化工制圖教學改革與實踐探討*

蘇 倩，李玉喜，劉雄飛

(中國礦業大學銀川學院，寧夏 銀川 750011)

化工制圖課程是高等院校開設的一門非常重要的專業技術基礎課，是化工及相關各專業必修的一門技術基礎課[1]，學習本課程的目的主要是在掌握工程制圖知識的基礎上，培養學生繪制化工工程圖樣、閱讀化工工程圖樣的能力[2]，使學生能按照國家標準規定，準確描述化工常用設備的形狀結構、尺寸等，說明施工制造方法和檢驗要求，掌握基本的圖示含義和方法，為今后專業課程的學習奠定堅實的基礎[3]，同時該課程的教學品質將影響學生對后續專業課程的深入學習，尤其是課程設計以及畢業設計。鑒于此，我們結合本校教學實際以及培養應用型人才要求，從化工制圖教學手段、教學內容及教學評價等方面做了一些探索[4]。

1 制作3D模型庫

《化工制圖》內容包括三個主要部分：制圖基礎部分、化工制圖部分以及計算機制圖部分，其中制圖基礎是整個課程最基礎的部分，同時也是學生樹立自信的關鍵所在。而大部分學生在學習制圖基礎的時候就變得很吃力，原因在于無法根據平面視圖在頭腦中構建出相對應的3D立體圖。以往的教學方法是教師通過對平面視圖的分析，引導學生在頭腦里構建出對應的3D立體圖，而大部分學生由于缺乏空間立體感無法在頭腦中構建出相應的3D立體圖，久而久之，就對《化工制圖》這門課“聽而生畏”，甚至是產生抗拒，對此，最直接、最有效的解決方法就是把實物模型帶到課堂上，展示在學生面前。考慮到經費以及實際情況，我們利用繪圖軟件繪制出了課程中涉及到的有難度的平面視圖對應的3D立體圖，并將這些制作成的3D立體圖利用一些網絡平臺實現共享。這不僅大大提升了教學效率，而且在很大程度上激發了學生的學習興趣，幫助他們樹立學好這門課的自信。

1.1 制作3D模型庫

在講解《化工制圖》基礎部分時，由于學生初接觸制圖課，大部分學生空間想象力薄弱，很難將一些稍復雜的平面視圖在頭腦中構建出立體圖形，這給教學造成了很大困難，也給學生心理上造成壓力，為此，教師利用solidworks繪圖軟件繪制出學生難以理解的平面視圖的3D模型，例如，對于第四章組合體，學生在做根據給定的兩平面視圖補全第三視圖的題型時，如果將對應的立體圖給出，學生能很快準確無誤的補全第三視圖，但很多時候是沒有立體圖形的，這就要求學生需要根據給定的兩視圖，通過分析，首先要在頭腦中構建出大致的立體圖形，然后再邊想邊畫第三視圖，這對大部分學生來說，是非常有難度的。而當教師在講解習題時，如若先將用繪圖軟件繪制出的立體圖形呈現給學生，再講解習題，教學效果明顯增強。由于教學課時有限，為了使學生可以很好的利用課下時間，教師將制作出的3D模型庫在微信公眾號、藍墨云班課上發布，這樣學生就可以利用課堂外的時間進行學習掌握；再如，在講解《化工制圖》化工設備一章時，教師以化工廠中常見的零部件為例，讓學生繪制對應的零部件圖，針對學生缺乏企業實踐的客觀情況，教師利用solidworks繪圖軟件繪制出常用零部件如筒體、封頭、法蘭、支座、補強圈、人孔和手孔以及換熱器常用的零部件的3D模型、拆分的零件模型以及零件組裝視頻，讓學生對其結構有了詳細的了解，從而在繪制零部件圖做到了然于胸，激發了學生學習的主動性。

1.2 讓模型庫實現共享

為方便學生利用碎片時間來學習，教師將制作完成的3D模型庫、小視頻利用微信公眾號、藍墨云班課等手段實現共享，使學生隨時隨地都能看到抽象平面視圖、化工設備圖相對應的3D實物模型，從而在進行平面視圖繪制時，做到事半功倍，這一做法受到廣大學生好評。

2 建立工藝流程模擬動畫庫

在講解化工制圖部分中的工藝流程圖時，由于學生缺乏企業實踐經驗，對很多工藝流程的印象只停留在書面教材，在講到重點難點時由于太抽象致使很多學生理解不了，教學效果差。而將枯燥難懂的工藝流程換以Flash的形式呈現，可以極大提高學生學習興趣，增加課堂趣味性。同時，為了節省課堂時間，不影響教學進度，將工藝流程模擬動畫庫通過微信公眾號、藍墨云班課等平臺進行發布，學生可以利用碎片時間來進行學習，大大提升教學效果。

2.1 以Flash的形式呈現部分工藝流程

在講解工藝流程圖時，為了加深學生理解，提升課堂趣味性，授課教師請專業人士將化工廠車間內實物流程做成Flash的形式，極大的激發了學生興趣。如在講解PID圖時，大部分學生對控制點概念模糊，對化工廠DCS控制系統難以理解，不明白儀表控制原理，授課教師以最典型的甲醇精餾為例，通過Flash進行演示，不僅使學生直觀形象的明白甲醇精餾的具體工藝過程，還使學生掌握精餾過程中各個控制條件、各類儀表和閥門的結構以及使用場合、工作原理、儀表就地安裝和集中儀表盤面安裝的方式和區別，極大提升了教學效果，如圖1所示。

圖1 甲醇精餾工藝Flash演示圖Fig.1 Flash demonstration of methanol rectification process

2.2 工藝流程Flash“小微”化，實現共享

由于課堂時間有限，難以將所有的Flash在課堂上呈現給學生，考慮可以上傳至網絡，讓學生利用課下時間進行學習，但一個完整工藝流程的Flash所占內存過于龐大，上傳至網絡存在困難。鑒于一個完整工藝流程是由一個個操作單元構成，授課教師將工藝流程Flash以操作單元為單位進行分割，以“小微”視頻的形式上傳至微信公眾號，從而實現學生課下利用碎片時間學習的目的，如甲醇精餾工藝包括預塔精餾、加壓塔精餾、常壓塔精餾以及回收塔精餾等四塔精餾，以每一個塔為單位，做成“小微”Flash，上傳網絡更方便，更便于學生利用碎片時間學習。

3 對教學內容進行優化

3.1 注重讀圖能力的培養

對學生讀圖能力的訓練主要分三個方面，一個是讓學生掌握化工設備零部件圖的識讀。在這一部分主要讓學生知道如何從零部件圖中分析零件結構、尺寸和技術要求。例如，軸套類零件、輪盤類零件、叉架類零件以及殼體類零件的識別、表達方法及結構分析；尺寸分析、表面粗糙度、極限與配合的相關技術要求等。然后是化工設備的裝配圖以及化工工藝流程圖。要求學生能通過讀平面視圖，掌握化工設備的結構及技術要求，如在讀列管式換熱器的設備裝配圖時，要求學生對其表達方法、尺寸、零部件組成及裝配、管口、技術要求等內容進行重點掌握；在閱讀化工工藝流程圖時，要求學生掌握儀表控制點、閥門、設備、管道代號的標注，并能分析其中的物料走向等內容。最后是化工設備布置圖與管道布置圖。在讀化工設備布置圖時，學生能根據設備在平面圖和剖面圖中的投影關系、設備的位號，明確其定位尺寸，即在平面圖中查閱設備的平面定位尺寸，在剖面圖中查閱設備高度方向的定位尺寸[5]；在閱讀管道布置圖時，學生能根據平面視圖，了解管道、管件、閥門、儀表控制點等在車間(裝置)中的具體布置情況，同時要告知學生，在閱讀管道布置圖時，應以平面圖為主，配合剖面圖，逐一搞清楚管道的空間走向，再看有無管段圖及設計模型，有無管件圖、管架圖或蒸汽伴熱圖等輔助圖樣，最終解決如何把管道和設備連接起來[5]。

3.2 訓練學生運用繪圖標準的能力

講授化工設備零部件圖這一部分內容時，在給學生講授如何去查標準的同時，要把具體的標準工具書帶到課堂，讓學生自己動手查標準，并根據標準去繪圖，加深學生對各類繪圖標準的理解，如在繪制換熱器中的零部件封頭時，需要根據換熱器的筒體公稱直徑、壁厚來確定封頭的公稱直徑、壁厚，再通過查工具書來確定封頭的其他尺寸。

3.3 考核方式改革

考試總成績由期末考試卷面成績(70%)+平時成績(30%)構成，授課教師將平時成績構成由傳統的教師點名(50%)+課堂作業(50%)，改為點名(30%)+ 繪制一張化工專業圖樣(70%)，包括化工設備裝配圖，工藝流程圖，管道布置圖，設備布置圖，任選其一，手繪、繪圖軟件繪圖均可。每個圖樣的具體要求由授課教師以任務書的形式在課程結束前一個月下發給每個同學，繪圖完成后將紙質版上交授課教師，并以照片、電子格式上傳至藍墨云班課。

4 教學改革預期

通過此次教改項目，使學生更進一步的掌握使用投影法用二位平面圖形表達三維空間形狀的能力；為培養和發展學生的空間想象能力和空間思維能力提供助力；進一步培養學生儀器繪圖、徒手繪圖的能力；使學生在閱讀機械圖樣、化工圖樣時更加事半功倍；更進一步培養學生的工程意識、貫徹專項國家標準的意識[6]；教學效果明顯增強，學生上課積極性顯著提高，成績成穩步增長[7]。同時，搭建成較成熟的包括3D模型庫、化工工藝Flash演示及其他有價值的學習資料的網絡課程平臺，建成系統、全面的資源庫，使教師和學生能隨時隨地通過手機、電腦等方式利用碎片時間進行學習，實現資源共享。