以能力培养为根本的化工制图教学改革

朱秋实 陈菲菲 王慧 刘书群 徐蕴

【摘   要】   化工制图的教学是以学生的空间想象能力为基础的。但在课程总学时压缩的条件下，课程教学过程容易忽视对学生进行相关能力的培养。课程教学改革以培养学生空间思维能力为根本，按照学生的实际学习能力合理调整了教学次序和难易程度;整合线上和线下教学资源打造“混合式”课程，在强化碎片时间利用效率的同时注重对学生实践能力的培养;将学生在作业互评过程中的表现纳入平时考核范围，强化对学生学习过程和质量的控制，使理论知识在不断运用中得到巩固，学生空间思维能力稳步提升。

【关键词】   化工制图;空间思维能力;教学内容;教学模式

Teaching Reform of Chemical Engineering Cartography Based on the Cultivation of Students' Space Ideation

Zhu Qiushi， Chen Feifei*， Wang Hui， Liu Shuqun， Xu Yun

（Huaibei Normal University， Huaibei 235000， China）

Abstract： Teaching effect of the Chemical Engineering Cartography depend seriously on the students space ideation ability which may be easily ignored during the teaching process under compressed teaching time. The course reformation was thoroughly based on the cultivation of the students' space ideation. According to the students learning ability， the teaching sequence and learning difficulty were rearranged reasonably. The online and offline blended course was built by integrating the online resources and offline classes to enhance the utilization of fragmented time as well as to improve the students practical ability. The students performance in exercise peer-review process were integrated into the usual performance evaluation system to strengthen the quality control of learning processes. What they learned would be consolidated and their space ideation ability would be steadily improved in this process.

Key words： chemical  engineering cartography; space  ideation; teaching  contents; teaching  mode

〔中图分类号〕  G 642            〔文献标识码〕  A             〔文章编号〕 1674 - 3229（2021）03- 0000 - 00

1     化工制圖课程学习的现状及问题

1.1   学时少，任务重

化工制图是以培养和提高学生绘制和阅读化工图样能力为主的一门课程。该课程以培养学生的空间思维能力为基础，从基本投影理论的学习开始，直至化工图样的阅读与绘制，整体内容充实且循序渐进，内容难度由小到大。在逐步培养学生空间思维能力的同时，让学生能够高效率的去学习。由于该课程教学内容多，所需的理论总学时数理应超过120学时[1]，然而在全国高等院校普遍压缩本科教学学时的大环境下，我校化工制图课程学时数被压缩至48学时。教师想要在如此短的时间内将课程内容完整的教授给学生会存在很多问题。首先，许多高校教师为完成教学任务都会根据本学校的人才培养目标对教学内容进行调整和删减以适应学时数减少的情况。但这需要教师具有较高的教学水平和对本专业发展方向的准确把握。否则，仅仅简单对教学内容进行删减和调整将会造成教学内容的不连贯，增加学生学习的难度[2]。其次，有一些老师为赶教学进度，在课堂上对知识点的讲解不透彻，甚至对很多知识点一笔带过，根本就不展开，这在很大程度上影响了学生对基础知识的理解和掌握，空间思维能力得不到有效培养。第三，学时少，则教师在课堂上无法开展较多的实例讲解和演练，课堂教学从头到尾就是一种填鸭式教学。这种课堂单调而乏味，沉闷而无趣。学生是被动学习，学而不练会导致学生仅仅掌握了相关的基础知识，不能有效提升其绘图和读图的能力。

1.2   忽视空间思维能力的培养

空间思维能力是学生学好本课程的基础，也是本课程的主要教学目的之一。无论是读图还是绘图都需要学生具有一定的空间思维能力。尤其是在读图，即将二维图形向三维形体转化时，需要学生具有较强的空间思维能力。否则，学生在处理此类问题时会感觉无从下手。因此，提升学生的空间思维能力是提高教学效果的主要手段之一。然而学生在以往的学习过程中均注重逻辑思维能力的培养，空间思维能力没有经历过系统的培训。此外，国内的教学形式也导致大部分学生“寡见少闻”[3]。俗话说“见多才能识广”，空间思维能力的培养需要学生对工程机件有一定的感性认识。学生若对某种机件没有感性认识，如何在大脑中由二维图形直接建立三维形体？不增加学生的“见闻”，提升学生的空间思维能力，教学将难以开展，学生也会认为该课程的难度较大。不仅打击了学生学习的自主性，产生厌学心理，降低学习效率，也使教学工作面临严峻的考验。

若要做到使学生“见多识广”，有效提高其空间思维能力，离不开工程专业实践和课堂实例教学。因此，化工制图是一门实践性很强的课程。然而，在少学时条件下课堂教学形式以教师对知识点的讲解为主，实例教学应用较少，且实例教学中所涉及的形体一般为常见的结构相对较简单的机件。这对增加学生的“见闻”，提升空间思维能力的帮助是有限的。学生现有的空间思维能力水平足以将简单形体的二维图形转化成三维实体，但处理复杂形体的转化则显得力不从心。空间思维能力的提升是需要过程的，需要进行大量的训练，这正是目前教学中所欠缺的。

1.3   考核方式单一

目前，我校化工制图的考核方式为：平时成绩（30%）+期末考试成绩（70%）。平时成绩主要包括出勤率、课堂提问、平时作业和大作业四部分。项目较多，但大多也仅仅是流于形式，实际效果不甚理想。课堂出勤率一般考查学生是否迟到、早退，是否有睡觉、玩手机的现象，学生的注意力是否集中在学习上却无从得知。课堂提问的主要目的是让教师及时了解学生对知识点的掌握情况，但用于化工制图这门课却显得力不从心。一是由本课程的性质决定的。课堂提问一般注重对基本知识点的理解与记忆，若对绘图能力进行考查则会浪费本就不多的课堂教学时间。二是由我校实际的教育形式所决定。大班化教学使教师在提问时无法做到雨露均沾，提问效果不理想。同样由于大班教学的原因，教师没有精力对学生的平时作业和大作业进行详细的批改和讲解，所以学生不认真做作业，作业存在严重的抄袭现象。综上，这些考核均反应不了学生平时的学习状态和对知识的掌握情况。

期末考试同样存在一定的局限性。因考试时间的限制，考试内容一般注重对理论知识的考查，如截交、相贯、表达方法以及零件图的读图等，对绘图的要求不高，反应不出学生实际的绘图和读图能力。学生应付这种考试的方法一般是“突击复习”、“死记硬背”等，反而不再注重可以提高自身空间思维能力的学习过程，也养成了“平时抄，期末背”，以应付考试为主要目的的不正常学习风气。

2     教学改革的方法和措施

2.1   以能力培养为主，合理安排教学内容

目前，已有许多教师研究并实践了少学时条件下如何有效整合教学内容。研究成果主要表现在以下两个方面。一是以工程项目为主线，将教学内容实例化、模块化[4-6]。二是将教学内容与化工设计等专业课程紧密结合，学以致用，以提高学生的学习兴趣[7-9]。本论文则在此类改革实践经验的基础上，探讨如何优化课程内容，以达到在少学时条件下提高学生空间思维能力培养效果。

课程内容优化要依据人才培养目标。化工制图课程主要培养学生阅读和绘制化工工程图的专业技能。在以往的教学顺序中，化工工程图的阅读与绘制放置在课程的最后，容易導致学生产生“此内容不重要”的错误想法。同时，经过一个学期的高强度学习，学生的身心疲惫，学习效率也会大大降低。因此，调整教学顺序是非常有必要的。笔者认为在少学时条件下要达成课程目标，可以将化工工程图的相关内容与其它基础知识进行有机结合。如工艺流程图的阅读和绘制不需要学生有投影知识，学完制图的基本知识后即可进行相关教学和实践活动。平面和管道布置图对学生的空间想象能力要求不高，可以放在线、面投影之后进行学习。零件图、装配图的相关内容可以直接穿插进化工设备图的教学内容中，不需要单独设立章节。

课程内容优化要注重培养学生的空间思维能力。一是要让学生把基础打牢，二是要让学生“见多识广”。因此对投影基础部分的教学不仅不能压缩学时，反而要增加学时。由于平面、管道布置图的相关内容可以以实例教学的形式放在投影基础部分进行学习，因此可以将投影基础部分的学时进行相应的延长，使教师有更多的时间与学生互动，及时掌握学生的学习情况。这样做的另一个好处是可以让学生将所学的知识及时的应用在具体的实例之中，激发学生的学习兴趣。另外，也应增加组合体的教学学时，在教学内容中应大量引入化工设备中常见的零部件作为教学实例或课外练习，使学生熟悉相关零部件的结构，为后续学好化工设备图打下基础。

课程内容优化要注意所选实例的难易程度。教学内容中所选择的实例既不能太难，也不能过于简单。太难，学生容易产生畏难心理;过于简单，课程不受重视，都会使学生的学习兴趣下降。现有的教材中，前半部分的图样过于简单，而装配图图样则突然变复杂，学生瞬间感觉不知所措，打击了学生的学习兴趣。因此，在课程开始时就明确教学目标：能够绘制一幅简单设备的化工设备图。此任务需要学生“跳一跳”才能完成，可以使学生更加重视课程的学习。然后，在接下来的教学过程中，再把该设备进行逐一拆解，引导学生逐步完成相关图纸的绘制，并穿插讲解相应的知识点，使学生有代入感和成就感，能够在一定程度上激发学生的学习兴趣。

2.2   教学模式改革

进一步丰富多媒体教学内容。多媒体教学法丰富了现代教学的方法和模式，其直观、形象、生动的特点不仅让学生在学习过程中能够持续保持专注，也可以方便的对化工设备进行拆解和剖切，使学生在没有实物模型的情况下对机械零部件的结构有更加深刻的认识。既能降低课程学习的难度，也能有效培养学生的空间思维能力，应继续发扬。根据优化后的教学内容，首先使用SolidWorks和AutoCAD等软件对教学中用到的全部图样进行三维建模，与典型化工设备、零部件、虚拟生产车间等三维图形合并，建立了虚拟三维立体模型库。将抽象、静止的内容转换成形象、生动的立体模型，既能形象的展示形体的特征，又能有效帮助学生建立健全的空间理念，加强空间思维能力的培养。其次，以化工图样的绘制为主线任务重新编制教学课件，从图框、视图、标注至技术要求，逐步引导学生完成化工图样的绘制任务，并穿插相应的理论知识点。使学生能够更好的将理论知识与实际应用相结合，在学习理论知识的同时，掌握基本的绘图技能。最后，在课堂教学中引入更清晰、精确、快速的计算机绘图方法进行二维图形绘制的教学，辅以PPT动画演示，替代传统的板书教学。

线上线下混合教学，强化碎片时间利用。随着学时的压缩，为了增加学生学习的主观能动性，培养学生利用碎片时间自主学习的能力，我们依托在线课程平台将线上线下混合教学的模式引入到化工制图教学中。教师在线下主要使用实例解析的形式进行教学，中间穿插理论知识点的讲解，但对简单的理论不深入展开，以节省教学时间。线上则使用任务教学法辅助线下教学。将理论知识点的扩展讲解录制成视频，上传至教学平台，以任务的形式督促学生自学。有别于传统的“听学”，学生在自主学习的情况下，能够对理论知识点有更加深入的理解和体会，为读图和绘图技能的提升打下坚固的理论基础。此外，将一些与课程相关的资源上传至平台供学生选学，如AutoCAD软件教学、国内优秀MOOC视频、虚拟三维立体模型等。学生的选择范围更广，可以根据个人兴趣自由选择相关内容进行学习，逐渐培养学习的自主性。最后，线上教学的答疑模块克服了学生在面对教师时的紧张心理，使更多的学生能够及时提出问题并得到解答，也方便教师了解学生的学习状态。

实践练习助力学生提升绘图技能。“熟能生巧”，绘图技能的提升离不开大量的实践练习。实践的同时也是对所学知识的一种梳理。学生为完成任务，或通过复习相关理论知识，或通过教师答疑等，解决在绘图期间会遇到各种问题。此类循环往复、螺旋式前进的过程，使学生不断的温习并加深对所学理论知识的理解，也调动了学生的主观能动性，变“程序化学习”为“目的导向学习”。因此，除常规作业外，我们还给学生布置了两次综合性实践大作业。一是让学生利用往届学生的毕业设计计算结果，完成相应工艺流程图的绘制。二是修改教学示例中的容器的相关参数，让学生重新进行工程图的绘制。让学生在不断的练习过程中提高其自身的绘图技能。

2.3   考核方式多元化

化工制图课程理论和实践并重，应用性很强，传统的考核方式不足以反映学生实际的绘图和读图能力。教师应强化平时考核（权重60%），通过平时考核结果及时了解学生的学习状态;弱化期末考核（40%），通过期末考核检验学生的学习成果。

缩减部分平时考核项目权重。为使平时考核不流于形式，考核方式应符合学生的实际情况。考勤和课堂提问环节可以强制学生进入课堂学习，并使学生有较强的学习紧迫感，是必不可少的考核环节，但应相应缩减权重。将考勤成绩的权重缩减至仅占平时成绩的5%，且使用在线方式考勤以节约时间。考虑到大班教学的实际情况，课堂提问环节的权重也设为5%。在线学习以任务形式下发给学生，目的是为了加深学生对理论知识的理解，并扩展学生的知识面，视学生完成情况给予成绩，该环节占平时成绩的10%。

强化作业评价过程的考核。作业更能反映学生实际的绘图能力，因此加大相应的权重，平时作业权重为50%，大作业为30%。此次教改中，引入生生互评的作业批改机制。学生完成平时作业后上传至学习平台，由平台随机分配给其他学生进行批改、打分，最后由教师检查合理性。这样可以将教师从繁重的作业批改中解脱出来，有更多时间去设计教学方案，更新教学课件等。在此过程中，创新性的要求学生在作业批改完成后上交一份详细的修改意见。教师根据学生的批改意见，直接掌握作业批改人对基础知识的理解情况。因此，平时作业成绩分为两部分。一是根据学生本人作业的完成度、准确度所给的成绩，可以反映学生的实际绘图能力，占平时成绩的30%。二是根据此生在作业批改时所提交的修改意见所给出的成绩，可以反映出学生对理论知识的掌握情况，占平时成绩的20%。大作业因难度较大，对知识的综合理解和运用要求较高，仍由教师评阅。

3     结语

化工制图是化工专业的一门重要的专业核心课程，如何高质量的完成教学任务是一个不断探索和改进的过程。为培养符合当前化工行业要求的专业技术人才，我们的教学内容要紧扣教学目标，在培养学生空间思维能力的基础上，培养学生绘制与阅读化工图样的能力;教学模式要与时俱进，及时吸收先进的教学手段和方法，使教学更加有效;要注重对学生学习的过程考核，在督促学生学习的同时，培养学生自主学习的能力，最终实现全方位培养化工人才的总目标。

参考文献：

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[7] 周志伟，张峰，武文良. 浅谈《化工制图》与其他课程的有机耦合[J]. 山东化工，2016，45（19）： 108+110.

[8] 張杰，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，2017，34（3）： 64-68.

[9] 王智娟，王丽苹. 《化工制图与AutoCAD》课程教学改革[J]. 曲靖师范学院学报，2020，39（3）： 52-57.

[收稿日期]   2021-03-20

[基金项目]   安徽省高等学校省级质量工程教学研究项目（2019jyxm1205，2020jyxm1674）;淮北师范大学质量工程项目（2020xjxyj020，2020xylkc008）;安徽省自然科学基金（1808085QB50）

[作者简介]   朱秋实（1984- ），男，博士，淮北师范大学化学与材料科学学院讲师，研究方向：环境污染控制工程;

[通讯作者]   陈菲菲（1984- ），女，博士，淮北师范大学化学与材料科学学院讲师，研究方向：重质油加工与利用。