立足于“化工原理”課程設(shè)計的工程制圖教學(xué)改革

張忠潔，劉久逸，王嵩

（安徽大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，安徽合肥230601）

“化工原理”課程和相關(guān)專業(yè)課程如“工程制圖”“化工熱力學(xué)”及“化工設(shè)備設(shè)計機械”基礎(chǔ)等知識的綜合運用，是化工專業(yè)用于鍛煉實踐綜合能力的重要課程?！肮こ讨茍D與CAD”是工科類本科生的必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，它為學(xué)生學(xué)習(xí)繪制和閱讀工程圖樣的基本原理和基本方法提供了很好的平臺。通過學(xué)習(xí)該課程，可以使學(xué)生了解國家標(biāo)準(zhǔn)“機械制圖”的基本規(guī)定；通過學(xué)習(xí)畫法幾何中正投影的基本原理和方法，使學(xué)生具有繪制和閱讀工程圖樣的能力；通過學(xué)習(xí)構(gòu)形設(shè)計的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的空間形象思維能力和創(chuàng)新意識，并培養(yǎng)學(xué)生運用計算機繪圖的能力[1-2]。但是，在課堂教學(xué)過程中也存在一些問題，比如學(xué)生提不起興趣，昏昏欲睡，上課玩手機等，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率下降。產(chǎn)生這些問題的主要原因是大多數(shù)教學(xué)都以教為主，忽略了學(xué)生們的不同特點和需求，學(xué)生只是被動接受知識，完成作業(yè)，學(xué)習(xí)的熱情和主動性不夠。針對學(xué)生們在各學(xué)期的“化工原理”課程設(shè)計中出現(xiàn)的化工設(shè)備圖紙繪制質(zhì)量不高的現(xiàn)象，結(jié)合個人授課過程中發(fā)現(xiàn)的問題，本文將主要探討在實踐應(yīng)用中工程制圖教學(xué)改革，減少理論教學(xué)內(nèi)容，增加實訓(xùn)設(shè)計項目，如在教學(xué)過程中可適當(dāng)增加三維軟件[6]以促進(jìn)學(xué)生們對化工工藝、設(shè)備設(shè)計的進(jìn)一步認(rèn)識與了解，從而提高學(xué)生想象能力及運用知識解決問題的能力，不斷改進(jìn)教學(xué)方法。通過這些措施進(jìn)一步提高教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和設(shè)計意識。

1 當(dāng)前國內(nèi)“工程制圖”教學(xué)現(xiàn)狀

“工程制圖”是一門主要研究應(yīng)用投影原理進(jìn)行圖示和圖解空間幾何問題的理論與方法的課程,其目的是培養(yǎng)學(xué)生工藝與工程能力。在“工程制圖”教學(xué)內(nèi)容中，立體投影以及立體相貫部分的講解，需要學(xué)生有較強的空間思維能力。但是就目前“工程制圖”教學(xué)現(xiàn)狀來看，在各高校中這門課程的教學(xué)都有不同程度的改進(jìn)，但是由于部分學(xué)校的教學(xué)資源相對落后，用于教學(xué)的實體模型滿足不了需求，尤其是相貫?zāi)Ｐ汀嶓w模型一般比較小，不一定能完全將書本上的內(nèi)容表達(dá)清楚。這門課程需要學(xué)生們解決的問題在于二維平面與三維空間形體的靈活轉(zhuǎn)換[6-7]。學(xué)生看到立體模型，當(dāng)老師旋轉(zhuǎn)物體時所處角度不同，看到的投影也就不完全一致。除已有的立體幾何知識外，我們還需要用全新的投影知識去分析、解決問題，這往往導(dǎo)致剛剛?cè)腴T的學(xué)生感到抽象，理解困難，尤其是對于陌生而又復(fù)雜的立體模型來說。

對于工科類專業(yè)來說，本科院校是以培養(yǎng)符合社會需求的具備工程素質(zhì)的人才為目標(biāo)，所以就后期的發(fā)展來看，對現(xiàn)有的“工程制圖”課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革是非常亟需的，也是非常有意義的。

2 教學(xué)模式的改進(jìn)措施

“工程制圖”作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，重在培養(yǎng)學(xué)生多樣化、多元化的思維能力，這在一定程度上影響了學(xué)生對“工程制圖”課程相關(guān)知識和技能的掌握。就目前很多高校院系的“工程制圖”課程教學(xué)的發(fā)展情況來看，仍然存在許多問題，這在一定程度上阻礙了“工程制圖”的持續(xù)改進(jìn)，因此，我們必須采取有效的措施加以改進(jìn)，以不斷提升“工程制圖”教學(xué)質(zhì)量。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

在“工程制圖”課程的教學(xué)過程中，大多數(shù)教師通常按照給定教材的課程體系來教學(xué)，而沒有針對不同專業(yè)的學(xué)生對課本中的重難點內(nèi)容進(jìn)行合理的調(diào)整，且沒有建立合理有效的課程內(nèi)容體系，導(dǎo)致在所教授的內(nèi)容中，有些內(nèi)容理論性強，但在實際中的運用少之又少，所以需要有針對性地對“工程制圖”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的改革。根據(jù)我?；瘜W(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)安排，在學(xué)院短學(xué)時授課內(nèi)容的安排下，采取全面講授課程內(nèi)容，有針對性地在教學(xué)內(nèi)容上抓住重點，有利于學(xué)生更清晰地掌握“工程制圖”知識的主要內(nèi)容，其中制圖基本知識主要包括國家標(biāo)準(zhǔn)、畫法幾何和平面繪圖等部分；投影基礎(chǔ)主要包含投影基本原理、三視圖原理、點線面的投影；組合體主要包括組合形式、閱讀組合體的方法等內(nèi)容；“工程制圖”教學(xué)包含的其他內(nèi)容可進(jìn)行簡單介紹，讓學(xué)生大概了解即可[3-4]。通過對課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，提煉出重要的知識點，這對于剛離開高中學(xué)習(xí)生活不久的大一學(xué)生打好“工程制圖”的基礎(chǔ)是十分有幫助的。

2.2 教學(xué)方法

在以往的教學(xué)中，有些“工程制圖”教學(xué)老師的教學(xué)方法還是比較單一落后，依然采用“學(xué)生聽、教師講”的教學(xué)方法，雖然講解熟練，但缺少與學(xué)生的互動，課堂氣氛沉悶，這在一定程度上導(dǎo)致了教學(xué)質(zhì)量不佳。因而為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)“工程制圖”這門課程的興趣，改變當(dāng)前“工程制圖”教學(xué)普遍存在的問題，我們亟需正確地改變教學(xué)方法。

對于大一的學(xué)生來說，可能對“工程制圖”這門課程的認(rèn)識不夠充分，盲目認(rèn)為在課堂上學(xué)習(xí)到的東西沒有用，因此為了使學(xué)生了解到這門課程的重要性，可在學(xué)生第一次接觸“工程制圖”的第一節(jié)課上，結(jié)合生活中的實例向?qū)W生們詳細(xì)講解本課程的目的、內(nèi)容、任務(wù)，讓大家對這門課程的重要性有一個較清楚明確的認(rèn)識，從而明白學(xué)習(xí)這門課程是非常有必要的。根據(jù)該門課程的教學(xué)方案和學(xué)時分配計劃，可適當(dāng)安排教學(xué)內(nèi)容量，讓剛進(jìn)入大學(xué)生活的學(xué)生們有一個適應(yīng)的過程；并可通過在每節(jié)課末邀請同學(xué)們一起對本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行歸納和總結(jié)，幫助學(xué)生們記憶。當(dāng)然，在授完當(dāng)前課堂內(nèi)容之后，除了借助一些模型外，還可適當(dāng)引入具體的工程圖紙或繪圖工具進(jìn)行進(jìn)一步的講解。這種方法對于學(xué)生們固有的知識體系來說會更具有真實感和吸引力。在進(jìn)行下一節(jié)授課內(nèi)容之前，可由教師帶著學(xué)生先復(fù)習(xí)上節(jié)知識，有助于學(xué)生更好地掌握。此外，對于有能力的老師，也可自己編譯上口又實用的口訣來幫助學(xué)生們記憶，或使用課堂軟件教學(xué)，在課件上發(fā)出定時的問題，學(xué)生們在手機上進(jìn)行回答，這樣既可以減少學(xué)生們上課玩手機的現(xiàn)象，又能通過學(xué)生們回答問題的對錯實時了解學(xué)生們對“工程制圖”知識掌握的情況。

2.3 教學(xué)手段

在“工程制圖”教學(xué)過程中，一些老師們主要還是依靠粉筆、黑板式的教學(xué)，教師講課往往根據(jù)自己的習(xí)慣，而沒有從容易接受新事物的學(xué)生角度出發(fā)，這樣更不容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)手段比較單一，由于教學(xué)方法缺乏多樣性，學(xué)生很容易失去學(xué)習(xí)興趣，所以我們可以適當(dāng)改變傳統(tǒng)教學(xué)中以教師為主的模式，采用角色互換法，即變“教師主導(dǎo)”為“教師引導(dǎo)”，嘗試以學(xué)生為中心的自主學(xué)習(xí)[5]。教師在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中采用問題式引導(dǎo)教學(xué)。當(dāng)然，為了保證課堂質(zhì)量的同時注重參與的普及性，選用難易適中且能充分發(fā)揮學(xué)生想像能力的章節(jié)，比如在“幾何構(gòu)型”方面的教學(xué)時，可以采用啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生大膽猜想并積極思考，又或如在視圖的閱讀中，由兩個視圖確定空間構(gòu)型時，可以根據(jù)提出的主視圖和俯視圖，讓學(xué)生分析立體圖的形狀，并邀請同學(xué)們闡述自己的觀點，針對分析的結(jié)果，可能會得出不同的結(jié)論，最后在學(xué)生們的共同討論下，老師和學(xué)生一起總結(jié)最終的結(jié)論，這樣既加深了學(xué)生對空間構(gòu)型的理解，也很好地鍛煉了學(xué)生分析問題的能力；亦或可將班級拆分組建成幾個小組，進(jìn)行以團隊為整體一起設(shè)計和討論老師布置的作業(yè)，學(xué)生之間互助輔導(dǎo)，從而有效地促進(jìn)學(xué)生更好地理解和掌握知識，教師與學(xué)生及學(xué)生之間也可互動答疑，不定期地舉行團隊比賽，進(jìn)一步增加團隊之間的交流與合作，此外，學(xué)校還可不定期組織制圖技能培訓(xùn)和知識交流，強化制圖軟件技能知識，在達(dá)到知識共享的同時，也可無形地提高學(xué)生的求知欲望。有時也可適當(dāng)采用多媒體教學(xué)，相較于傳統(tǒng)教學(xué)而言，多媒體教學(xué)還是占很大的優(yōu)勢，比如對于抽象的立體模型來說，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難直觀地將模型展現(xiàn)在學(xué)生面前，這時就可采用多媒體教學(xué)，將抽象的立體模型轉(zhuǎn)換為生動的圖文或用多樣化的視頻來展示等，便于學(xué)生更清晰地理解。當(dāng)前，計算機多媒體信息技術(shù)在教學(xué)中被廣泛運用，教師在“工程制圖”課程教學(xué)中，應(yīng)合理利用多媒體教學(xué)課件，運用電子教案、三維繪圖軟件來進(jìn)行輔助教學(xué)。此外，計算機多媒體輔助教學(xué)不僅應(yīng)用于教學(xué)課件，還應(yīng)擴充到作業(yè)、自學(xué)練習(xí)、技能測試以及教學(xué)管理等課件，并且給予試題分析及解答，幫助學(xué)生優(yōu)化學(xué)習(xí)效果，更加容易地學(xué)好“工程制圖”這門課程。

2.4 教學(xué)輔助

對于大多數(shù)剛開始接觸“工程制圖”的學(xué)生而言，理解三視圖及其所表達(dá)的立體空間形狀還是有一定困難的，所以我們可以嘗試輔助一些工具教學(xué)，貫徹以三維設(shè)計為核心的教學(xué)思想，將三維造型、圖形表達(dá)以及制圖規(guī)范有效結(jié)合，不僅能夠提升形象思維能力的培養(yǎng)，還可采用三維立體造型作為切入點，了解其表達(dá)方式和構(gòu)成原理，提升學(xué)生的表達(dá)能力和思維能力。所以，在實際教學(xué)中加強對學(xué)生表達(dá)能力和思維能力培養(yǎng)的同時，還要凸顯三維設(shè)計理念的重要性。此外，在課程教學(xué)時，不僅要充分運用二維投影技術(shù)與三維立體造型，還應(yīng)并聯(lián)三維建模數(shù)學(xué)法，最大化實現(xiàn)空間的可視化、坐標(biāo)化及布爾化，使學(xué)生生動地了解形體結(jié)構(gòu)、工作原理和尺寸分析，與課程中的形體描述保持一致，以此來幫助學(xué)生快速提高讀圖能力。對于學(xué)生學(xué)習(xí)比較吃力的部分知識可試圖在課程網(wǎng)站上提供配套的練習(xí)題以輔助學(xué)生有效學(xué)習(xí)。

隨著“工程制圖”教學(xué)內(nèi)容和體系的演變，傳統(tǒng)教學(xué)方法對學(xué)生提高讀圖能力和空間想象力已經(jīng)不適用了，所以我們引進(jìn)新的軟件來進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生具體化地掌握“工程制圖”知識。比如在空間立體表面交線內(nèi)容的講解中，可以將三維軟件加入到教學(xué)中，將枯燥難懂的知識點進(jìn)行具體化、立體化，開闊學(xué)生的眼界，保證教學(xué)內(nèi)容的生動豐富，有利于學(xué)生對三維立體圖的掌握與理解，可為學(xué)生將來從事相關(guān)專業(yè)奠定扎實的制圖基礎(chǔ)[4-6]。在計算機中進(jìn)行三維課程教授，實現(xiàn)從三維實體到二維投影的表達(dá)，學(xué)生也可根據(jù)生成的二維投影圖來想象其對應(yīng)的三維立體圖，在計算機中進(jìn)行三維設(shè)計，不僅速度快，而且表達(dá)清晰，符合現(xiàn)代化設(shè)計與制造的發(fā)展要求，從而提高學(xué)生的空間想象能力。將課程教學(xué)與三維軟件的內(nèi)容相互穿插在一起，可以讓學(xué)生們既掌握它們的結(jié)構(gòu)特點，同時也理解了形體分析的方法?？偠灾蛡€人而言，引進(jìn)三維軟件輔助教學(xué)可以增強教學(xué)的直觀性，也可以加深學(xué)生對理論知識的理解。對于大一學(xué)生來說，學(xué)習(xí)“工程制圖”相關(guān)知識還是比較吃力的，尤其是對于組合體這一部分知識來說，是學(xué)生學(xué)習(xí)“工程制圖”難度最大的部分，我們可以利用三維軟件，讓同學(xué)們先畫出組合體的三維圖，然后生成二維圖。通過三維軟件的建模、虛擬裝配等功能，將真實立體性模型通過動畫效果功能使部件運動仿真，客觀地將三維立體模型表達(dá)出來。通過軟件所建立的立體模型，再結(jié)合軟件的旋轉(zhuǎn)功能，可以全方位地向?qū)W生展示這些模型的幾何形狀，不僅使學(xué)生明確零部件的結(jié)構(gòu)及其裝配關(guān)系，還可激發(fā)學(xué)生們對“工程制圖”這門課程的學(xué)習(xí)興趣，有利于提高學(xué)生的空間想象能力和學(xué)以致用的能力。但是，過度使用多媒體工具會讓學(xué)生產(chǎn)生極大的依賴性，可能會極大違背最初“工程制圖”的教學(xué)目的，嚴(yán)重阻礙學(xué)生們的空間思維和想象力的培養(yǎng)與訓(xùn)練。

2.5 學(xué)生個性培養(yǎng)

““工程制圖”與CAD”作為化學(xué)工程與工藝的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。當(dāng)然，學(xué)期結(jié)束時，大部分學(xué)生都能掌握基本的繪圖知識體系，基本上能夠滿足現(xiàn)代社會對化工繪圖人才的要求。但因為學(xué)生來自不同的地域，從小養(yǎng)成的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方法不同，教師上課所授的教學(xué)方式不一定適合所有學(xué)生，所以為了適應(yīng)學(xué)校目前提出的“培養(yǎng)應(yīng)用型人才”的發(fā)展戰(zhàn)略[7]，教師在教學(xué)過程中，必須結(jié)合課程特點，可根據(jù)學(xué)生個性差異和實際能力水平，注重個性教學(xué)，充分發(fā)揮每位學(xué)生的主觀能動性、潛力和積極性以及對“工程制圖”的興趣。

3 總結(jié)

“工程制圖”課程的教育改革應(yīng)該是全方位、多方面持續(xù)進(jìn)行。為了進(jìn)一步提高“工程制圖”教學(xué)效果，作為教師，我們必須正視教學(xué)中存在的不足，及時采取有效的措施加以解決，從而有效地推動我國教育產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[8]。而這種改革需要注重與多媒體工具、三維制圖軟件的結(jié)合，順應(yīng)當(dāng)今工程設(shè)計技術(shù)和教育的發(fā)展趨勢，在具體實踐中不斷創(chuàng)新和完善，為以后的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)，提高“工程制圖”課程的教學(xué)水平。教師作為教學(xué)活動的設(shè)計者和組織者，為了提高“工程制圖”課程的教學(xué)質(zhì)量，需要老師們多付出心血，制定出合適的“工程制圖”課程教學(xué)模式的改革措施，共同促進(jìn)“工程制圖”教學(xué)良好發(fā)展，為社會培養(yǎng)更多高素質(zhì)的人才。