立足于“化工原理”课程设计的工程制图教学改革

张忠洁，刘久逸，王嵩

（安徽大学化学化工学院，安徽合肥230601）

“化工原理”课程和相关专业课程如“工程制图”“化工热力学”及“化工设备设计机械”基础等知识的综合运用，是化工专业用于锻炼实践综合能力的重要课程。“工程制图与CAD”是工科类本科生的必修专业基础课程，它为学生学习绘制和阅读工程图样的基本原理和基本方法提供了很好的平台。通过学习该课程，可以使学生了解国家标准“机械制图”的基本规定；通过学习画法几何中正投影的基本原理和方法，使学生具有绘制和阅读工程图样的能力；通过学习构形设计的基本方法，培养学生具有一定的空间形象思维能力和创新意识，并培养学生运用计算机绘图的能力[1-2]。但是，在课堂教学过程中也存在一些问题，比如学生提不起兴趣，昏昏欲睡，上课玩手机等，从而导致学习效率下降。产生这些问题的主要原因是大多数教学都以教为主，忽略了学生们的不同特点和需求，学生只是被动接受知识，完成作业，学习的热情和主动性不够。针对学生们在各学期的“化工原理”课程设计中出现的化工设备图纸绘制质量不高的现象，结合个人授课过程中发现的问题，本文将主要探讨在实践应用中工程制图教学改革，减少理论教学内容，增加实训设计项目，如在教学过程中可适当增加三维软件[6]以促进学生们对化工工艺、设备设计的进一步认识与了解，从而提高学生想象能力及运用知识解决问题的能力，不断改进教学方法。通过这些措施进一步提高教学效率，培养学生创新思维和设计意识。

1 当前国内“工程制图”教学现状

“工程制图”是一门主要研究应用投影原理进行图示和图解空间几何问题的理论与方法的课程,其目的是培养学生工艺与工程能力。在“工程制图”教学内容中，立体投影以及立体相贯部分的讲解，需要学生有较强的空间思维能力。但是就目前“工程制图”教学现状来看，在各高校中这门课程的教学都有不同程度的改进，但是由于部分学校的教学资源相对落后，用于教学的实体模型满足不了需求，尤其是相贯模型、实体模型一般比较小，不一定能完全将书本上的内容表达清楚。这门课程需要学生们解决的问题在于二维平面与三维空间形体的灵活转换[6-7]。学生看到立体模型，当老师旋转物体时所处角度不同，看到的投影也就不完全一致。除已有的立体几何知识外，我们还需要用全新的投影知识去分析、解决问题，这往往导致刚刚入门的学生感到抽象，理解困难，尤其是对于陌生而又复杂的立体模型来说。

对于工科类专业来说，本科院校是以培养符合社会需求的具备工程素质的人才为目标，所以就后期的发展来看，对现有的“工程制图”课程的教学模式进行改革是非常亟需的，也是非常有意义的。

2 教学模式的改进措施

“工程制图”作为一门基础学科，重在培养学生多样化、多元化的思维能力，这在一定程度上影响了学生对“工程制图”课程相关知识和技能的掌握。就目前很多高校院系的“工程制图”课程教学的发展情况来看，仍然存在许多问题，这在一定程度上阻碍了“工程制图”的持续改进，因此，我们必须采取有效的措施加以改进，以不断提升“工程制图”教学质量。

2.1 教学内容

在“工程制图”课程的教学过程中，大多数教师通常按照给定教材的课程体系来教学，而没有针对不同专业的学生对课本中的重难点内容进行合理的调整，且没有建立合理有效的课程内容体系，导致在所教授的内容中，有些内容理论性强，但在实际中的运用少之又少，所以需要有针对性地对“工程制图”教学内容进行合理的改革。根据我校化学化工学院化学工程与工艺专业的培养目标安排，在学院短学时授课内容的安排下，采取全面讲授课程内容，有针对性地在教学内容上抓住重点，有利于学生更清晰地掌握“工程制图”知识的主要内容，其中制图基本知识主要包括国家标准、画法几何和平面绘图等部分；投影基础主要包含投影基本原理、三视图原理、点线面的投影；组合体主要包括组合形式、阅读组合体的方法等内容；“工程制图”教学包含的其他内容可进行简单介绍，让学生大概了解即可[3-4]。通过对课程教学内容的优化，提炼出重要的知识点，这对于刚离开高中学习生活不久的大一学生打好“工程制图”的基础是十分有帮助的。

2.2 教学方法

在以往的教学中，有些“工程制图”教学老师的教学方法还是比较单一落后，依然采用“学生听、教师讲”的教学方法，虽然讲解熟练，但缺少与学生的互动，课堂气氛沉闷，这在一定程度上导致了教学质量不佳。因而为了提高学生学习“工程制图”这门课程的兴趣，改变当前“工程制图”教学普遍存在的问题，我们亟需正确地改变教学方法。

对于大一的学生来说，可能对“工程制图”这门课程的认识不够充分，盲目认为在课堂上学习到的东西没有用，因此为了使学生了解到这门课程的重要性，可在学生第一次接触“工程制图”的第一节课上，结合生活中的实例向学生们详细讲解本课程的目的、内容、任务，让大家对这门课程的重要性有一个较清楚明确的认识，从而明白学习这门课程是非常有必要的。根据该门课程的教学方案和学时分配计划，可适当安排教学内容量，让刚进入大学生活的学生们有一个适应的过程；并可通过在每节课末邀请同学们一起对本节课内容进行归纳和总结，帮助学生们记忆。当然，在授完当前课堂内容之后，除了借助一些模型外，还可适当引入具体的工程图纸或绘图工具进行进一步的讲解。这种方法对于学生们固有的知识体系来说会更具有真实感和吸引力。在进行下一节授课内容之前，可由教师带着学生先复习上节知识，有助于学生更好地掌握。此外，对于有能力的老师，也可自己编译上口又实用的口诀来帮助学生们记忆，或使用课堂软件教学，在课件上发出定时的问题，学生们在手机上进行回答，这样既可以减少学生们上课玩手机的现象，又能通过学生们回答问题的对错实时了解学生们对“工程制图”知识掌握的情况。

2.3 教学手段

在“工程制图”教学过程中，一些老师们主要还是依靠粉笔、黑板式的教学，教师讲课往往根据自己的习惯，而没有从容易接受新事物的学生角度出发，这样更不容易激发学生的学习兴趣。教学手段比较单一，由于教学方法缺乏多样性，学生很容易失去学习兴趣，所以我们可以适当改变传统教学中以教师为主的模式，采用角色互换法，即变“教师主导”为“教师引导”，尝试以学生为中心的自主学习[5]。教师在学生学习的过程中采用问题式引导教学。当然，为了保证课堂质量的同时注重参与的普及性，选用难易适中且能充分发挥学生想像能力的章节，比如在“几何构型”方面的教学时，可以采用启发式教学，引导和鼓励学生大胆猜想并积极思考，又或如在视图的阅读中，由两个视图确定空间构型时，可以根据提出的主视图和俯视图，让学生分析立体图的形状，并邀请同学们阐述自己的观点，针对分析的结果，可能会得出不同的结论，最后在学生们的共同讨论下，老师和学生一起总结最终的结论，这样既加深了学生对空间构型的理解，也很好地锻炼了学生分析问题的能力；亦或可将班级拆分组建成几个小组，进行以团队为整体一起设计和讨论老师布置的作业，学生之间互助辅导，从而有效地促进学生更好地理解和掌握知识，教师与学生及学生之间也可互动答疑，不定期地举行团队比赛，进一步增加团队之间的交流与合作，此外，学校还可不定期组织制图技能培训和知识交流，强化制图软件技能知识，在达到知识共享的同时，也可无形地提高学生的求知欲望。有时也可适当采用多媒体教学，相较于传统教学而言，多媒体教学还是占很大的优势，比如对于抽象的立体模型来说，采用传统的教学模式很难直观地将模型展现在学生面前，这时就可采用多媒体教学，将抽象的立体模型转换为生动的图文或用多样化的视频来展示等，便于学生更清晰地理解。当前，计算机多媒体信息技术在教学中被广泛运用，教师在“工程制图”课程教学中，应合理利用多媒体教学课件，运用电子教案、三维绘图软件来进行辅助教学。此外，计算机多媒体辅助教学不仅应用于教学课件，还应扩充到作业、自学练习、技能测试以及教学管理等课件，并且给予试题分析及解答，帮助学生优化学习效果，更加容易地学好“工程制图”这门课程。

2.4 教学辅助

对于大多数刚开始接触“工程制图”的学生而言，理解三视图及其所表达的立体空间形状还是有一定困难的，所以我们可以尝试辅助一些工具教学，贯彻以三维设计为核心的教学思想，将三维造型、图形表达以及制图规范有效结合，不仅能够提升形象思维能力的培养，还可采用三维立体造型作为切入点，了解其表达方式和构成原理，提升学生的表达能力和思维能力。所以，在实际教学中加强对学生表达能力和思维能力培养的同时，还要凸显三维设计理念的重要性。此外，在课程教学时，不仅要充分运用二维投影技术与三维立体造型，还应并联三维建模数学法，最大化实现空间的可视化、坐标化及布尔化，使学生生动地了解形体结构、工作原理和尺寸分析，与课程中的形体描述保持一致，以此来帮助学生快速提高读图能力。对于学生学习比较吃力的部分知识可试图在课程网站上提供配套的练习题以辅助学生有效学习。

随着“工程制图”教学内容和体系的演变，传统教学方法对学生提高读图能力和空间想象力已经不适用了，所以我们引进新的软件来进一步促进学生具体化地掌握“工程制图”知识。比如在空间立体表面交线内容的讲解中，可以将三维软件加入到教学中，将枯燥难懂的知识点进行具体化、立体化，开阔学生的眼界，保证教学内容的生动丰富，有利于学生对三维立体图的掌握与理解，可为学生将来从事相关专业奠定扎实的制图基础[4-6]。在计算机中进行三维课程教授，实现从三维实体到二维投影的表达，学生也可根据生成的二维投影图来想象其对应的三维立体图，在计算机中进行三维设计，不仅速度快，而且表达清晰，符合现代化设计与制造的发展要求，从而提高学生的空间想象能力。将课程教学与三维软件的内容相互穿插在一起，可以让学生们既掌握它们的结构特点，同时也理解了形体分析的方法。总而言之，就个人而言，引进三维软件辅助教学可以增强教学的直观性，也可以加深学生对理论知识的理解。对于大一学生来说，学习“工程制图”相关知识还是比较吃力的，尤其是对于组合体这一部分知识来说，是学生学习“工程制图”难度最大的部分，我们可以利用三维软件，让同学们先画出组合体的三维图，然后生成二维图。通过三维软件的建模、虚拟装配等功能，将真实立体性模型通过动画效果功能使部件运动仿真，客观地将三维立体模型表达出来。通过软件所建立的立体模型，再结合软件的旋转功能，可以全方位地向学生展示这些模型的几何形状，不仅使学生明确零部件的结构及其装配关系，还可激发学生们对“工程制图”这门课程的学习兴趣，有利于提高学生的空间想象能力和学以致用的能力。但是，过度使用多媒体工具会让学生产生极大的依赖性，可能会极大违背最初“工程制图”的教学目的，严重阻碍学生们的空间思维和想象力的培养与训练。

2.5 学生个性培养

““工程制图”与CAD”作为化学工程与工艺的一门专业基础课，目的是培养学生的工程素质。当然，学期结束时，大部分学生都能掌握基本的绘图知识体系，基本上能够满足现代社会对化工绘图人才的要求。但因为学生来自不同的地域，从小养成的学习习惯和学习方法不同，教师上课所授的教学方式不一定适合所有学生，所以为了适应学校目前提出的“培养应用型人才”的发展战略[7]，教师在教学过程中，必须结合课程特点，可根据学生个性差异和实际能力水平，注重个性教学，充分发挥每位学生的主观能动性、潜力和积极性以及对“工程制图”的兴趣。

3 总结

“工程制图”课程的教育改革应该是全方位、多方面持续进行。为了进一步提高“工程制图”教学效果，作为教师，我们必须正视教学中存在的不足，及时采取有效的措施加以解决，从而有效地推动我国教育产业结构的优化[8]。而这种改革需要注重与多媒体工具、三维制图软件的结合，顺应当今工程设计技术和教育的发展趋势，在具体实践中不断创新和完善，为以后的课程设计、毕业设计打好基础，提高“工程制图”课程的教学水平。教师作为教学活动的设计者和组织者，为了提高“工程制图”课程的教学质量，需要老师们多付出心血，制定出合适的“工程制图”课程教学模式的改革措施，共同促进“工程制图”教学良好发展，为社会培养更多高素质的人才。