化工制图教学改革与实践探讨*

苏 倩，李玉喜，刘雄飞

(中国矿业大学银川学院，宁夏 银川 750011)

化工制图课程是高等院校开设的一门非常重要的专业技术基础课，是化工及相关各专业必修的一门技术基础课[1]，学习本课程的目的主要是在掌握工程制图知识的基础上，培养学生绘制化工工程图样、阅读化工工程图样的能力[2]，使学生能按照国家标准规定，准确描述化工常用设备的形状结构、尺寸等，说明施工制造方法和检验要求，掌握基本的图示含义和方法，为今后专业课程的学习奠定坚实的基础[3]，同时该课程的教学品质将影响学生对后续专业课程的深入学习，尤其是课程设计以及毕业设计。鉴于此，我们结合本校教学实际以及培养应用型人才要求，从化工制图教学手段、教学内容及教学评价等方面做了一些探索[4]。

1 制作3D模型库

《化工制图》内容包括三个主要部分：制图基础部分、化工制图部分以及计算机制图部分，其中制图基础是整个课程最基础的部分，同时也是学生树立自信的关键所在。而大部分学生在学习制图基础的时候就变得很吃力，原因在于无法根据平面视图在头脑中构建出相对应的3D立体图。以往的教学方法是教师通过对平面视图的分析，引导学生在头脑里构建出对应的3D立体图，而大部分学生由于缺乏空间立体感无法在头脑中构建出相应的3D立体图，久而久之，就对《化工制图》这门课“听而生畏”，甚至是产生抗拒，对此，最直接、最有效的解决方法就是把实物模型带到课堂上，展示在学生面前。考虑到经费以及实际情况，我们利用绘图软件绘制出了课程中涉及到的有难度的平面视图对应的3D立体图，并将这些制作成的3D立体图利用一些网络平台实现共享。这不仅大大提升了教学效率，而且在很大程度上激发了学生的学习兴趣，帮助他们树立学好这门课的自信。

1.1 制作3D模型库

在讲解《化工制图》基础部分时，由于学生初接触制图课，大部分学生空间想象力薄弱，很难将一些稍复杂的平面视图在头脑中构建出立体图形，这给教学造成了很大困难，也给学生心理上造成压力，为此，教师利用solidworks绘图软件绘制出学生难以理解的平面视图的3D模型，例如，对于第四章组合体，学生在做根据给定的两平面视图补全第三视图的题型时，如果将对应的立体图给出，学生能很快准确无误的补全第三视图，但很多时候是没有立体图形的，这就要求学生需要根据给定的两视图，通过分析，首先要在头脑中构建出大致的立体图形，然后再边想边画第三视图，这对大部分学生来说，是非常有难度的。而当教师在讲解习题时，如若先将用绘图软件绘制出的立体图形呈现给学生，再讲解习题，教学效果明显增强。由于教学课时有限，为了使学生可以很好的利用课下时间，教师将制作出的3D模型库在微信公众号、蓝墨云班课上发布，这样学生就可以利用课堂外的时间进行学习掌握；再如，在讲解《化工制图》化工设备一章时，教师以化工厂中常见的零部件为例，让学生绘制对应的零部件图，针对学生缺乏企业实践的客观情况，教师利用solidworks绘图软件绘制出常用零部件如筒体、封头、法兰、支座、补强圈、人孔和手孔以及换热器常用的零部件的3D模型、拆分的零件模型以及零件组装视频，让学生对其结构有了详细的了解，从而在绘制零部件图做到了然于胸，激发了学生学习的主动性。

1.2 让模型库实现共享

为方便学生利用碎片时间来学习，教师将制作完成的3D模型库、小视频利用微信公众号、蓝墨云班课等手段实现共享，使学生随时随地都能看到抽象平面视图、化工设备图相对应的3D实物模型，从而在进行平面视图绘制时，做到事半功倍，这一做法受到广大学生好评。

2 建立工艺流程模拟动画库

在讲解化工制图部分中的工艺流程图时，由于学生缺乏企业实践经验，对很多工艺流程的印象只停留在书面教材，在讲到重点难点时由于太抽象致使很多学生理解不了，教学效果差。而将枯燥难懂的工艺流程换以Flash的形式呈现，可以极大提高学生学习兴趣，增加课堂趣味性。同时，为了节省课堂时间，不影响教学进度，将工艺流程模拟动画库通过微信公众号、蓝墨云班课等平台进行发布，学生可以利用碎片时间来进行学习，大大提升教学效果。

2.1 以Flash的形式呈现部分工艺流程

在讲解工艺流程图时，为了加深学生理解，提升课堂趣味性，授课教师请专业人士将化工厂车间内实物流程做成Flash的形式，极大的激发了学生兴趣。如在讲解PID图时，大部分学生对控制点概念模糊，对化工厂DCS控制系统难以理解，不明白仪表控制原理，授课教师以最典型的甲醇精馏为例，通过Flash进行演示，不仅使学生直观形象的明白甲醇精馏的具体工艺过程，还使学生掌握精馏过程中各个控制条件、各类仪表和阀门的结构以及使用场合、工作原理、仪表就地安装和集中仪表盘面安装的方式和区别，极大提升了教学效果，如图1所示。

图1 甲醇精馏工艺Flash演示图Fig.1 Flash demonstration of methanol rectification process

2.2 工艺流程Flash“小微”化，实现共享

由于课堂时间有限，难以将所有的Flash在课堂上呈现给学生，考虑可以上传至网络，让学生利用课下时间进行学习，但一个完整工艺流程的Flash所占内存过于庞大，上传至网络存在困难。鉴于一个完整工艺流程是由一个个操作单元构成，授课教师将工艺流程Flash以操作单元为单位进行分割，以“小微”视频的形式上传至微信公众号，从而实现学生课下利用碎片时间学习的目的，如甲醇精馏工艺包括预塔精馏、加压塔精馏、常压塔精馏以及回收塔精馏等四塔精馏，以每一个塔为单位，做成“小微”Flash，上传网络更方便，更便于学生利用碎片时间学习。

3 对教学内容进行优化

3.1 注重读图能力的培养

对学生读图能力的训练主要分三个方面，一个是让学生掌握化工设备零部件图的识读。在这一部分主要让学生知道如何从零部件图中分析零件结构、尺寸和技术要求。例如，轴套类零件、轮盘类零件、叉架类零件以及壳体类零件的识别、表达方法及结构分析；尺寸分析、表面粗糙度、极限与配合的相关技术要求等。然后是化工设备的装配图以及化工工艺流程图。要求学生能通过读平面视图，掌握化工设备的结构及技术要求，如在读列管式换热器的设备装配图时，要求学生对其表达方法、尺寸、零部件组成及装配、管口、技术要求等内容进行重点掌握；在阅读化工工艺流程图时，要求学生掌握仪表控制点、阀门、设备、管道代号的标注，并能分析其中的物料走向等内容。最后是化工设备布置图与管道布置图。在读化工设备布置图时，学生能根据设备在平面图和剖面图中的投影关系、设备的位号，明确其定位尺寸，即在平面图中查阅设备的平面定位尺寸，在剖面图中查阅设备高度方向的定位尺寸[5]；在阅读管道布置图时，学生能根据平面视图，了解管道、管件、阀门、仪表控制点等在车间(装置)中的具体布置情况，同时要告知学生，在阅读管道布置图时，应以平面图为主，配合剖面图，逐一搞清楚管道的空间走向，再看有无管段图及设计模型，有无管件图、管架图或蒸汽伴热图等辅助图样，最终解决如何把管道和设备连接起来[5]。

3.2 训练学生运用绘图标准的能力

讲授化工设备零部件图这一部分内容时，在给学生讲授如何去查标准的同时，要把具体的标准工具书带到课堂，让学生自己动手查标准，并根据标准去绘图，加深学生对各类绘图标准的理解，如在绘制换热器中的零部件封头时，需要根据换热器的筒体公称直径、壁厚来确定封头的公称直径、壁厚，再通过查工具书来确定封头的其他尺寸。

3.3 考核方式改革

考试总成绩由期末考试卷面成绩(70%)+平时成绩(30%)构成，授课教师将平时成绩构成由传统的教师点名(50%)+课堂作业(50%)，改为点名(30%)+ 绘制一张化工专业图样(70%)，包括化工设备装配图，工艺流程图，管道布置图，设备布置图，任选其一，手绘、绘图软件绘图均可。每个图样的具体要求由授课教师以任务书的形式在课程结束前一个月下发给每个同学，绘图完成后将纸质版上交授课教师，并以照片、电子格式上传至蓝墨云班课。

4 教学改革预期

通过此次教改项目，使学生更进一步的掌握使用投影法用二位平面图形表达三维空间形状的能力；为培养和发展学生的空间想象能力和空间思维能力提供助力；进一步培养学生仪器绘图、徒手绘图的能力；使学生在阅读机械图样、化工图样时更加事半功倍；更进一步培养学生的工程意识、贯彻专项国家标准的意识[6]；教学效果明显增强，学生上课积极性显著提高，成绩成稳步增长[7]。同时，搭建成较成熟的包括3D模型库、化工工艺Flash演示及其他有价值的学习资料的网络课程平台，建成系统、全面的资源库，使教师和学生能随时随地通过手机、电脑等方式利用碎片时间进行学习，实现资源共享。