生物工程专业化工制图与CAD教学改革与实践

陈丽红 綦利英 邢荣莲

【摘要】本文依据生物工程专业需求，以高素质应用型人才培养为目标，主要从教学内容、教学方法、教学媒介、考核方式等方面分析了《化工制图与CAD》课程教学现存的主要问题;以此探索通过教学模块构筑、有机耦合相关课程、强化实习实践、课程设计任务驱动等教学全过程改革，以提高教学质量，强化学生综合设计能力，培养学生工程素养。

【关键词】生物工程  化工制图  CAD  教学改革

【基金项目】山东省本科教学改革研究项目“基于OBE理念的工科专业多元化立体化实践教学模式研究与实践”（编号：M2020126）;烟台大学教学改革研究项目“基于OBE理念的生物工程专业实践教学模式及运行机制研究”（编号：jyxm2020039）;烟台大学教学改革研究项目“基于OBE理念的兴趣导向工科大学生个性化发展的专业综合实验教学模式初探”（编号：jyxm2021042）。

【中图分类号】G64   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）33-0191-02

一、《化工制图与CAD》课程教学存在的主要问题

（一）教材内容少，无配套习题，无CAD教程

目前，本课程使用的教材主要包括机械制图和化工制图两个系列。机械制图部分包括制图基础、投影知识、三视图、机件常用表达方法、零件图及装配图等，知识点较多、囿于课时讲授较浅;化工制图部分主要包括化工常用零部件、化工设备图、化工流程图、建筑图纸、设备布置图和管道布置图，内容介绍相对简单、更新不及时，工程应用性不强。而且大部分教材没有配套习题册，即使有习题册，也是习题数量少、内容简单，导致化工制图部分教师讲授简单，学生练习平台匮乏。配套的CAD绘图课程也缺少专门的教程，多由任课教师根据实际情况完成授课及习题设计，学生缺少学习资料。

此外，已有教材面向所有的化学工程相关专业，主要介绍化学工业通用的设备，很多设备与生物工程专业相关性不强，生物工程专业相关的典型设备、生产工艺等介绍较少，在教学的针对性上有所欠缺。

（二）形象思维能力要求高，学习难度大

制图和读图是化工制图课程教学的两大主要任务，形象思维能力是制图和读图的基础，包括空间思维能力的培养和读图技巧的掌握。这两者都需要大量的实践练习，在读图与制图的可逆过程中反复训练，但学生在中学时代未接触过相关训练，其基础课程工程制图在高校教学改革中课时大幅压缩，导致学生基础知识掌握不牢固[1]，对机件的空间想象和理解都比较困难，很难形成清晰的思路，未建立起完整的工程图学知识体系，增加了课程学习难度。

（三）理论内容多，课程枯燥

本课程核心内容是以投影原理为基础，学习化工设备图、工艺流程图、设备布置图以及管道布置图方面的知识，将三维的直观形象转化为二维的抽象表达，这些硬性的教学要求与学生的兴趣形成了反差，而且学生还不具备相应的生产实践经验，对设备的工作原理、结构、实物以及生产实践了解甚浅，认知不足，不能做到真正意义的理解。因此学生普遍感觉课程内容枯燥，学习积极性不高。

（四）工程意识薄弱，缺乏严谨态度

化工制圖是一门标准性很强的课程，在制图过程中需要查阅和遵循相关标准。培养学生的工程设计理念，树立标准化意识，这也是课程的重要目标之一。生物工程专业的特点是理、工并重，学生需要同时学习科学理论和工程知识，因此在一定程度上存在工程理念教育不到位的现象;另一方面，由于企业生产安全和技术保密等要求，学生并不能真正到生产一线去深入学习，参与程度低，学习效果有限。因此学生实习、实践不足，工程意识薄弱，未能充分认识图纸在实际生产的重要地位，图纸绘制过程存在较大的随意性，存在化工设备图视图选择不合理、尺寸标注不规范、符号注释不正确;工艺流程图设备比例不合适、线型不得当、标注不到位等现象，图纸完成质量较差。

二、《化工制图与CAD》教学改革与实践

（一）结合实践，构筑教学模块和方式

依据“实用、适度、够用”的原则，结合生物工程专业特色，根据后续课程需求，对理论教学内容做出适当调整，降低机械制图部分难度，化工制图部分增加发酵生产、分离提取所需生产设备及工艺设计等相关内容。

学生听课属于知识输入过程，读图、制图属于知识输出过程，两个过程有机结合能有效强化知识的掌握[2]。但高校大部分课程都偏重于理论知识讲授，轻视知识输出，导致学生听不进、记不牢、忘得快，没有培养学生真正具备相关能力，根据后续教学工作需求及企业走访和毕业学生反馈，生物工程新版教学大纲增加了化工制图与CAD课时。通过调整课程安排，每周一次课堂授课讲授理论知识，一次课堂授课讲授AutoCAD绘图操作，一次学生机房实践，理论授课和上机实践穿插进行，通过上机实践将理论知识和制图、读图技能融合与衔接，使学生能够即时学以致用，教师通过上机实践及时发现学生薄弱环节，有针对、有侧重地开展教学。

（二）融会贯通，有机耦合相关课程

良好的教学效果不应止步于学生对本课程知识的掌握，更应让学生在系统的知识体系中应用课程知识，与其它课程有机耦合，建立完整的知识体系。本目标的实现要求授课教师熟悉生物工程专业课程体系，具备相关的理科知识和工科实践，从学生角度设计教学内容，建立课程间的相互联系。

化工设备图纸涉及多种化工设备，学生虽然可以在相关实验、实践课程接触到一些典型设备，并也到生产工厂进行了认识实习，但由于企业生产安全和技术保密等要求，学生并不能真正到生产一线去深入学习，学习效果有限。学生对设备制造、性能等缺少深入了解，容易有畏难情绪，学习热情不高。通过与关联实验、实践相结合，以单元操作在课程之间建立联系，从原理到设备，从实物到图纸，从设计到生产，既有助于本课程的学习，又有助于学生知识网络体系的建立。以生物工程常用设备——发酵罐为例，以实验室的中试发酵罐为例，首先教师结合实物，实地讲解，让学生了解发酵罐的主要部件，如罐体、搅拌装置、传动装置等及各零部件之间的装配关系，如封头与筒体的连接方式、轴封方式等，并就此指出在制图过程中应该注意的事项。然后让学生进行实物测绘，进行制图。这种教学、实践课堂相结合的教学方式既可提高学生的学习兴趣，加深学生对设备认识，又有助于学生掌握绘图相关标准和规范。

（三）重视实践，培养学生工程素养

化工制图是一门实践性很强的学科，必须与生产实践相结合。通过与相关企业的合作，选取与教学内容相关的工厂，课程结束时安排学生进行认识实习，加强学生对所学知识的认识，现场教学将化工制图中很多工程规定、设计规范等理论知识与实际生产建立联系，有助于提高学生对于企业安全生产和规范生产的重要性认识，强化工程素养[3]。

由于时间关系和出于生产安全考虑，一般而言认识实习时间较短，若安排不当，很容易走马观花，学生很难真正理解生产流程、了解生产设备。这就需要教师提前做好准备工作，指导学生编写实习计划安排，画出主要设备和工艺图纸，通过图纸内容与实际工程的相互印证，巩固和加强学生对理论知识的掌握和理解，获得对化工设备和工艺的感性认知，了解行业发展现状，缩小学生所学知识与社会需求之间的落差。

（四）课程设计，提高学生综合设计能力

化工制图是一门标准性很强的课程，相关的绘图方式及格式等都有对应的国家标准或行业标准，单纯的课堂授课学生觉得枯燥乏味，传统考试重点为基本的绘图理论知识，注重学生理论知识的掌握，对学生绘图能力的重视不够，导致后续专业课程学习吃力。教学改革后采用过程考核方式，让学生自己动脑、动手完成课程设计，在此过程中老师与学生多次沟通，加强辅导，学生通过查阅资料，对照相关标准，加深理解，将知识点内化并输出，从而对化工设备图纸、工艺图纸、国家标准等系列知识有了更全面和系统的学习。

采用任务驱动型模式[4]，根据实习的工艺和案例，在不同的教学阶段进行系列课程设计，让学生成为学习的主体。首先提出工艺目标，让学生查阅文献，整理资料，完成单元操作的设计（工艺设计），其次制定完成每个单元操作需要的主要设备（化工设备图），根据设备特点设计生产线（工艺流程图），由生产需要设计厂房（建筑图纸），将设备进行合理布置（设备布置图）。通过一系列的任务，驱动学生了解每类图纸在生产中的作用以及表达特点和绘图方式，将化工制图与生产过程融合，提高学生综合能力。课程结束后，通过认识实习，老师现场教学，完成课堂学习与生产实践的有机融合，让学生学得清，画得出，看得懂。

三、结语

通过对《化工制图与CAD》课程教学各环节进行改革与实践，突出强化了理论学习、实践学习和自主学习三个环节的相互衔接和促进，取得了良好的教学效果，解决了师生双方在教学过程中存在的一些问题，提高了学生对理论知识的理解和掌握以及解决实际问题的能力，培养了学生的工程素养。随着时代和科技的不断发展，《化工制图与CAD》课程教學还需要更多的改革与实践，只有不断改革完善教学内容，丰富教学手段与方法，积极创新，才能培养出科学与工程并重、适应时代发展的高素质应用型工科人才。

参考文献：

[1]胡婧.生物工程专业制图课程的教学实践与思考[J].教育教学论坛，2016（46），139-140.

[2]张杰，徐平，毛海立，等.化工制图课程教学改革的思考[J].化工高等教育，2017（3）：64-68.

[3]孙虹，管航敏，司靖宇，等.《化工制图》模块化构建与实践探讨[J].广东化工，2017，44（349）：310-311.

[4]王小雨.以学生为中心的化工制图案例式教学模式研究与实践[J].山东化工，2019（16）：201-202.