工程制图及CAD课程教学改革探索与实践

［摘 要］工程制图及CAD课程是化学工程与工艺、材料科学与工程专业学生必须掌握的一门基础课程，是学生从掌握制图基本知识到进行设备设计的重要理论与实践基础。近年来，随着现代制造业的发展和高校向应用技术型转型需求的普遍增加，关于此课程的教学改革显得尤为重要。文章针对塔里木大学当前化学工程与工艺、材料科学与工程专业教学中存在的问题，如有的学生学习积极性不高、部分教师教学方式方法传统单调、学时分配不足以及考核制度固化等，提出了激发学生学习兴趣、创新教学方法、优化课程设置和改革考核方式等改革建议，旨在提升课程教学效果，培养学生的实际操作能力和创新思维，以适应行业需求和学生职业发展的需要。

［关键词］工程制图及CAD；课程教学改革；操作能力；创新思维；高校人才培养

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2025）02-0058-05

习近平总书记强调，制造业是我国的立国之本、强国之基，任何时候中国都不能缺少制造业[1]。图纸作为制造业工程和设计领域的通用语言，在设计表达、制造指导、质量控制等方面扮演着至关重要的角色[2]。工程制图及CAD课程是化学工程与工艺、材料科学与工程专业学生必须掌握的一门基础课程，是学生从掌握制图基本知识到进行设备设计的重要理论与实践基础[3]。这门课程不仅理论基础扎实而且实践操作性强，对于培养学生的科学思维方法、工程形象思维能力、严谨的学术态度以及创新意识具有极其重要的作用。近年来，随着用人单位对毕业生制图技能要求的不断提高，化工图样在企业的设计、施工、安装、制造、检修和调试等各个环节中扮演着不可或缺的角色[4]。本文旨在探讨为适应高校向应用技术型转型发展及现代化制造业的发展需求，通过改革工程制图及CAD课程的教学方法，更新教学观念，探索新的教学模式，以培养具有创新能力的高层次技术人才，为实现中国制造2025“三步走”战略规划贡献力量。

一、塔里木大学的工程制图及CAD课程概况

塔里木大学化学化工学院化学工程与工艺、材料科学与工程专业开设的工程制图及CAD课程属于专业方向选修基础课，主要由理论课程（工程制图部分）、上机实践课程（Auto CAD部分）及设计图纸绘制应用三部分组成，旨在综合培养学生基本的图示能力、读图能力、空间想象力和思维能力以及绘图的技能，以适应当今科技进步和社会发展的需要。其开设时间为大学本科第3学期，共48学时，总计3学分。其课程内容体系如图1所示。

塔里木大学的工程制图及CAD课程教师通过课程教学，引导学生从基本的理论学习到Auto CAD上机训练，再到最后的绘图实践，循序渐进，逐步掌握制图的基本理论和技能，具备在工程领域进行设计和制图的能力，为后续化工设备机械基础、材料加工工艺及设备、机械设计等课程的学习，毕业论文写作以及职业发展奠定专业基础。

二、塔里木大学的工程制图及CAD课程教学现状

随着科学技术的进步，传统的尺规教学模式已不能完全满足现代教学要求，逐渐被多媒体教学和相关辅助软件所取代，同时，相关企业在追求降本增效、数字化转型和绿色制造的过程中，也逐渐用电子版图纸替代传统的纸质图纸，这一趋势要求各高校不断探索和改进人才培养方案，调整工程制图及CAD课程的教学模式。然而，该课程的教学改革尽管进行了诸多努力，仍存在一些普遍性的问题。

（一）部分学生学习积极性不高，学业投入度不够

目前部分学生对工程制图及CAD课程学习的兴趣不浓和参与度较低，缺乏主动学习和探索的动力。在制图基础知识的学习阶段，由于其内容与中学阶段的画法知识点存在部分重合，因此部分学生对该课程的重视程度不足。尽管部分学生在这个阶段表现出较浓的学习兴趣，但是在学习正投影基础及后续的立体及其表面交线的投影过程中，尤其是学习到截交线、相贯线及画组合体的视图时，部分相关基础较为薄弱的学生由于空间想象能力较差、前期未完全掌握基本知识点，因此其理论学习的积极性显著下降。在上机实践课程（Auto CAD部分）的学习中，学生对基本绘图命令、基本编辑修改命令等内容的学习兴趣普遍较浓。然而，在综合应用模块中，比如管道法兰盘三视图的绘制和管道布置图视图的绘制，由于涉及的知识点较多且需要关注较多绘图细节，因此部分学生的学习积极性有所降低。由于上述原因，加之学生对未来职业发展前景的认识往往不足，因此部分学生在后续学习中难以找到努力方向，缺乏学习的动力和目标，从而影响到学习积极性。

（二）部分教师教学方法传统单调，教学创新动力不足

部分教师尽管已经在工程制图及CAD课程教学中引入了多媒体教学辅助软件，但是仍然采用传统且较为单一的教学方法，如单纯依靠课件讲授和演示工程制图理论知识，教学模式仍然是先由教师讲解再由学生独立练习。此外，受课时有限等因素的限制，教师在授课过程中往往依赖课件持续输出知识点，较少在黑板上进行理论图解的演示，在开展上机操作教学时也易忽视一些常规操作步骤，使学生难以跟上课堂节奏。此外，虽然雨课堂上的课件可以在课下自行下载学习，但实际上，学生在课后往往缺乏学习主观能动性，不太会主动学习和巩固所学内容。部分课堂缺乏足够的互动和实践环节，如化工工艺流程的绘制，学生无法联系实际，这就限制了学生对知识的深入理解和应用能力的提升。因此，相关教师有必要改进教学方法，增加课堂互动和实践环节，以提升学生的学习效果和应用能力。

（三）学时分配不足，课程教学方式有待改进

在课程设置方面，由于课时安排有限，课程内容涵盖了制图基本理论、投影基础、基本立体及其表面交线的投影、组合体的视图、Auto CAD软件的熟悉及专业图形的绘制，如搅拌反应罐、板式塔、填料塔的绘制，这些内容涉及范围广泛且教学任务繁重。为了满足教学大纲的要求，任课教师常采用“满堂灌”的教学方式，这就容易使其课程教学难以以学生为中心，且难以全面贯彻授人以渔的教学理念。这种教学模式带来了诸多问题：其一，教师感到课程教学任务繁重难以完成，而学生则难以理解课程内容，课堂互动性不足。其二，学生普遍认为课堂教学节奏过快、学习难度较大，因而在有限的时间内难以充分掌握和应用所学知识，这不仅影响了教学效果，还限制了学生自主学习能力和实践能力的培养。

（四）学生学业评估方法不够客观、全面，考核制度固化

当前的考核方式过于依赖传统的笔试和作业，缺乏对学生实际操作能力和创新思维的评估，这限制了学生全面能力的培养和发展。工程制图及CAD课程学习的考核包括平时成绩（考勤、作业、课堂互动等）、期末闭卷考试和上机考核三部分，总成绩的计算方式为平时成绩占20%、期末考试成绩占40%、上机考核占40%。这种考核方法容易使部分学生将注意力集中在期末考试或上机考核上，其总成绩往往不理想。此外，上机考核的结果仅仅是提交规定的图纸内容，这不仅限制了学生在实际操作中发挥其灵活性和创造力，也无法充分体现学生在学习过程中所具备的综合能力。可见，现行考核方法存在诸多弊端，亟须改进，以更全面地评估学生的综合素质和能力。

三、塔里木大学的工程制图及CAD课程改革探索

（一）激发学生学习兴趣，促进学生提升自我效能感

塔里木大学的工程制图及CAD课程教师通过精心设计互动性强的课前预习任务，在首节课讲述企业工作者工作经历，强调课程的重要性，并在每节课授课前引入与化学工程与工艺、材料科学与工程专业密切相关的工程实例，以此激发学生学习的兴趣和主动性。比如在设计互动性强的课前预习任务时采取了以下具体措施。

1.组织学生课前完成在线问答挑战和开展预习小测验。在课程开始前一周，通过MOOC、SPOC等线上平台发布了一系列与新课内容相关的问题，这些问题题型多样，包括选择题、简答题或开放性问题，旨在鼓励学生提前查阅资料并作答，从而引导学生主动探索新知识。设计与课前预习内容相关的小测验，比如简单绘制支座的主视图、俯视图、左视图，以及录制Auto CAD几种裁剪命令视频并上传。学生完成后可以即时看到分数并得到反馈，这不仅能检验预习效果，还能帮助学生发现尚未掌握的内容，为课堂学习做好准备。

2.注重课程学习前的引导。在课程的首节课前，教师可以带领学生参观化工企业的中控室，了解CAD在企业DCS（分布式控制系统）中的应用，了解管道布置、各种紧急情况的处理措施。教师还可以分享企业工作者的工作经历，如材料科学与工程专业引入装载机铲斗的设计，而化学工程与工艺专业引入换热器的设计等，从产品设计理念、工程图纸绘制、生产车间零部件加工、装配车间安装及产品的后处理等一系列完整的工艺流程，让学生深刻理解工程制图在实际工作中的不可或缺性及其在工程领域的核心作用。在每节课开始时，引入密切相关的工程实际问题，比如管壳式换热器的管子与管板间的连接方式是什么，焊接符号在工程图纸中应该怎么表达等，以激发学生的学习兴趣，并帮助学生将理论知识与实际应用结合起来。这些实例不仅展示了工程制图的实际应用场景，而且有利于通过教师详细讲解、学生互动讨论，引导学生深入思考如何将所学知识运用到解决实际问题中，从而增强学生的实践能力，加深学生对课程内容的理解。通过这种结合实际经历的教学方法，学生不仅能够更好地掌握课程知识，还能提前感受到工程制图在职业生涯中的重要价值，从而增强学生的课程学习动力和相关专业实践能力。

3. 为学生提供教学短视频及三维机械建模制作教程。教师在MOOC、SPOC等平台上录制了简洁明了、突出重点的教学视频[5]，利用SolidWorks、MDT、UG NX等三维机械建模软件录制动画，使学生能更直观地理解投影基础、组合体视图等空间知识以及新引用的精品课程视频等，这些视频及动画涵盖基本概念和关键知识点，比如插入法兰、轴、齿轮等相关零部件的制造过程，便于学生在学习组合体的视图时，深入理解用形体分析方法画组合体的视图、按切割顺序画组合体视图的关键点与区别，帮助学生在课前快速掌握课程的核心内容。

（二）创新教学方法，推进教学方法多元化

通过引入多样化的教学方法，增强课堂互动和实践环节，提高学生的课堂学习参与度和学习效果。可开展互动式教学，设置实时反馈系统以及利用多媒体教学辅助软件、实物等教学工具与手段，通过线上视频+线下精讲，突出课程的渗透性，以满足学生学习需求为主导，创造充满活力和互动性强的学习环境。

1.开展互动式教学。采用教师主导、学生为中心的翻转课堂模式。设置2～3人的学生学习小组开展设计和绘图分析等互动式教学活动，分组解决难度系数相对较高的问题。授课结束后布置题目并进行小组间比赛，比赛结束后由其他小组指正绘图错误，并由教师设置相应的“闯关”晋级奖惩措施，鼓励学生在课堂上积极参与，培养学生团队协作意识。设置课程论坛或讨论区，鼓励学生在课后进行交流和讨论，可匿名，教师定期参与讨论，解答学生疑问，提供指导和支持。通过实际操作、讨论和比赛，调动学习气氛，增强学生学习的自信心和兴趣，深化学生对知识的理解。

2.利用实时反馈系统。在每次工程制图理论知识点讲授完成后，利用雨课堂设置相应的习题，让学生在课堂上即时完成并提交系统。学生得到即时反馈后，教师针对错误较多的习题进行重点讲解。课堂预留充足时间，根据授课重点设置针对性强的习题及图纸供学生练习，并进行巡课，检查学生学习进度和练习完成情况，随时给予指导和反馈，形成“教师引导、学生训练”的教学模式[6]。这种模式不仅可以提高学生的学习参与度，有效杜绝部分学生不认真学习的现象，同时还可以帮助学生及时发现并纠正错误，提高学习效率。

3.开展多媒体及实物辅助教学。充分利用多媒体资源及实物辅助教学，如利用组合体三维视图展开动画、SolidWorks、UG NX等三维机械建模软件建模绘制轴测图、爆炸图，直观呈现设备零部件的内外结构、装配步骤、功能原理，帮助学生更直观地理解复杂的制图原理和操作步骤。结合实际工程案例，在课堂展示企业使用的设备及图纸，学生根据图纸动手拆解和安装零件。例如，仅依靠图片、视频及理论教学，学生很难深入学习二级齿轮减速器、搅拌罐、联轴器等复杂设备，但通过动手实践，学生能对定形定位尺寸、国家标准、图形视图、相对位置、明细、标题栏以及装配要求有更深层次的理解。这种方式不仅能够有效提高学生的学习兴趣，还能进一步培养学生的空间想象能力及构型设计能力。

（三）优化课程教学形式，灵活调整课时

尽管人才培养方案不断调整，课程课时有所缩减，但仍需合理安排课时和教学任务，系统化地组织教学内容，增强教学的针对性和灵活性，确保学生能够在有限的时间内充分掌握和应用所学知识。其具体措施主要有以下几个。

1.开展模块化教学。将课程内容细分为若干相对独立但相互关联的模块，如工程制图基础模块、投影与视图模块、CAD软件操作模块、图形绘制与标注模块、工程图纸的综合应用模块等，每个模块突出重点，围绕重点详细展开教学。将所有重要相关知识点编织成知识脉络，以方便学生在使用时能够举一反三。针对不同模块选择不同的教学形式，如视频教程教学、小组讨论、案例分析或项目式学习等，确保学生在每个模块中都能深入学习和实践。

2.灵活调整课时。根据学生在创新教学中的学习进度和反馈情况，对每个模块的课时进行动态调整。例如，基础模块（如工程制图基础和投影与视图）可在开学初重点讲解，确保学生打好基础；进阶模块（如CAD软件操作和复杂图形绘制与标注）可根据学生的掌握情况适当增加或减少课时；综合应用模块（如工程图纸的综合应用）可安排在学期中后期，给学生充足的时间进行实践和项目制作，确保每个知识点都能得到充分的讲解和练习。

（四）创新评价机制，改革考核形式

为了全面评估学生的学习成果，培养其实际操作能力和创新思维，除了传统的考核形式，还应增加项目报告和实际操作评估等多种考核形式。通过灵活多样的考核形式，可以更全面地反映学生的综合能力。基于模块化教学特点，每个模块设置不同的考核机制，具体包括以下几个内容。

1.组织学生学习制作项目报告。教师可开展校企合作，将企业不涉密且具代表性的组合体安排给学生，按照企业工作流程和结合所学的CAD技能设计一份工程图纸，并提交详细的项目报告。报告应包括设计说明、操作步骤和心得体会等内容。学生需要在课堂上进行展示和答辩，以评估其表达能力和对项目的理解。这种方式方法有助于全面考查学生的综合能力，包括设计思维、操作技能和交流表达能力，同时培养其绘图实践能力，以适应未来的工作岗位要求。

2.做好学生实际操作表现评估。为防止学生互相抄袭，在上机考核中设置图纸库，学生通过软件随机抽题并在后台显示，教师对学生所制作的图纸进行评阅。教师不仅要求学生提交规定的图纸内容，还应评估其绘图速度、准确性和创新思维。通过评估学生完成实际操作任务和现场演示的情况，全面考查学生的专业实操能力。这种评估方式方法不仅能够检测学生对知识的掌握程度，还能评估其在实际操作中的相关专业应用能力和创新能力。

通过改革考核形式发现，“因材施教，以才考核”可以更好地激发学生的学习兴趣，增强学生的表达欲和创新欲，全面评估学生的能力，提升教学效果，助力实现教学目标。

四、结语

本文针对工程制图及CAD课程的特点，结合塔里木大学当前人才培养方案和相关课程教学现状，对一系列教学改革方式方法进行了探索。这些改革措施旨在有效提高学生的学习积极性和实践能力，为学生的后续学习和未来职业发展奠定专业基础。展望未来，课程改革应持续关注行业发展需求，并结合新技术与教学方法，探索更为有效的教学模式与考核机制。其具体措施包括与企业合作开展实习项目，引入更多的实战案例与项目驱动学生有效开展学习，以进一步提升学生的相关专业应用能力和就业竞争力。此外，随着信息技术的不断进步，要注重开发更多在线学习资源和虚拟实验平台，为学生提供更为丰富的学习体验。通过这些持续的改革与创新，期望工程制图及CAD课程能够更好地适应行业发展的需求，培养出更多具备实际操作能力和创新思维的高素质人才。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 宋静思，刘书文.推动制造业高端化、智能化、绿色化发展（强国建设砥砺前行）：代表委员谈加快建设制造强国[N].人民日报，2024-02-25（1）.

[2］ 连彩元.新工科背景下非机类“工程制图及CAD”课程教学实践[J].福建师大福清分校学报，2021，39（2）：219-224.

[3］ 刘强，耿金萍，戴前进，等.以学生高质量发展为导向的课程教学改革：以工程制图与CAD课程为例[J].大学教育，2024（9）：70-74.

[4］ 邱琦，范梁栋，张波，等.《化工制图》课程研究与实践[J].广东化工，2018，45（6）：234.

[5］ 张鹏.非机类工程制图线上线下课程建设研究[J].大学教育，2024（9）：10-13.

[6］ 卢伟，姚嘉，李雪梅，等.“工程制图”课程教学改革的思考与实践[J].科技与创新，2022（19）：92-94.

［责任编辑：庞丹丹］