生物工程專業(yè)化工制圖與CAD教學(xué)改革與實踐

陳麗紅 綦利英 邢榮蓮

【摘要】本文依據(jù)生物工程專業(yè)需求，以高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)媒介、考核方式等方面分析了《化工制圖與CAD》課程教學(xué)現(xiàn)存的主要問題;以此探索通過教學(xué)模塊構(gòu)筑、有機耦合相關(guān)課程、強化實習(xí)實踐、課程設(shè)計任務(wù)驅(qū)動等教學(xué)全過程改革，以提高教學(xué)質(zhì)量，強化學(xué)生綜合設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】生物工程? 化工制圖? CAD? 教學(xué)改革

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

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

一、《化工制圖與CAD》課程教學(xué)存在的主要問題

（一）教材內(nèi)容少，無配套習(xí)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(chǔ)、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(shè)備圖、化工流程圖、建筑圖紙、設(shè)備布置圖和管道布置圖，內(nèi)容介紹相對簡單、更新不及時，工程應(yīng)用性不強。而且大部分教材沒有配套習(xí)題冊，即使有習(xí)題冊，也是習(xí)題數(shù)量少、內(nèi)容簡單，導(dǎo)致化工制圖部分教師講授簡單，學(xué)生練習(xí)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(jù)實際情況完成授課及習(xí)題設(shè)計，學(xué)生缺少學(xué)習(xí)資料。

此外，已有教材面向所有的化學(xué)工程相關(guān)專業(yè)，主要介紹化學(xué)工業(yè)通用的設(shè)備，很多設(shè)備與生物工程專業(yè)相關(guān)性不強，生物工程專業(yè)相關(guān)的典型設(shè)備、生產(chǎn)工藝等介紹較少，在教學(xué)的針對性上有所欠缺。

（二）形象思維能力要求高，學(xué)習(xí)難度大

制圖和讀圖是化工制圖課程教學(xué)的兩大主要任務(wù)，形象思維能力是制圖和讀圖的基礎(chǔ)，包括空間思維能力的培養(yǎng)和讀圖技巧的掌握。這兩者都需要大量的實踐練習(xí)，在讀圖與制圖的可逆過程中反復(fù)訓(xùn)練，但學(xué)生在中學(xué)時代未接觸過相關(guān)訓(xùn)練，其基礎(chǔ)課程工程制圖在高校教學(xué)改革中課時大幅壓縮，導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)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(xué)知識體系，增加了課程學(xué)習(xí)難度。

（三）理論內(nèi)容多，課程枯燥

本課程核心內(nèi)容是以投影原理為基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)化工設(shè)備圖、工藝流程圖、設(shè)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(zhuǎn)化為二維的抽象表達，這些硬性的教學(xué)要求與學(xué)生的興趣形成了反差，而且學(xué)生還不具備相應(yīng)的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，對設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)、實物以及生產(chǎn)實踐了解甚淺，認知不足，不能做到真正意義的理解。因此學(xué)生普遍感覺課程內(nèi)容枯燥，學(xué)習(xí)積極性不高。

（四）工程意識薄弱，缺乏嚴謹態(tài)度

化工制圖是一門標(biāo)準(zhǔn)性很強的課程，在制圖過程中需要查閱和遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計理念，樹立標(biāo)準(zhǔn)化意識，這也是課程的重要目標(biāo)之一。生物工程專業(yè)的特點是理、工并重，學(xué)生需要同時學(xué)習(xí)科學(xué)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(xiàn)象;另一方面，由于企業(yè)生產(chǎn)安全和技術(shù)保密等要求，學(xué)生并不能真正到生產(chǎn)一線去深入學(xué)習(xí)，參與程度低，學(xué)習(xí)效果有限。因此學(xué)生實習(xí)、實踐不足，工程意識薄弱，未能充分認識圖紙在實際生產(chǎn)的重要地位，圖紙繪制過程存在較大的隨意性，存在化工設(shè)備圖視圖選擇不合理、尺寸標(biāo)注不規(guī)范、符號注釋不正確;工藝流程圖設(shè)備比例不合適、線型不得當(dāng)、標(biāo)注不到位等現(xiàn)象，圖紙完成質(zhì)量較差。

二、《化工制圖與CAD》教學(xué)改革與實踐

（一）結(jié)合實踐，構(gòu)筑教學(xué)模塊和方式

依據(jù)“實用、適度、夠用”的原則，結(jié)合生物工程專業(yè)特色，根據(jù)后續(xù)課程需求，對理論教學(xué)內(nèi)容做出適當(dāng)調(diào)整，降低機械制圖部分難度，化工制圖部分增加發(fā)酵生產(chǎn)、分離提取所需生產(chǎn)設(shè)備及工藝設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容。

學(xué)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(jié)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(dǎo)致學(xué)生聽不進、記不牢、忘得快，沒有培養(yǎng)學(xué)生真正具備相關(guān)能力，根據(jù)后續(xù)教學(xué)工作需求及企業(yè)走訪和畢業(yè)學(xué)生反饋，生物工程新版教學(xué)大綱增加了化工制圖與CAD課時。通過調(diào)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(xué)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(xué)生能夠即時學(xué)以致用，教師通過上機實踐及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生薄弱環(huán)節(jié)，有針對、有側(cè)重地開展教學(xué)。

（二）融會貫通，有機耦合相關(guān)課程

良好的教學(xué)效果不應(yīng)止步于學(xué)生對本課程知識的掌握，更應(yīng)讓學(xué)生在系統(tǒng)的知識體系中應(yīng)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(biāo)的實現(xiàn)要求授課教師熟悉生物工程專業(yè)課程體系，具備相關(guān)的理科知識和工科實踐，從學(xué)生角度設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，建立課程間的相互聯(lián)系。

化工設(shè)備圖紙涉及多種化工設(shè)備，學(xué)生雖然可以在相關(guān)實驗、實踐課程接觸到一些典型設(shè)備，并也到生產(chǎn)工廠進行了認識實習(xí)，但由于企業(yè)生產(chǎn)安全和技術(shù)保密等要求，學(xué)生并不能真正到生產(chǎn)一線去深入學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果有限。學(xué)生對設(shè)備制造、性能等缺少深入了解，容易有畏難情緒，學(xué)習(xí)熱情不高。通過與關(guān)聯(lián)實驗、實踐相結(jié)合，以單元操作在課程之間建立聯(lián)系，從原理到設(shè)備，從實物到圖紙，從設(shè)計到生產(chǎn)，既有助于本課程的學(xué)習(xí)，又有助于學(xué)生知識網(wǎng)絡(luò)體系的建立。以生物工程常用設(shè)備——發(fā)酵罐為例，以實驗室的中試發(fā)酵罐為例，首先教師結(jié)合實物，實地講解，讓學(xué)生了解發(fā)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(guān)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(yīng)該注意的事項。然后讓學(xué)生進行實物測繪，進行制圖。這種教學(xué)、實踐課堂相結(jié)合的教學(xué)方式既可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對設(shè)備認識，又有助于學(xué)生掌握繪圖相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

（三）重視實踐，培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)

化工制圖是一門實踐性很強的學(xué)科，必須與生產(chǎn)實踐相結(jié)合。通過與相關(guān)企業(yè)的合作，選取與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的工廠，課程結(jié)束時安排學(xué)生進行認識實習(xí)，加強學(xué)生對所學(xué)知識的認識，現(xiàn)場教學(xué)將化工制圖中很多工程規(guī)定、設(shè)計規(guī)范等理論知識與實際生產(chǎn)建立聯(lián)系，有助于提高學(xué)生對于企業(yè)安全生產(chǎn)和規(guī)范生產(chǎn)的重要性認識，強化工程素養(yǎng)[3]。

由于時間關(guān)系和出于生產(chǎn)安全考慮，一般而言認識實習(xí)時間較短，若安排不當(dāng)，很容易走馬觀花，學(xué)生很難真正理解生產(chǎn)流程、了解生產(chǎn)設(shè)備。這就需要教師提前做好準(zhǔn)備工作，指導(dǎo)學(xué)生編寫實習(xí)計劃安排，畫出主要設(shè)備和工藝圖紙，通過圖紙內(nèi)容與實際工程的相互印證，鞏固和加強學(xué)生對理論知識的掌握和理解，獲得對化工設(shè)備和工藝的感性認知，了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，縮小學(xué)生所學(xué)知識與社會需求之間的落差。

（四）課程設(shè)計，提高學(xué)生綜合設(shè)計能力

化工制圖是一門標(biāo)準(zhǔn)性很強的課程，相關(guān)的繪圖方式及格式等都有對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，單純的課堂授課學(xué)生覺得枯燥乏味，傳統(tǒng)考試重點為基本的繪圖理論知識，注重學(xué)生理論知識的掌握，對學(xué)生繪圖能力的重視不夠，導(dǎo)致后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)吃力。教學(xué)改革后采用過程考核方式，讓學(xué)生自己動腦、動手完成課程設(shè)計，在此過程中老師與學(xué)生多次溝通，加強輔導(dǎo)，學(xué)生通過查閱資料，對照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，加深理解，將知識點內(nèi)化并輸出，從而對化工設(shè)備圖紙、工藝圖紙、國家標(biāo)準(zhǔn)等系列知識有了更全面和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

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

三、結(jié)語

通過對《化工制圖與CAD》課程教學(xué)各環(huán)節(jié)進行改革與實踐，突出強化了理論學(xué)習(xí)、實踐學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)三個環(huán)節(jié)的相互銜接和促進，取得了良好的教學(xué)效果，解決了師生雙方在教學(xué)過程中存在的一些問題，提高了學(xué)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(yǎng)了學(xué)生的工程素養(yǎng)。隨著時代和科技的不斷發(fā)展，《化工制圖與CAD》課程教學(xué)還需要更多的改革與實踐，只有不斷改革完善教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段與方法，積極創(chuàng)新，才能培養(yǎng)出科學(xué)與工程并重、適應(yīng)時代發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型工科人才。

參考文獻：

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

[2]張杰，徐平，毛海立，等.化工制圖課程教學(xué)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(gòu)建與實踐探討[J].廣東化工，2017，44（349）：310-311.

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