基于竞赛的“化工制图”课程模块化教法

赵 凌，魏静静，康瑞琴，张艳维

（安阳工学院 化学与环境工程学院，河南 安阳 455000）

“化工制图与AutoCAD”是化工类专业一门重要的基础课，具有较强的理论性和实践性,其课程的教学质量也将会影响到后续专业课的学习。在“化工制图与AutoCAD”课程教学中运用模块化教学方法，结合既定的培养目标，将课程的教学内容分解成多个独立、分散的教学模块，然后根据全国大学生化工设计竞赛要求，有选择性地将这些教学模块重新组合，教学的各个环节形成完整的统一体，充分发挥学生的学习积极性，实现学生专业知识学习和综合素质提高的完美统一。

1 以赛促学，以赛促教

全国大学生化工设计竞赛由中国化工学会、中国化工教育协会、教育部高等学校化工类专业教学指导委员会联合举办。该竞赛全国高校影响广泛，是目前国内规模最大、行业高度认可、影响最广的化工专业顶级国家级赛事，被誉为全国化工本科的“奥林匹克”[1]。我院从2014年开始报名参加第八届化工设计竞赛，已连续参加了8年，取得7次全国二等奖。

技能大赛的宗旨在于强调知识技能的实用性，促进校企合作，使学生更好地走入社会，走上工作岗位[2]。学生平时在理论课的学习中较少接触到这一类训练，在参与化工设计竞赛的过程中不断接触真实的施工图纸，按照图纸要求进行练习。通过竞赛前的培训和学习，学生对施工现场及施工做法有了新的认知，对课业的完成具有良好的促进作用。同时，由于制图比赛对时间的要求十分严苛，也锻炼了学生在短时间内寻找最佳解决途径的能力。竞赛对于激发学生的创新能力、学习能力以及对理论知识的综合应用能力具有积极的促进作用[3]。

通过全国化工设计大赛的校级选拔赛和全国比赛，强调知识技能的实用性，充分调动学生的学习积极性。以前学生仅凭借课本中理论知识难以想象实际生产的真实情况，造成了难以理解理论知识和制图标准的严谨性，学习效果不明显，特别是“化工制图与AutoCAD”作为专业基础课，在大二上学期开设，学生没有专业知识基础，空间想象思维需要逐步建立，难以达到课程预期效果。因而经过多次教学实验，最终以“案例教学”的形式授课，充分激发了学生学习的积极性和主动性，有利于学生对理论知识的理解，活跃了课堂气氛，促进师生之间的互动。在课堂教学中使用的案例大多选自全国大学生化工设计竞赛作品，如学习“第三章工艺流程图”时，可以选用化工设计大赛作品中的工艺流程设计内容，学习“第六章化工设备图”可以选用竞赛中的设备设计的内容来举例，举例的内容前后有关联，能把一套工艺流程讲得具体、透彻，能把课本中的理论知识和竞赛作品中的实际生产过程完美融合在一起，培养学生的综合工程能力。

化工设计竞赛不仅能引导学生将所学的理论知识与实际施工图纸融会贯通，而且对教师的实践经验和教学设计的要求也是一种提高。教师应及时更新教学理念，转变教学观念，学习新知识、新设备、新技能，运用先进的教学方法，以学生为中心，倡导自主学习，培养创新能力，全面提升教师的教育教学水平，提高教学质量。作为地方性应用型高校，我校不仅促使学生在校期间将制图理论与技术创新有机融合，而且为教学改革与创新，课堂结构调整积累了宝贵经验，提高师生综合素质和创新能力，促使师生共同反思进步[4]。

2 模块化教学构架

模块化教学是指根据程序模块化的原则和构想对教学内容进行设计，使之形成一个完整的、系统的教学体系[5]。在“化工制图”课程教学中使用模块化教学，以培养学生的工程能力为核心，强调学生的实践能力培养，具体以知识模块为表现形式，在构建模块时强调知识与能力的结合。将“化工制图”课程通过模块化形式讲授，使学生掌握工程制图和专业图纸的知识，强调知识的运用，有效提高学生的动手能力和实践能力。

经多年的教学研究及实践，最终形成的化工制图教学分为两级模块：第一层级为工程制图、计算机制图、专业制图三个模块，这三个一级模块教学内容彼此独立，知识点又互相联系，各模块层层递进，紧凑合理，是一个有机结合体，其中工程制图模块是基础知识，计算机制图模块是绘图的工具，专业制图模块是用基础知识来表达专业知识。第二层级分别就各一级模块的内容要点再细分各模块，具体如图1所示。

图1 “化工制图”模块化教学结构及教学内容Fig.1 Modular teaching structure and content of Chemical Engineering Drawing

工程制图模块是“化工制图”课程的基础知识，要重点掌握正投影的定义和性质，利用正投影的原理，得到物体的三视图和六个基本视图，进一步讲解工程图样的其他表达方法。表达物体除了结构还有大小，用尺寸标注完整地表达大小，在不致引起误解和多义性的前提下,力求简化标注。计算机制图模块是讲解AutoCAD软件的操作界面，在设定好绘图环境后，运用常用的绘图、编辑、文字注写、尺寸标注等命令，绘制零件图和装配图等专业图纸。化工制图模块重点讲解工艺流程图、布置图和化工设备图的作用、基本内容、阅读、绘制，实现学生专业知识学习和综合素质提高的完美统一。

在这样的模块化教学体系结构下，不仅有利于学生掌握制图的基础知识，更有利于学生理解手工绘图和计算机绘图、工程制图和化工制图的区别和联系，便于学生把工程制图的表达方法灵活运用在化工专业图纸中；同时，不同一级模块下的二级模块类比，如工程制图模块中的三视图、计算机制图中的装配图绘制模块和化工制图中的化工设备图模块，更可以辅助学生完成对三视图从基础到专业、从手工制图到计算机制图、从理论知识到实践运用的认知提升。

3 模块化教学中的举例

授课时的例题应该既典型又具有代表性，最好还能具备可变性及可引申性，能把三个模块里的知识点串联在一起。在讲解工程制图模块中两圆柱体相贯求相贯线时，就可以对两圆柱体直径的相对大小及轴线的相对位置变化对相贯线形状的影响加以比较，延伸到计算机制图模块中交线的画法，再进一步讲解到化工设备中接管的画法，这样就能把这个难点学会、学懂、学透。

在讲解工程制图模块中局部放大表达法时，可以把绘图比例的选择和布局等基础知识融进去，再延伸到计算机制图模块中引线标注和文字的注写，进一步讲解化工设备中因为尺寸相差悬殊，更要做好细节的表达，这样就能按照学生的需求把相关知识进行有效整合，对教学内容进行完美的重新组合，激发学生的学习兴趣和学习热情，把学生的自主学习和具体的教学目标统一起来，全面提高学生的综合素质。

在讲解工程制图模块中三视图的画法时，可以把化工设备图纸等基础知识融合进去，再延伸到计算机制图模块中装备图的画法，进一步讲解化工竞赛中要求的化工设备图纸中各种规定画法，这样就能把课堂中的各种理论知识和工程设计能力有效结合在一起。通过化工设计竞赛，激发学生的自主学习和探索精神，培养学生良好的职业素质、专业技能、实践技能以及创新技能。

在讲解工程制图模块中工程制图中各种表达方法的选择时，可以选用竞赛作品中生产异丙醇工艺流程中的各类设备的图纸中使用的表达方法。在讲解计算机制图模块时，以竞赛作品中各种工程图纸为例，演示计算机绘图的步骤和绘图命令的使用。在讲解化工制图模块中，讲解工艺流程图时以异丙醇生产工艺流程为例，学习工艺流程图的作用、内容、绘制等；讲解布置图时仍以生产异丙醇为例，学习设备布置图和管道布置图相关内容；讲解化工设备图时还以异丙醇生产过程为例，学习常用的四大类设备——反应器、换热器、塔、储罐图纸内容、绘制、阅读等相关内容[6]。在整个课程教学过程中通过一个竞赛作品的内容把工程制图、计算机制图、专业制图三个模块的内容串联在一起，把一个生产过程从工艺流程开始，到设备和管道布置，再细化到每个设备的表达方法等完整地呈现给学生，体现了化工设计过程中的“绿色、创新”发展理念。在课程教学中充分调动学生自主学习的积极性,打破固有的思维模式，强化学生的发散性思维，培养学生的自主学习能力、创新能力、工程能力，真正达到“以赛促学，以赛促教”。

4 教学效果

4.1 调动学生的学习积极性

本教法符合现代教育理论的要求，学生由被动接受者转变成主动探究者和创造者，调动学生内在的学习动力[7]，充分发挥学生的主体作用，利于学生综合能力的培养。在教学过程中坚持以学生为中心，充分尊重学生的个性，结合化工设计竞赛的影响力和以竞赛作品为例，学习的内容较传统的教学开放许多，把化工竞赛作品的要求巧妙地穿插到课堂的理论教学中，开启了学生深入学习的兴趣，如在教学过程中播放化工竞赛答辩ppt和视频。

4.2 培养了学生的创新精神和实践能力

利用本教学法进行教学的过程是学生的一个创造过程，学生完成任务需要自己开动脑筋[8]，大胆想象，自己动手实践和探索，益于培养学生的创新精神和实践能力。在课堂教学中穿插全国大学生化工设计竞赛的内容，不仅能鼓励学生们踊跃参加校级选拔赛，积极比拼，在作品设计或社会调查过程中锻炼了学生们的实践能力，还能明确学习动机，使学生们对于课程体系内容的理解和掌握有较大程度的提升，开拓创新能力，强化实践应用能力，学生提交的手工图纸和电子图纸的质量和规范性都有了一定提高。

4.3 利于学生们专业能力和通用能力的提升

本教学法利于学生们专业能力和通用能力的提升，如在教学过程中引导学生对书本内容进行拆分、梳理、再归类，既能引导学生全面理解和深度消化知识点，又能锻炼学生分析问题和解决问题的能力。教学过程中把模块化的教学内容和化工设计竞赛结合在一起，锻炼了学生把理论知识运用到生产实践的能力。上机的实践练习中要求学生在规定的时间内完成规定的工程图纸绘制，既能提高学生对时间的把控能力，又能提高学生的动手能力和心里素质。通过学习，真正让每位学生成为社会所需要的高素质人才。

基于该教学方法，近几年来我院学生和本课程组的老师都取得了不错的竞赛成绩和教研成果。从课堂教学的实际情况来看，课堂气氛热烈了，学生注意力集中了，勇于大胆提问了，学习主动性增强了，取得了良好的教学效果。我院学生多次在国家级、省级赛区竞赛中获得良好成绩；毕业生创新意识、创新能力优势明显，就业率和工作年薪在全校专业中名列前茅。课题组老师在全国高等学校本科化工类专业优秀课程思政案例、河南省教育信息化优秀成果评比、信息化大赛、校级和院级教学比赛中多次获奖。