新工科背景下化工制图与CAD 课程教学过程优化策略研究

雷鸣，李文(广西民族大学 化学化工学院，广西 南宁 530008)

0 引言

立德树人是中国大学德育工作的中心环节，也是学校教育三大功能的核心内容。习近平总书记对高等教育事业发展提出了全程教育、全面育人的要求[1]。2018 年10 月，教育部、工业和信息化部及中国工程院联合发布了《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0 的意见》，强调要“推动学科交叉融合，促进理工结合、工工交叉、工文渗透，孕育产生交叉专业，推进跨院系、跨学科、跨专业培养工程人才”[2-3]。2022 年10 月，习近平总书记在“二十大”报告中指出：加快实施创新驱动发展战略，加快实现高水平科技自立自强，以国家战略需求为导向，集聚力量进行原创性、引领性科技攻关，坚决打赢关键核心技术攻坚战，加快实施一批具有战略性、全局性、前瞻性的国家重大科技项目，增强自主创新能力。这正是全程育人和全方位育人的指导纲领和行动抓手[4-5]。化工制图与CAD 课程是各理工类高校化学化工类专业必修基础课程之一，其主要包括“化工制图”与“Auto CAD实践”两大块内容，课程属于工程制图范畴。通过化工制图与CAD 课程学习，学生能够系统地了解和掌握工程图样的格式规范以及设备布置图、工艺流程图、总装图等的绘制方法，使学生成为满足企业需求和国家发展需要的全方位高级人才。鉴于化工制图与CAD课程在化学化工类专业中的重要性，已有很多与其教学相关的研究报导，然而关于优化化工制图与CAD课程教学策略的研究，迄今鲜有报道。

本文在分析化工制图与CAD 课程教学现状的基础上，旨在对化工制图与CAD 课程教学过程的优化策略进行研究。教学合作团队在化工制图与CAD课程教学过程中，创造性地尝试了专业知识讲解与学生空间思维建构方式相结合的培养模式、传授绘图专业知识与培养学生三维建模能力相结合的教学方式，旨在培养学生全方位思考和解决问题的能力。在介绍专业知识与学科进展的同时，向学生传递爱国敬业精神和细致耐心的工作作风。将“传道、授业、解惑”贯穿于专业教学的全过程，注重培养教师在办什么样的大学、怎样办好大学和培养什么样的人、如何培养人、为谁培养人的问题上的责任感和使命感[6]。从教以来，教学合作团队以教学理念、教学内容、教学方式、实践教学为抓手不断探索教学改革与创新，将人才培养贯穿于教学的全过程，在培养具有创新能力的全方位人才方面取得了良好的效果。

1 化工制图与CAD 课程教学现状概括

1.1 化工制图与CAD 课程课时数压缩与教学内容繁多的冲突

目前，各高校化学化工类专业化工制图与CAD 课程教学课时数量呈现逐渐减少趋势，而化工制图与CAD课程教学内容不仅有尺规绘图，还包括画法几何、三视图剖析、Auto CAD 软件学习、Auto CAD 编程实践开发及Auto CAD 三维建模等内容，此外其他方面的新兴绘图内容也在不断增加[7]。这将会造成化工制图与CAD课程教学时间逐渐减少和教学内容日益增加的冲突，不仅会对化工制图与CAD 课程教学造成困难，也会使教学效果大打折扣，因此优化教学策略是非常必要的。

1.2 化工制图与CAD 课程应用性与理论教学主导性的冲突

随着化学化工行业的迅速发展，化工制图与CAD课程的应用性要求也越来越细分。教学中需要及时更新课程，以更好地适应行业需求，然而在化工制图与CAD 课程教学中，仍然是以理论课程教学为主导。化工制图与CAD 课程的实际应用性是培养学生动手能力的重要方式，但很多高校化学化工类专业实践课程仍存在诸多问题，例如内容单一、对应软硬件更新慢及设备缺失等，种种局限性使实践教学只能起到辅助作用，这对于学生理解与掌握化工制图与CAD 课程的应用功能性是极为不利的，也不符合现代化学化工类学科专业的发展方向。

1.3 化工制图与CAD 课程内容抽象性与学生背景不一性的冲突

化工制图与CAD 课程教学概念抽象、实际操作难度大，同时专业术语、标准繁多，是典型的需要付出极大的毅力和耐心的课程，而化学化工类专业的学生起点差异较大，仍有一部分同学数学及其他理科知识基础薄弱。因此，部分学生在化工制图与CAD 课程学习中，经常感到理论知识之晦涩难懂、绘图内容之枯燥乏味，对跟上课程进度感到力不从心。如此久之，会导致学生对课程知识兴趣不大、对课堂参与积极性不高。

1.4 化工制图与 CAD 课程评价体系单一性与教学目标多样性的冲突

检验教学目标是否达成需要多维度的课程评价体系。而在大多高校教学中，化工制图与CAD 课程主要以闭卷考试的单一评价形式呈现，基本没有对应适当的课程实践应用性的评价体系。化工制图与CAD课程的教学目标是通过课程学习学生不仅要掌握点、线、面、体的组合画法和几何投影规律，而且要了解和掌握一般工程制图的标准格式样式和组织构成规律，以及工艺图、设备图、管线图之间的逻辑关系和相互影响。学生更需要具备运用所学知识进行工程设计的能力，而不仅仅是对理论知识的掌握。

2 化工制图与CAD 课程教学优化策略

2.1 教学内容优化

首先应在课程教学大纲要求的范围内，依据学情选择合适的教材。工程制图理论教学涵盖了机械制图的教学内容，如制图标准、投影基础、基本实体切割与相贯、装配、机械零件表达、零件图、总装图等[8]，还涉及化工工艺、车间和管道布置、设备、化工常用零件以及其他化工工程图纸。目前，化工制图与CAD 课程教材中的机械制图内容多于化工制图内容，导致与化学工程应用有一定差距。为了解决这一实际问题，教学内容应设置为六个教学模块：绘图基础知识、工艺流程图、车间布置图、设备图和管道布置图以及正投影和视图表达。绘图的基础知识可以使学生初步建立绘图规范意识；而工艺流程图是项目的核心，是表达项目生产规模、生产工艺、操作条件、自动控制方案、设备类型和数量的重要图纸。工艺流程图绘制较为简单，与绘图基础衔接紧密，绘图基础讲授完成后即可进行工艺流程图课程的讲授。此外，阅读和绘制流程图不需要投影知识来铺垫，因此学生更容易上手，可以快速加深对图纸的理解。正投影和视图表达基于“足够”的原则，应删除实体表面上的点线提取、复杂组合、切割和相贯等内容，以降低截面视图学习的难度。随后通过对车间布局、设备和管道布局的深入学习，学生可以了解和掌握化工项目的全貌。

2.2 把握学生专业的细分特点

由于化工制图与CAD 是基础理论课，学生所在专业不同，知识背景不同，且各专业培养要求也不同[9]。例如：应用化学专业、高分子科学与工程专业的学生大多都文化基础课程稍好，培养目标应以教学科研为主；而化学工程专业的学生虽然欠缺一些理论知识，但是实践能力稍强，培养目标应以化工专项教学、管理等内容为主。因此，备课时要准确把握学生专业的细分特点，初步了解学生的知识储备概况，再依据其培养要求，制定与之相适应的教学内容。

2.3 改进教学方法

化工制图与CAD 可采用多种形式的教学方法，包括传统教学法、参与式教学法、结构教学法、探究教学法、启发式教学法、PBL(基于问题的学习)教学法、案例教学法及比较教学法等[10-13]。在备课时，教师可根据教学内容和学生的知识储备，选择最适合的教学方法。化工制图与CAD 课程主要采用以教师讲课为主、再结合合适的课堂和课后作业的传统教学方法，导致大多数高校专注于课程考试。当课程结束时，教师通常要求学生绘制化学工程图纸并提交，之后根据学生的图纸给出最终评价。但是，这种传统的教学方法和考试方法存在一些不足，例如教学内容更新较慢、学生学习的积极主动性差、在一定程度上通过考试无法绝对真实地体现学生实际的绘图及读图能力。随着新时代的快速发展，该方式渐渐不符合学生培养标准和社会要求。因此，教学合作团队计划采用线上和线下混合教学的方式，利用雨课堂、腾讯课堂、腾讯会议、QQ 视频等现代在线教学平台，讲授化工制图与CAD 课程的基础理论知识。团队还提出使用国家和省级的优质网络课程资源，采用在线授课，同时使用增强现实手段来改进教学方法。改进后教学方式的主要优势是以学生作为学习的主体，听课时间自由并可以反复学习，直到将有疑惑的知识点弄明白，使学生在有限的时间内提高学习效率。团队运用线上线下相结合的教学方式，引导学生学习的方法，通过翻转课堂调动学生自主学习的积极主动性，在教师的带领下实现合作探究式学习，以真实化工管道模拟演示、设备实操模拟演示等形式完成课堂内容的教学[14]。此外，团队还采用绘图竞赛的形式增加学生的参与感和积极性。

2.4 评价体系优化

学生的最终成绩可分为三个部分进行评价：出勤和理论作业分数、绘图理论测试分数、绘图能力测试分数。

(1)出勤率和理论作业分数。取总分的30%作为出勤率和理论作业分数，主要检查学生课堂的出勤情况以及课后作业的完成度。教师团队可根据线上线下学生出勤情况，给出出勤分数(15%)，包括病假、事假和无故缺勤。理论作业是绘图理论的相关作业，包括按国家标准规范手绘三视图、截面图、管道图及几何画法等内容(15%)。

(2)绘图理论和读图测试分数。取总分的40%作为绘图理论和读图测试分数。这部分考查学生工程制图基础知识的掌握以及理解化工制图的能力。大部分化工制图以统一的国家标准形式进行读图，需要查阅标准手册，所以以开卷考试的形式进行。试卷内容主要包括工程制图理论知识及化工图纸识别、纠错。同时，以传统的学生单人单桌、老师监考的方式实施。考试时间可设置为1～2 小时。

(3)绘图能力竞赛结果。取总分的30%作为绘图能力竞赛分数，主要考查学生使用Auto CAD 软件绘制化工图纸的熟练程度和准确度。可在线上和线下进行，学生向老师全面展示课程中所学到的知识和能力。

3 结语

化工制图与CAD 课程的教学优化策略以培养学生成为跨领域、跨学科和跨专业的工程技术人才为目的，是新时代的育人标准对教学提出的更高要求。该策略可以提高学生学习本课程的兴趣，有利于学生更好地掌握绘图理论知识和绘图方法。化工制图与CAD课程评价方法的改革使学生的成绩更充分地反映了课程设计的检查目标，不仅评估了制图理论和读图能力，还全面评估了绘图能力。因此，化工制图与CAD课程的教学优化策略符合新时代对高等教育和教学所提出的新要求。