新工科背景下化工制圖與CAD 課程教學(xué)過程優(yōu)化策略研究

雷鳴，李文(廣西民族大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530008)

0 引言

立德樹人是中國大學(xué)德育工作的中心環(huán)節(jié)，也是學(xué)校教育三大功能的核心內(nèi)容。習(xí)近平總書記對高等教育事業(yè)發(fā)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(yè)和信息化部及中國工程院聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0 的意見》，強(qiáng)調(diào)要“推動(dòng)學(xué)科交叉融合，促進(jìn)理工結(jié)合、工工交叉、工文滲透，孕育產(chǎn)生交叉專業(yè)，推進(jìn)跨院系、跨學(xué)科、跨專業(yè)培養(yǎng)工程人才”[2-3]。2022 年10 月，習(xí)近平總書記在“二十大”報(bào)告中指出：加快實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，集聚力量進(jìn)行原創(chuàng)性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，堅(jiān)決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，加快實(shí)施一批具有戰(zhàn)略性、全局性、前瞻性的國家重大科技項(xiàng)目，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。這正是全程育人和全方位育人的指導(dǎo)綱領(lǐng)和行動(dòng)抓手[4-5]?；ぶ茍D與CAD 課程是各理工類高校化學(xué)化工類專業(yè)必修基礎(chǔ)課程之一，其主要包括“化工制圖”與“Auto CAD實(shí)踐”兩大塊內(nèi)容，課程屬于工程制圖范疇。通過化工制圖與CAD 課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠系統(tǒng)地了解和掌握工程圖樣的格式規(guī)范以及設(shè)備布置圖、工藝流程圖、總裝圖等的繪制方法，使學(xué)生成為滿足企業(yè)需求和國家發(fā)展需要的全方位高級人才。鑒于化工制圖與CAD課程在化學(xué)化工類專業(yè)中的重要性，已有很多與其教學(xué)相關(guān)的研究報(bào)導(dǎo)，然而關(guān)于優(yōu)化化工制圖與CAD課程教學(xué)策略的研究，迄今鮮有報(bào)道。

本文在分析化工制圖與CAD 課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，旨在對化工制圖與CAD 課程教學(xué)過程的優(yōu)化策略進(jìn)行研究。教學(xué)合作團(tuán)隊(duì)在化工制圖與CAD課程教學(xué)過程中，創(chuàng)造性地嘗試了專業(yè)知識講解與學(xué)生空間思維建構(gòu)方式相結(jié)合的培養(yǎng)模式、傳授繪圖專業(yè)知識與培養(yǎng)學(xué)生三維建模能力相結(jié)合的教學(xué)方式，旨在培養(yǎng)學(xué)生全方位思考和解決問題的能力。在介紹專業(yè)知識與學(xué)科進(jìn)展的同時(shí)，向?qū)W生傳遞愛國敬業(yè)精神和細(xì)致耐心的工作作風(fēng)。將“傳道、授業(yè)、解惑”貫穿于專業(yè)教學(xué)的全過程，注重培養(yǎng)教師在辦什么樣的大學(xué)、怎樣辦好大學(xué)和培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人的問題上的責(zé)任感和使命感[6]。從教以來，教學(xué)合作團(tuán)隊(duì)以教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實(shí)踐教學(xué)為抓手不斷探索教學(xué)改革與創(chuàng)新，將人才培養(yǎng)貫穿于教學(xué)的全過程，在培養(yǎng)具有創(chuàng)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(xué)現(xiàn)狀概括

1.1 化工制圖與CAD 課程課時(shí)數(shù)壓縮與教學(xué)內(nèi)容繁多的沖突

目前，各高?；瘜W(xué)化工類專業(yè)化工制圖與CAD 課程教學(xué)課時(shí)數(shù)量呈現(xiàn)逐漸減少趨勢，而化工制圖與CAD課程教學(xué)內(nèi)容不僅有尺規(guī)繪圖，還包括畫法幾何、三視圖剖析、Auto CAD 軟件學(xué)習(xí)、Auto CAD 編程實(shí)踐開發(fā)及Auto CAD 三維建模等內(nèi)容，此外其他方面的新興繪圖內(nèi)容也在不斷增加[7]。這將會造成化工制圖與CAD課程教學(xué)時(shí)間逐漸減少和教學(xué)內(nèi)容日益增加的沖突，不僅會對化工制圖與CAD 課程教學(xué)造成困難，也會使教學(xué)效果大打折扣，因此優(yōu)化教學(xué)策略是非常必要的。

1.2 化工制圖與CAD 課程應(yīng)用性與理論教學(xué)主導(dǎo)性的沖突

隨著化學(xué)化工行業(yè)的迅速發(fā)展，化工制圖與CAD課程的應(yīng)用性要求也越來越細(xì)分。教學(xué)中需要及時(shí)更新課程，以更好地適應(yīng)行業(yè)需求，然而在化工制圖與CAD 課程教學(xué)中，仍然是以理論課程教學(xué)為主導(dǎo)?；ぶ茍D與CAD 課程的實(shí)際應(yīng)用性是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的重要方式，但很多高?；瘜W(xué)化工類專業(yè)實(shí)踐課程仍存在諸多問題，例如內(nèi)容單一、對應(yīng)軟硬件更新慢及設(shè)備缺失等，種種局限性使實(shí)踐教學(xué)只能起到輔助作用，這對于學(xué)生理解與掌握化工制圖與CAD 課程的應(yīng)用功能性是極為不利的，也不符合現(xiàn)代化學(xué)化工類學(xué)科專業(yè)的發(fā)展方向。

1.3 化工制圖與CAD 課程內(nèi)容抽象性與學(xué)生背景不一性的沖突

化工制圖與CAD 課程教學(xué)概念抽象、實(shí)際操作難度大，同時(shí)專業(yè)術(shù)語、標(biāo)準(zhǔn)繁多，是典型的需要付出極大的毅力和耐心的課程，而化學(xué)化工類專業(yè)的學(xué)生起點(diǎn)差異較大，仍有一部分同學(xué)數(shù)學(xué)及其他理科知識基礎(chǔ)薄弱。因此，部分學(xué)生在化工制圖與CAD 課程學(xué)習(xí)中，經(jīng)常感到理論知識之晦澀難懂、繪圖內(nèi)容之枯燥乏味，對跟上課程進(jìn)度感到力不從心。如此久之，會導(dǎo)致學(xué)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(jià)體系單一性與教學(xué)目標(biāo)多樣性的沖突

檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成需要多維度的課程評價(jià)體系。而在大多高校教學(xué)中，化工制圖與CAD 課程主要以閉卷考試的單一評價(jià)形式呈現(xiàn)，基本沒有對應(yīng)適當(dāng)?shù)恼n程實(shí)踐應(yīng)用性的評價(jià)體系。化工制圖與CAD課程的教學(xué)目標(biāo)是通過課程學(xué)習(xí)學(xué)生不僅要掌握點(diǎn)、線、面、體的組合畫法和幾何投影規(guī)律，而且要了解和掌握一般工程制圖的標(biāo)準(zhǔn)格式樣式和組織構(gòu)成規(guī)律，以及工藝圖、設(shè)備圖、管線圖之間的邏輯關(guān)系和相互影響。學(xué)生更需要具備運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行工程設(shè)計(jì)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(xué)優(yōu)化策略

2.1 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

首先應(yīng)在課程教學(xué)大綱要求的范圍內(nèi)，依據(jù)學(xué)情選擇合適的教材。工程制圖理論教學(xué)涵蓋了機(jī)械制圖的教學(xué)內(nèi)容，如制圖標(biāo)準(zhǔn)、投影基礎(chǔ)、基本實(shí)體切割與相貫、裝配、機(jī)械零件表達(dá)、零件圖、總裝圖等[8]，還涉及化工工藝、車間和管道布置、設(shè)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(jī)械制圖內(nèi)容多于化工制圖內(nèi)容，導(dǎo)致與化學(xué)工程應(yīng)用有一定差距。為了解決這一實(shí)際問題，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)設(shè)置為六個(gè)教學(xué)模塊：繪圖基礎(chǔ)知識、工藝流程圖、車間布置圖、設(shè)備圖和管道布置圖以及正投影和視圖表達(dá)。繪圖的基礎(chǔ)知識可以使學(xué)生初步建立繪圖規(guī)范意識；而工藝流程圖是項(xiàng)目的核心，是表達(dá)項(xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)工藝、操作條件、自動(dòng)控制方案、設(shè)備類型和數(shù)量的重要圖紙。工藝流程圖繪制較為簡單，與繪圖基礎(chǔ)銜接緊密，繪圖基礎(chǔ)講授完成后即可進(jìn)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(xué)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(dá)基于“足夠”的原則，應(yīng)刪除實(shí)體表面上的點(diǎn)線提取、復(fù)雜組合、切割和相貫等內(nèi)容，以降低截面視圖學(xué)習(xí)的難度。隨后通過對車間布局、設(shè)備和管道布局的深入學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解和掌握化工項(xiàng)目的全貌。

2.2 把握學(xué)生專業(yè)的細(xì)分特點(diǎn)

由于化工制圖與CAD 是基礎(chǔ)理論課，學(xué)生所在專業(yè)不同，知識背景不同，且各專業(yè)培養(yǎng)要求也不同[9]。例如：應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、高分子科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生大多都文化基礎(chǔ)課程稍好，培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)以教學(xué)科研為主；而化學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生雖然欠缺一些理論知識，但是實(shí)踐能力稍強(qiáng)，培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)以化工專項(xiàng)教學(xué)、管理等內(nèi)容為主。因此，備課時(shí)要準(zhǔn)確把握學(xué)生專業(yè)的細(xì)分特點(diǎn)，初步了解學(xué)生的知識儲備概況，再依據(jù)其培養(yǎng)要求，制定與之相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。

2.3 改進(jìn)教學(xué)方法

化工制圖與CAD 可采用多種形式的教學(xué)方法，包括傳統(tǒng)教學(xué)法、參與式教學(xué)法、結(jié)構(gòu)教學(xué)法、探究教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、PBL(基于問題的學(xué)習(xí))教學(xué)法、案例教學(xué)法及比較教學(xué)法等[10-13]。在備課時(shí)，教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的知識儲備，選擇最適合的教學(xué)方法?；ぶ茍D與CAD 課程主要采用以教師講課為主、再結(jié)合合適的課堂和課后作業(yè)的傳統(tǒng)教學(xué)方法，導(dǎo)致大多數(shù)高校專注于課程考試。當(dāng)課程結(jié)束時(shí)，教師通常要求學(xué)生繪制化學(xué)工程圖紙并提交，之后根據(jù)學(xué)生的圖紙給出最終評價(jià)。但是，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法和考試方法存在一些不足，例如教學(xué)內(nèi)容更新較慢、學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性差、在一定程度上通過考試無法絕對真實(shí)地體現(xiàn)學(xué)生實(shí)際的繪圖及讀圖能力。隨著新時(shí)代的快速發(fā)展，該方式漸漸不符合學(xué)生培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和社會要求。因此，教學(xué)合作團(tuán)隊(duì)計(jì)劃采用線上和線下混合教學(xué)的方式，利用雨課堂、騰訊課堂、騰訊會議、QQ 視頻等現(xiàn)代在線教學(xué)平臺，講授化工制圖與CAD 課程的基礎(chǔ)理論知識。團(tuán)隊(duì)還提出使用國家和省級的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)課程資源，采用在線授課，同時(shí)使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)手段來改進(jìn)教學(xué)方法。改進(jìn)后教學(xué)方式的主要優(yōu)勢是以學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，聽課時(shí)間自由并可以反復(fù)學(xué)習(xí)，直到將有疑惑的知識點(diǎn)弄明白，使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)提高學(xué)習(xí)效率。團(tuán)隊(duì)運(yùn)用線上線下相結(jié)合的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，通過翻轉(zhuǎn)課堂調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，在教師的帶領(lǐng)下實(shí)現(xiàn)合作探究式學(xué)習(xí)，以真實(shí)化工管道模擬演示、設(shè)備實(shí)操模擬演示等形式完成課堂內(nèi)容的教學(xué)[14]。此外，團(tuán)隊(duì)還采用繪圖競賽的形式增加學(xué)生的參與感和積極性。

2.4 評價(jià)體系優(yōu)化

學(xué)生的最終成績可分為三個(gè)部分進(jìn)行評價(jià)：出勤和理論作業(yè)分?jǐn)?shù)、繪圖理論測試分?jǐn)?shù)、繪圖能力測試分?jǐn)?shù)。

(1)出勤率和理論作業(yè)分?jǐn)?shù)。取總分的30%作為出勤率和理論作業(yè)分?jǐn)?shù)，主要檢查學(xué)生課堂的出勤情況以及課后作業(yè)的完成度。教師團(tuán)隊(duì)可根據(jù)線上線下學(xué)生出勤情況，給出出勤分?jǐn)?shù)(15%)，包括病假、事假和無故缺勤。理論作業(yè)是繪圖理論的相關(guān)作業(yè)，包括按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范手繪三視圖、截面圖、管道圖及幾何畫法等內(nèi)容(15%)。

(2)繪圖理論和讀圖測試分?jǐn)?shù)。取總分的40%作為繪圖理論和讀圖測試分?jǐn)?shù)。這部分考查學(xué)生工程制圖基礎(chǔ)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(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)形式進(jìn)行讀圖，需要查閱標(biāo)準(zhǔn)手冊，所以以開卷考試的形式進(jìn)行。試卷內(nèi)容主要包括工程制圖理論知識及化工圖紙識別、糾錯(cuò)。同時(shí)，以傳統(tǒng)的學(xué)生單人單桌、老師監(jiān)考的方式實(shí)施?？荚嚂r(shí)間可設(shè)置為1～2 小時(shí)。

(3)繪圖能力競賽結(jié)果。取總分的30%作為繪圖能力競賽分?jǐn)?shù)，主要考查學(xué)生使用Auto CAD 軟件繪制化工圖紙的熟練程度和準(zhǔn)確度?？稍诰€上和線下進(jìn)行，學(xué)生向老師全面展示課程中所學(xué)到的知識和能力。

3 結(jié)語

化工制圖與CAD 課程的教學(xué)優(yōu)化策略以培養(yǎng)學(xué)生成為跨領(lǐng)域、跨學(xué)科和跨專業(yè)的工程技術(shù)人才為目的，是新時(shí)代的育人標(biāo)準(zhǔn)對教學(xué)提出的更高要求。該策略可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，有利于學(xué)生更好地掌握繪圖理論知識和繪圖方法?；ぶ茍D與CAD課程評價(jià)方法的改革使學(xué)生的成績更充分地反映了課程設(shè)計(jì)的檢查目標(biāo)，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(xué)優(yōu)化策略符合新時(shí)代對高等教育和教學(xué)所提出的新要求。