學生學習興趣和積極性，提升學生學習效果。結合實際教學情況，課程教學團隊具體從半實物仿真智慧工廠建立及高效利用、課程教學內容模塊化劃分、思政和美育元素挖掘及融入等方面進行探討改革，以期滿足新工科背景下卓越工程師培養的要求。

2 半實物仿真智慧工廠

專業在校內工程實訓中心按等比例建設了煤制甲醇半實物仿真智慧工廠，工廠總計三層平臺，整個生產過程所涉及的工藝流程、化工生產設備、管道、儀表閥門以及公用工程等全部展現出來，形成了一套完整的化工生產過程，具體如圖1所示[3]。學生可隨時到工廠進行參觀學習，直觀感受化工生產過程，有助于理解化工制圖課程相關知識點，可極大提高學習效果。

圖1 半實物仿真智慧工廠

3 課程教學內容模塊化改革

化工制圖作為化學工程與工藝、制藥工程等專業的必修課程，需要講授畫法幾何、機械制圖、技術制圖、化工圖樣以及AutoCAD軟件輔助繪圖等方面的內容，然而理論授課學時只有32學時，存在課時少、但知識點太多的現象。授課教師需要合理設置授課內容，既要將基本知識點及重點難點部分講解清楚，又要保證授課內容的完整性，因此必須加強對課程授課內容的高度設計和合理取舍，以便提高授課效率。

針對該問題，課程教學團隊在總結現有教學情況基礎上，結合專業特點及人才培養需求，將課程授課內容進行模塊化改革[4]，切割為化工制圖基礎模塊、化工設備模塊、工藝流程模塊、設備和管道布置模塊以及計算機輔助繪圖模塊，同時構建邏輯清晰、內容合理的模塊化教學內容。前四個模塊中各模塊之間相對獨立，但又存在逐層遞進關系，其中計算機輔助繪圖模塊貫穿其他各模塊之間，具體設置如圖2所示。

圖2 課程模塊化教學內容

通過化工制圖基礎模塊講授學生可掌握制圖的基本規定、相應的國家標準規范、投影基礎、形體結構特點及投影特性、機件常用表達方法、機械零部件圖和裝配圖等方面的基本理論和基本方法，為后續化工圖樣的學習奠定基礎。化工設備模塊學生可學習化工生產過程常用典型設備的結構組成和特點、加工過程及裝配方式、化工設備圖的種類和內容、化工設備圖常用表達方法，進而掌握化工設備圖的閱讀與繪制。通過工藝流程模塊講授學生可熟悉化工生產工藝流程設計原則、工藝流程圖作用及分類、工藝流程圖內容以及工藝流程圖的閱讀和繪制。設備和管道布置模塊學生可了解設備和管道布置原則、設備布置圖和管道布置圖的作用及內容，熟知設備布置圖和管道布置圖的閱讀與繪制。通過計算機輔助繪圖模塊的演示學生可掌握采用AutoCAD軟件進行繪圖的基本操作，熟知機械零部件圖和裝配圖、化工設備圖和工藝流程圖、設備及管道布置圖的繪制方法和技巧。

4 課程思政和美育元素挖掘及融入

思政和美育元素的選取及設計是實施課程思政和美育教育的重要前提和基礎，為此需要進行系統挖掘，找準課程知識點與思政和美育元素的有機切合點，將思政和美育元素巧妙嵌入和融合到課程教學中，做到潤物于無聲[5-8]。課程教學團隊以專業所建立的半實物仿真智慧工廠為基礎，結合所構建的模塊化教學內容，深入挖掘相應的思政和美育元素，將其融入相應的課程內容中，實現課程專業知識講授與思政和美育教育的協同并進。課程改革中部分案例的選取與設計如下。

4.1 化工制圖基礎模塊

4.1.1 思政元素選取與設計

通過講授制圖與讀圖的目的是服務于工程，引導學生建立工程意識，為化工行業卓越工程師的培養奠定基礎。通過對國家相關標準和規范的講解，引領學生樹立標準意識、行業規范意識、工程倫理意識、安全意識及法律意識，進一步強化學生的工程思維意識和職業道德精神。

4.1.2 美育元素選取與設計

在對圖紙的布局進行講解時，滲透其中所體現的布局之美及和諧之美。在講解圖紙右下角的標題欄時，可說明標題欄在整個圖紙中所起到的基礎支撐作用，從而體現出圖紙的穩重。在講解圖紙中各圖形、尺寸標注和文字說明部分之間的統籌協調時，可說明這些設置體現出了圖紙布局的和諧共生之美。在講解圖紙中圖線、文字及箭頭等的應用時，可突出這些設置所體現出的規范協調之美。在形體分析和機件表達中通過對各種視圖的對比講解，可闡明基本視圖和剖視圖、斷面圖之間的直接對比所體現出的對比美。在對工程中常用零部件結構特點及其圖紙進行講授時，從對稱繪制及對稱標注等方面引出其中所包含的對稱之美，進而延伸到自然界和社會生活中的對稱平衡美[9-10]。

4.2 化工設備模塊

4.2.1 思政元素選取與設計

在講解化工設備零部件組成及裝配時，通過講授各零部件在整個化工設備中的作用，逐步引申到整體和局部的關系，引導學生建立整體均是由局部組成、整體功能總是大于局部功能、任何局部均不可缺少的思維理念，由此引申到每一位都是社會和家庭的重要一員，在追求美好生活實現中國夢的征程中每個人都是參與者和見證者，從而激發學生們的自豪感和使命感。在講解化工設備安全閥時，如圖3所示，通過講授安全閥的工作原理和作用，結合仿真工廠的實地觀看，培養學生們的安全責任意識，引導學生牢固樹立安全第一的發展理念。

圖3 化工設備安全閥

4.2.2 美育元素選取與設計

在講授化工設備整體結構特點時，突出回轉體這一基本概念，從而體現出化工設備形體的對稱之美，如圖4所示。在講解化工設備零部件時，突出零部件結構的合理布局，從而引申出化工設備設計、制造和安裝的整體協調之美，如圖5所示。在講授化工設備裝配圖時，突出其規定畫法和特殊畫法，并與通用機械裝配圖進行對比，以此展現出化工設備圖中的簡化之美、多次旋轉之美。

圖4 化工設備整體結構

圖5 化工設備零部件結構

4.3 工藝流程模塊

4.3.1 思政元素選取與設計

通過對工藝流程圖分類及內容的講解，突出流程圖中各部分作用、繪制要求及所要遵從的行業規范，逐漸引申出職業道德素養的建立和維護。講授時從流程圖中每一條管線、每一個設備、每一個儀表閥門以及每一個箭頭等的繪制和布局等角度展開，讓學生知悉并體會每一個工藝流程圖繪制時所要求的嚴謹、細致、耐心，啟發學生體會其中所蘊含的偉大卓越的匠人精神，從而引導學生樹立良好的價值觀和職業素養，激勵學生在學習和工作中精益求精，不斷追求卓越。

4.3.2 美育元素選取與設計

以半實物仿真智慧工廠中帶控制點工藝流程圖為例，對比分析流程圖中不同顏色管線所代表的不同物料管線，以此來體現流程圖中的對比美。根據工藝流程圖和仿真工廠現場對照觀看情況，闡明管線橫平豎直的布局特點，以此來體現流程圖及實際生產中管線的布局之美。以工藝流程圖中管線箭頭所示物料流向的標注為例，結合仿真工廠現場實況，如圖6所示，闡明其所體現出的化工生產過程中的人性化之美。

圖6 化工生產管線及物料流向

4.4 設備及管道布置模塊

4.4.1 思政元素選取與設計

以廠區、生產車間、車間內外設備和管道等布置時所需注意事項為例，同時結合學生在現場的真實體驗，如圖7所示，不斷強化實際生產中的安全意識，引領學生真正切身體會到安全在實際生產中的重要性，切實將安全意識根植于心，并由此延伸到職業道德及工程倫理的培養和熏陶。

圖7 化工生產車間布置

4.4.2 美育元素選取與設計

通過講授車間內外設備和管道的布置特點，同時結合仿真工廠中設備和管道的真實布置情況，如圖8和圖9所示，引導學生深刻體會化工生產中的整齊美、有序美。通過引導學生觀看并體會整個廠區設備和管道的布置特點，如圖10所示，讓學生切身體會到實際化工生產中的錯落有致之美，由此引申到古詩詞中“橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同”所表達的唯美風景，將大自然的美景與化工實際生產結合起來，從而表現出化工生產之美、行業之美，進而引導學生加深對行業所體現出的美的體會與感悟。

圖8 離心泵布置

圖9 工藝管道布置

圖10 車間設備和管道整體布置

5 結語

針對化工制藥類專業課程群中化工制圖課程教學所存在問題，將知識點龐大的課程內容進行模塊化集成劃分，既完整體現出課程知識點，又增加授課內容的直觀性與邏輯性，便于學生高效學習。同時以專業所建立的半實物仿真智慧工廠為基礎，深入挖掘每一課程教學模塊中所蘊藏的思政和美育元素，將相關案例融入日常課程教學中，既激發了學生學習的積極性和樂趣，又提高了學生們學習效率，同時還加強了課程授課過程中對學生五育的培養，為新工科背景下卓越工程師的培養奠定了基礎。