卞振涛,王红艳,谢 永,郭萍倩,李雪莲,刘程成,何鲁丽,王 婷
(宿州学院 化学化工学院,安徽 宿州 234000)
化工制图与CAD课程是由工程制图基础、化工图样和AutoCAD软件三个模块有机结合起来组成的一门课程。作为本科高校化工类专业的核心课程,课程具有很强的实践性和技术性,在培养学生的工程能力、思维能力和创新素质方面,有着举足轻重的作用。
2010年,教育部启动“卓越工程师培养计划”,面向未来的工程师,对高校化工人才的培养提出了新的要求。信息时代的化工制图与CAD课程内容在不断地丰富,传统的教学方法很难满足应用型人才培养需要。作者结合工作实际,以宿州学院化学工程与工艺专业为例,从构建补充教学体系、注重化工制图与其他课程的有机结合、加强标准意识及工程意识培养、手工绘图和计算机绘图结合教学四个方面探讨改革方向,以满足应用型背景下化工专业人才的培养要求。
随着高校“3+1”培养模式的引入,化工课程与CAD课时量压缩,以宿州学院化学化工学院为例,现行的课时数为“36+12” 模式,36课时用于工程制图和化工图样两个部分的理论教学,12课时分别用于讲解CAD基本知识、计算机绘制氨回收工艺物料流程图和手绘蒸发操作实训装置管道及仪表流程图。CAD基本知识涉及模块较多,用4个课时讲授远远达不到教学目标,教师在指导大三化工原理课程设计时发现,学生运用计算机绘图的能力较差。现有的网络上CAD教学资源需要付费并且内容不系统;对于教师推荐的CAD专业书籍或PPT,学生学习兴趣不高,主动性较差。
同时,课程相当一部分内容涉及典型化工设备的构造和工作原理,具有很强的抽象性,由于大二学生没有相应的生产实践经验,在这些方面缺乏必要的知识储备,教学效果不佳。综上两点,一套有针对性的补充教学体系显得尤为重要。
作为一门多学科相互交叉渗透的应用型学科,化工制图与CAD与工程制图、化工原理和分离工程等课程有着紧密的关系。实际教学中,由于课程时间和教师能力的限制,未能将化工制图课程的内容与其他课程知识点结合起来展开讲授,讲解单一的知识点容易造成学生听课疲倦,影响教学效果。同时,化工制图与CAD也是专业基础课程,这种缺乏知识衔接的教学方式也会直接影响学生后续专业课程、课程设计和毕业论文的学习效果。
化工制图与CAD是一门实践性非常强的课程,教师在授课时发现学生普遍缺乏工程意识和标准意识。例如,学生在按照图样绘制贮罐装配图时,发现封头的高度和鞍式支座没有尺寸,不知道查阅相关标准,这是典型的标准化意识不足;学生在做化工原理课程设计时,接到课程设计任务书后无从下手,缺乏从理论到放大的工程素养。“卓越工程师培养计划”另外一个特点是要求学校按通用标准和行业标准培养工程人才,这些意识的缺乏显然不符合应用型化工人才的要求。
现阶段,大多数高校选用计算机绘图软件完成课程教学,传统的手工绘图已经很少采用甚至完全抛弃[1]。笔者认为这种做法有待考量,应用型工程人员必备的空间思维能力和绘图能力需要逐步培养和累积,刚接触绘图软件的学生在使用计算机绘图时,大部分注意力集中在学习基本操作上,没有更多的精力兼顾其它,跳过手工绘图直接使用计算机绘图,学生的空间思维能力和绘图能力的提高也就无从谈起。从实际教学效果来看,AutoCAD软件的基本操作对于大学二年级化工专业学生来说普遍偏难,教师课堂演示学生学习效果不好,学生对于软件的操作熟练度不够。
为适应应用型化工人才的培养要求,针对化工制图与CAD课程教学中存在的弊端,以下是关于化工制图与CAD课程的几点探索。
近些年来,微课在高校教学中的应用越来越广泛[2]。作为一种补充教学资源,使用微课教学可以有效提升课程教学效果,以CAD基本操作为例,采用微课将CAD各个模块系统的讲解完成并配备应用举例,学生可以通过微课进行自主学习,这种方式对于满足学生的个性化需求、补充教学起到了很好的作用。另外,由于CAD课程的实验部分一般安排在课程的最后,容易造成理论和实践脱节,教师可在课前将微课录制完成,每完成一定课时的理论课学习后要求学生进行微课学习并完成相应的作业练习,采用穿插教学的方式,在有限的教学时间内,将课程内容合理优化整合,既掌握了理论知识又学习到了CAD绘图的操作技能。
虚拟仿真教学在本课程的补充教学中也可发挥重要作用[3],在实际教学中教师可结合常用的仿真软件以典型的化工设备为模型,制作仿真动画,将直观性理论教学与模块化实践教学紧密结合,对典型的化工设备的零部件和构造进行介绍,使理论教学更直观,学生对化工设备从工程观念上有一个突破性的认识和理解。
以微课和虚拟仿真教学为代表的现代多媒体应用丰富了化工制图与CAD课程的补充教学模式和教学方法,针对性的解决了AutoCAD和典型化工设备授课中的难点,符合启发式的教学理念,能够使学生在短时间内获得更多的知识和技能。
化工制图与CAD这门课程与化工专业其他课程有比较紧密的联系,教师在讲解时可结合其他课程知识点进行讲解。如换热器的表达中涉及换热器的阅读,教师在讲解换热器的零件时可以结合化工原理知识讲解换热器的常用零部件折流板的作用,进一步引出换热器的工作原理以及换热量的计算公式,为化工原理的学习打下基础,并使学生真正理解和掌握;在讲解工程制图基础时也可以结合机械制图进行讲解。
将化工制图与其他课程的有机结合,形成紧密衔接的教学体系,加强了基础课和专业课之间的联系,进一步加深了学生对专业的认识[4]。
传统的教学强调基本知识、基本原理的教学,忽视了实际应用。而工程意识和标准意识作为应用型化工专业学生的核心意识和核心素养,其培养应该贯穿本课程的始终,作者认为可以采用任务型驱动模式从以下三点入手进行重点培养:
(1)课程涉及到《技术制图》和《工程制图》中很多的标准,如图纸幅面、标注方法、设备的零部件和字体的大小等都是遵循国家标准。课本采用的是节选内容,教师可以在课程讲解完成后以作业的形式要求学生查询相关标准的全部内容,引导学生全面了解行业相关标准;
(2)在讲解化工设备通用零部件如筒体或封头的选型时,教师可以给出设备的规格性能,采用提问的方式,让学生进行计算并根据相关标准进行选型,既提高了听课效率,又保证了教学质量;
(3)实际教学中可专门选取1~2课时,教师指定设计任务,将学生分成若干小组模拟化工原理课程设计,引导学生讨论,总结完成课程设计说明书和装配图绘制采用的方法和步骤,并以PPT的形式进行汇报。采用这种任务导入-讨论、思考-总结提升的方式,可以充分发挥学生的能动作用,培养学生的工程意识,从而实现从理论到应用能力质的飞越。
手工绘图是计算机绘图的基础,在学生空间思维能力和构图能力培养方面有着不可或缺的作用。教师在讲授绘图基础和投影基础部分时可以采用传统的板书形式,示范作图步骤、思路以及规范,引导学生手工绘图,课下再安排若干次手工绘图和计算机绘图实践训练。手工绘图作业重点训练学生的图形设计表达能力,计算机绘图作业重点训练学生的绘图技巧和速度,两者结合既能有效地巩固和加深学生对绘图的基本原理和方法的理解与掌握,又能使学生认识到计算机绘图和手工绘图的差异;在完成典型设备的装配图和工艺流程图的绘制时,可先安排学生手工绘图,通过手工绘图加深学生对设备构造和工艺流程的认识、提高学生的绘图能力,在此基础上再完成计算机绘图。
不论手工绘图还是计算机绘图都是表达和交流技术的工具,两者相辅相成,将计算机绘图和传统手工绘图融合,实现从手工绘图→计算机绘图的渐进式教学,对于培养应用型化工人才需要的踏实、细致、耐心素质和读图、绘图能力是必不可少的。
面向应用的化工制图与CAD课程旨在培养学生的创新素养、工程意识和实践能力,使学生具备阅读和绘制化工图样的基本素质和能力。必须在教学方式方法、教学内容和补充教学体系等方面进行探索和努力,在实践中完善,从而使课程符合卓越工程师的培养要求,为社会输送更多的应用型化工专业人才。