工程制圖及CAD課程教學改革探索與實踐

［摘 要］工程制圖及CAD課程是化學工程與工藝、材料科學與工程專業(yè)學生必須掌握的一門基礎課程，是學生從掌握制圖基本知識到進行設備設計的重要理論與實踐基礎。近年來，隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展和高校向應用技術型轉型需求的普遍增加，關于此課程的教學改革顯得尤為重要。文章針對塔里木大學當前化學工程與工藝、材料科學與工程專業(yè)教學中存在的問題，如有的學生學習積極性不高、部分教師教學方式方法傳統(tǒng)單調(diào)、學時分配不足以及考核制度固化等，提出了激發(fā)學生學習興趣、創(chuàng)新教學方法、優(yōu)化課程設置和改革考核方式等改革建議，旨在提升課程教學效果，培養(yǎng)學生的實際操作能力和創(chuàng)新思維，以適應行業(yè)需求和學生職業(yè)發(fā)展的需要。

［關鍵詞］工程制圖及CAD；課程教學改革；操作能力；創(chuàng)新思維；高校人才培養(yǎng)

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）02-0058-05

習近平總書記強調(diào)，制造業(yè)是我國的立國之本、強國之基，任何時候中國都不能缺少制造業(yè)[1]。圖紙作為制造業(yè)工程和設計領域的通用語言，在設計表達、制造指導、質(zhì)量控制等方面扮演著至關重要的角色[2]。工程制圖及CAD課程是化學工程與工藝、材料科學與工程專業(yè)學生必須掌握的一門基礎課程，是學生從掌握制圖基本知識到進行設備設計的重要理論與實踐基礎[3]。這門課程不僅理論基礎扎實而且實踐操作性強，對于培養(yǎng)學生的科學思維方法、工程形象思維能力、嚴謹?shù)膶W術態(tài)度以及創(chuàng)新意識具有極其重要的作用。近年來，隨著用人單位對畢業(yè)生制圖技能要求的不斷提高，化工圖樣在企業(yè)的設計、施工、安裝、制造、檢修和調(diào)試等各個環(huán)節(jié)中扮演著不可或缺的角色[4]。本文旨在探討為適應高校向應用技術型轉型發(fā)展及現(xiàn)代化制造業(yè)的發(fā)展需求，通過改革工程制圖及CAD課程的教學方法，更新教學觀念，探索新的教學模式，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高層次技術人才，為實現(xiàn)中國制造2025“三步走”戰(zhàn)略規(guī)劃貢獻力量。

一、塔里木大學的工程制圖及CAD課程概況

塔里木大學化學化工學院化學工程與工藝、材料科學與工程專業(yè)開設的工程制圖及CAD課程屬于專業(yè)方向選修基礎課，主要由理論課程（工程制圖部分）、上機實踐課程（Auto CAD部分）及設計圖紙繪制應用三部分組成，旨在綜合培養(yǎng)學生基本的圖示能力、讀圖能力、空間想象力和思維能力以及繪圖的技能，以適應當今科技進步和社會發(fā)展的需要。其開設時間為大學本科第3學期，共48學時，總計3學分。其課程內(nèi)容體系如圖1所示。

塔里木大學的工程制圖及CAD課程教師通過課程教學，引導學生從基本的理論學習到Auto CAD上機訓練，再到最后的繪圖實踐，循序漸進，逐步掌握制圖的基本理論和技能，具備在工程領域進行設計和制圖的能力，為后續(xù)化工設備機械基礎、材料加工工藝及設備、機械設計等課程的學習，畢業(yè)論文寫作以及職業(yè)發(fā)展奠定專業(yè)基礎。

二、塔里木大學的工程制圖及CAD課程教學現(xiàn)狀

隨著科學技術的進步，傳統(tǒng)的尺規(guī)教學模式已不能完全滿足現(xiàn)代教學要求，逐漸被多媒體教學和相關輔助軟件所取代，同時，相關企業(yè)在追求降本增效、數(shù)字化轉型和綠色制造的過程中，也逐漸用電子版圖紙?zhí)娲鷤鹘y(tǒng)的紙質(zhì)圖紙，這一趨勢要求各高校不斷探索和改進人才培養(yǎng)方案，調(diào)整工程制圖及CAD課程的教學模式。然而，該課程的教學改革盡管進行了諸多努力，仍存在一些普遍性的問題。

（一）部分學生學習積極性不高，學業(yè)投入度不夠

目前部分學生對工程制圖及CAD課程學習的興趣不濃和參與度較低，缺乏主動學習和探索的動力。在制圖基礎知識的學習階段，由于其內(nèi)容與中學階段的畫法知識點存在部分重合，因此部分學生對該課程的重視程度不足。盡管部分學生在這個階段表現(xiàn)出較濃的學習興趣，但是在學習正投影基礎及后續(xù)的立體及其表面交線的投影過程中，尤其是學習到截交線、相貫線及畫組合體的視圖時，部分相關基礎較為薄弱的學生由于空間想象能力較差、前期未完全掌握基本知識點，因此其理論學習的積極性顯著下降。在上機實踐課程（Auto CAD部分）的學習中，學生對基本繪圖命令、基本編輯修改命令等內(nèi)容的學習興趣普遍較濃。然而，在綜合應用模塊中，比如管道法蘭盤三視圖的繪制和管道布置圖視圖的繪制，由于涉及的知識點較多且需要關注較多繪圖細節(jié)，因此部分學生的學習積極性有所降低。由于上述原因，加之學生對未來職業(yè)發(fā)展前景的認識往往不足，因此部分學生在后續(xù)學習中難以找到努力方向，缺乏學習的動力和目標，從而影響到學習積極性。

（二）部分教師教學方法傳統(tǒng)單調(diào)，教學創(chuàng)新動力不足

部分教師盡管已經(jīng)在工程制圖及CAD課程教學中引入了多媒體教學輔助軟件，但是仍然采用傳統(tǒng)且較為單一的教學方法，如單純依靠課件講授和演示工程制圖理論知識，教學模式仍然是先由教師講解再由學生獨立練習。此外，受課時有限等因素的限制，教師在授課過程中往往依賴課件持續(xù)輸出知識點，較少在黑板上進行理論圖解的演示，在開展上機操作教學時也易忽視一些常規(guī)操作步驟，使學生難以跟上課堂節(jié)奏。此外，雖然雨課堂上的課件可以在課下自行下載學習，但實際上，學生在課后往往缺乏學習主觀能動性，不太會主動學習和鞏固所學內(nèi)容。部分課堂缺乏足夠的互動和實踐環(huán)節(jié)，如化工工藝流程的繪制，學生無法聯(lián)系實際，這就限制了學生對知識的深入理解和應用能力的提升。因此，相關教師有必要改進教學方法，增加課堂互動和實踐環(huán)節(jié)，以提升學生的學習效果和應用能力。

（三）學時分配不足，課程教學方式有待改進

在課程設置方面，由于課時安排有限，課程內(nèi)容涵蓋了制圖基本理論、投影基礎、基本立體及其表面交線的投影、組合體的視圖、Auto CAD軟件的熟悉及專業(yè)圖形的繪制，如攪拌反應罐、板式塔、填料塔的繪制，這些內(nèi)容涉及范圍廣泛且教學任務繁重。為了滿足教學大綱的要求，任課教師常采用“滿堂灌”的教學方式，這就容易使其課程教學難以以學生為中心，且難以全面貫徹授人以漁的教學理念。這種教學模式帶來了諸多問題：其一，教師感到課程教學任務繁重難以完成，而學生則難以理解課程內(nèi)容，課堂互動性不足。其二，學生普遍認為課堂教學節(jié)奏過快、學習難度較大，因而在有限的時間內(nèi)難以充分掌握和應用所學知識，這不僅影響了教學效果，還限制了學生自主學習能力和實踐能力的培養(yǎng)。

（四）學生學業(yè)評估方法不夠客觀、全面，考核制度固化

當前的考核方式過于依賴傳統(tǒng)的筆試和作業(yè)，缺乏對學生實際操作能力和創(chuàng)新思維的評估，這限制了學生全面能力的培養(yǎng)和發(fā)展。工程制圖及CAD課程學習的考核包括平時成績（考勤、作業(yè)、課堂互動等）、期末閉卷考試和上機考核三部分，總成績的計算方式為平時成績占20%、期末考試成績占40%、上機考核占40%。這種考核方法容易使部分學生將注意力集中在期末考試或上機考核上，其總成績往往不理想。此外，上機考核的結果僅僅是提交規(guī)定的圖紙內(nèi)容，這不僅限制了學生在實際操作中發(fā)揮其靈活性和創(chuàng)造力，也無法充分體現(xiàn)學生在學習過程中所具備的綜合能力。可見，現(xiàn)行考核方法存在諸多弊端，亟須改進，以更全面地評估學生的綜合素質(zhì)和能力。

三、塔里木大學的工程制圖及CAD課程改革探索

（一）激發(fā)學生學習興趣，促進學生提升自我效能感

塔里木大學的工程制圖及CAD課程教師通過精心設計互動性強的課前預習任務，在首節(jié)課講述企業(yè)工作者工作經(jīng)歷，強調(diào)課程的重要性，并在每節(jié)課授課前引入與化學工程與工藝、材料科學與工程專業(yè)密切相關的工程實例，以此激發(fā)學生學習的興趣和主動性。比如在設計互動性強的課前預習任務時采取了以下具體措施。

1.組織學生課前完成在線問答挑戰(zhàn)和開展預習小測驗。在課程開始前一周，通過MOOC、SPOC等線上平臺發(fā)布了一系列與新課內(nèi)容相關的問題，這些問題題型多樣，包括選擇題、簡答題或開放性問題，旨在鼓勵學生提前查閱資料并作答，從而引導學生主動探索新知識。設計與課前預習內(nèi)容相關的小測驗，比如簡單繪制支座的主視圖、俯視圖、左視圖，以及錄制Auto CAD幾種裁剪命令視頻并上傳。學生完成后可以即時看到分數(shù)并得到反饋，這不僅能檢驗預習效果，還能幫助學生發(fā)現(xiàn)尚未掌握的內(nèi)容，為課堂學習做好準備。

2.注重課程學習前的引導。在課程的首節(jié)課前，教師可以帶領學生參觀化工企業(yè)的中控室，了解CAD在企業(yè)DCS（分布式控制系統(tǒng)）中的應用，了解管道布置、各種緊急情況的處理措施。教師還可以分享企業(yè)工作者的工作經(jīng)歷，如材料科學與工程專業(yè)引入裝載機鏟斗的設計，而化學工程與工藝專業(yè)引入換熱器的設計等，從產(chǎn)品設計理念、工程圖紙繪制、生產(chǎn)車間零部件加工、裝配車間安裝及產(chǎn)品的后處理等一系列完整的工藝流程，讓學生深刻理解工程制圖在實際工作中的不可或缺性及其在工程領域的核心作用。在每節(jié)課開始時，引入密切相關的工程實際問題，比如管殼式換熱器的管子與管板間的連接方式是什么，焊接符號在工程圖紙中應該怎么表達等，以激發(fā)學生的學習興趣，并幫助學生將理論知識與實際應用結合起來。這些實例不僅展示了工程制圖的實際應用場景，而且有利于通過教師詳細講解、學生互動討論，引導學生深入思考如何將所學知識運用到解決實際問題中，從而增強學生的實踐能力，加深學生對課程內(nèi)容的理解。通過這種結合實際經(jīng)歷的教學方法，學生不僅能夠更好地掌握課程知識，還能提前感受到工程制圖在職業(yè)生涯中的重要價值，從而增強學生的課程學習動力和相關專業(yè)實踐能力。

3. 為學生提供教學短視頻及三維機械建模制作教程。教師在MOOC、SPOC等平臺上錄制了簡潔明了、突出重點的教學視頻[5]，利用SolidWorks、MDT、UG NX等三維機械建模軟件錄制動畫，使學生能更直觀地理解投影基礎、組合體視圖等空間知識以及新引用的精品課程視頻等，這些視頻及動畫涵蓋基本概念和關鍵知識點，比如插入法蘭、軸、齒輪等相關零部件的制造過程，便于學生在學習組合體的視圖時，深入理解用形體分析方法畫組合體的視圖、按切割順序畫組合體視圖的關鍵點與區(qū)別，幫助學生在課前快速掌握課程的核心內(nèi)容。

（二）創(chuàng)新教學方法，推進教學方法多元化

通過引入多樣化的教學方法，增強課堂互動和實踐環(huán)節(jié)，提高學生的課堂學習參與度和學習效果。可開展互動式教學，設置實時反饋系統(tǒng)以及利用多媒體教學輔助軟件、實物等教學工具與手段，通過線上視頻+線下精講，突出課程的滲透性，以滿足學生學習需求為主導，創(chuàng)造充滿活力和互動性強的學習環(huán)境。

1.開展互動式教學。采用教師主導、學生為中心的翻轉課堂模式。設置2～3人的學生學習小組開展設計和繪圖分析等互動式教學活動，分組解決難度系數(shù)相對較高的問題。授課結束后布置題目并進行小組間比賽，比賽結束后由其他小組指正繪圖錯誤，并由教師設置相應的“闖關”晉級獎懲措施，鼓勵學生在課堂上積極參與，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作意識。設置課程論壇或討論區(qū)，鼓勵學生在課后進行交流和討論，可匿名，教師定期參與討論，解答學生疑問，提供指導和支持。通過實際操作、討論和比賽，調(diào)動學習氣氛，增強學生學習的自信心和興趣，深化學生對知識的理解。

2.利用實時反饋系統(tǒng)。在每次工程制圖理論知識點講授完成后，利用雨課堂設置相應的習題，讓學生在課堂上即時完成并提交系統(tǒng)。學生得到即時反饋后，教師針對錯誤較多的習題進行重點講解。課堂預留充足時間，根據(jù)授課重點設置針對性強的習題及圖紙供學生練習，并進行巡課，檢查學生學習進度和練習完成情況，隨時給予指導和反饋，形成“教師引導、學生訓練”的教學模式[6]。這種模式不僅可以提高學生的學習參與度，有效杜絕部分學生不認真學習的現(xiàn)象，同時還可以幫助學生及時發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，提高學習效率。

3.開展多媒體及實物輔助教學。充分利用多媒體資源及實物輔助教學，如利用組合體三維視圖展開動畫、SolidWorks、UG NX等三維機械建模軟件建模繪制軸測圖、爆炸圖，直觀呈現(xiàn)設備零部件的內(nèi)外結構、裝配步驟、功能原理，幫助學生更直觀地理解復雜的制圖原理和操作步驟。結合實際工程案例，在課堂展示企業(yè)使用的設備及圖紙，學生根據(jù)圖紙動手拆解和安裝零件。例如，僅依靠圖片、視頻及理論教學，學生很難深入學習二級齒輪減速器、攪拌罐、聯(lián)軸器等復雜設備，但通過動手實踐，學生能對定形定位尺寸、國家標準、圖形視圖、相對位置、明細、標題欄以及裝配要求有更深層次的理解。這種方式不僅能夠有效提高學生的學習興趣，還能進一步培養(yǎng)學生的空間想象能力及構型設計能力。

（三）優(yōu)化課程教學形式，靈活調(diào)整課時

盡管人才培養(yǎng)方案不斷調(diào)整，課程課時有所縮減，但仍需合理安排課時和教學任務，系統(tǒng)化地組織教學內(nèi)容，增強教學的針對性和靈活性，確保學生能夠在有限的時間內(nèi)充分掌握和應用所學知識。其具體措施主要有以下幾個。

1.開展模塊化教學。將課程內(nèi)容細分為若干相對獨立但相互關聯(lián)的模塊，如工程制圖基礎模塊、投影與視圖模塊、CAD軟件操作模塊、圖形繪制與標注模塊、工程圖紙的綜合應用模塊等，每個模塊突出重點，圍繞重點詳細展開教學。將所有重要相關知識點編織成知識脈絡，以方便學生在使用時能夠舉一反三。針對不同模塊選擇不同的教學形式，如視頻教程教學、小組討論、案例分析或項目式學習等，確保學生在每個模塊中都能深入學習和實踐。

2.靈活調(diào)整課時。根據(jù)學生在創(chuàng)新教學中的學習進度和反饋情況，對每個模塊的課時進行動態(tài)調(diào)整。例如，基礎模塊（如工程制圖基礎和投影與視圖）可在開學初重點講解，確保學生打好基礎；進階模塊（如CAD軟件操作和復雜圖形繪制與標注）可根據(jù)學生的掌握情況適當增加或減少課時；綜合應用模塊（如工程圖紙的綜合應用）可安排在學期中后期，給學生充足的時間進行實踐和項目制作，確保每個知識點都能得到充分的講解和練習。

（四）創(chuàng)新評價機制，改革考核形式

為了全面評估學生的學習成果，培養(yǎng)其實際操作能力和創(chuàng)新思維，除了傳統(tǒng)的考核形式，還應增加項目報告和實際操作評估等多種考核形式。通過靈活多樣的考核形式，可以更全面地反映學生的綜合能力?；谀K化教學特點，每個模塊設置不同的考核機制，具體包括以下幾個內(nèi)容。

1.組織學生學習制作項目報告。教師可開展校企合作，將企業(yè)不涉密且具代表性的組合體安排給學生，按照企業(yè)工作流程和結合所學的CAD技能設計一份工程圖紙，并提交詳細的項目報告。報告應包括設計說明、操作步驟和心得體會等內(nèi)容。學生需要在課堂上進行展示和答辯，以評估其表達能力和對項目的理解。這種方式方法有助于全面考查學生的綜合能力，包括設計思維、操作技能和交流表達能力，同時培養(yǎng)其繪圖實踐能力，以適應未來的工作崗位要求。

2.做好學生實際操作表現(xiàn)評估。為防止學生互相抄襲，在上機考核中設置圖紙庫，學生通過軟件隨機抽題并在后臺顯示，教師對學生所制作的圖紙進行評閱。教師不僅要求學生提交規(guī)定的圖紙內(nèi)容，還應評估其繪圖速度、準確性和創(chuàng)新思維。通過評估學生完成實際操作任務和現(xiàn)場演示的情況，全面考查學生的專業(yè)實操能力。這種評估方式方法不僅能夠檢測學生對知識的掌握程度，還能評估其在實際操作中的相關專業(yè)應用能力和創(chuàng)新能力。

通過改革考核形式發(fā)現(xiàn)，“因材施教，以才考核”可以更好地激發(fā)學生的學習興趣，增強學生的表達欲和創(chuàng)新欲，全面評估學生的能力，提升教學效果，助力實現(xiàn)教學目標。

四、結語

本文針對工程制圖及CAD課程的特點，結合塔里木大學當前人才培養(yǎng)方案和相關課程教學現(xiàn)狀，對一系列教學改革方式方法進行了探索。這些改革措施旨在有效提高學生的學習積極性和實踐能力，為學生的后續(xù)學習和未來職業(yè)發(fā)展奠定專業(yè)基礎。展望未來，課程改革應持續(xù)關注行業(yè)發(fā)展需求，并結合新技術與教學方法，探索更為有效的教學模式與考核機制。其具體措施包括與企業(yè)合作開展實習項目，引入更多的實戰(zhàn)案例與項目驅動學生有效開展學習，以進一步提升學生的相關專業(yè)應用能力和就業(yè)競爭力。此外，隨著信息技術的不斷進步，要注重開發(fā)更多在線學習資源和虛擬實驗平臺，為學生提供更為豐富的學習體驗。通過這些持續(xù)的改革與創(chuàng)新，期望工程制圖及CAD課程能夠更好地適應行業(yè)發(fā)展的需求，培養(yǎng)出更多具備實際操作能力和創(chuàng)新思維的高素質(zhì)人才。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 宋靜思，劉書文.推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展（強國建設砥礪前行）：代表委員談加快建設制造強國[N].人民日報，2024-02-25（1）.

[2］ 連彩元.新工科背景下非機類“工程制圖及CAD”課程教學實踐[J].福建師大福清分校學報，2021，39（2）：219-224.

[3］ 劉強，耿金萍，戴前進，等.以學生高質(zhì)量發(fā)展為導向的課程教學改革：以工程制圖與CAD課程為例[J].大學教育，2024（9）：70-74.

[4］ 邱琦，范梁棟，張波，等.《化工制圖》課程研究與實踐[J].廣東化工，2018，45（6）：234.

[5］ 張鵬.非機類工程制圖線上線下課程建設研究[J].大學教育，2024（9）：10-13.

[6］ 盧偉，姚嘉，李雪梅，等.“工程制圖”課程教學改革的思考與實踐[J].科技與創(chuàng)新，2022（19）：92-94.

［責任編輯：龐丹丹］