基于食品科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的“食品工程CAD” 課程教學(xué)的思考

李書紅， 陳 野

（天津科技大學(xué)食品國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，天津 300457）

食品科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是面向食品產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展需求，培養(yǎng)具有良好思想道德和創(chuàng)新精神，具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、優(yōu)良的工程素質(zhì)和開闊的國(guó)際視野，擅長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)并解決食品科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)、提高食品工程產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、引領(lǐng)食品科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展的高質(zhì)量創(chuàng)新型技術(shù)人才[1-2]。在培養(yǎng)過程中的最后環(huán)節(jié)是畢業(yè)設(shè)計(jì)，需要根據(jù)食品加工出現(xiàn)的具體問題提出解決方案并提供設(shè)計(jì)說明，是考查學(xué)生思考、分析、解決問題能力及理論聯(lián)系實(shí)踐的重要手段，是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為工科專業(yè)之一，食品科學(xué)與工程專業(yè)非常注重優(yōu)良工程素質(zhì)的培養(yǎng)，其中“食品工程CAD” 作為專業(yè)選修課程，是專業(yè)基礎(chǔ)課程 “機(jī)械制圖” 和 “機(jī)械工程基礎(chǔ)” 的工程類銜接課程，通過該課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生在計(jì)算機(jī)制圖與食品工藝設(shè)計(jì)、食品機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)之間知識(shí)的銜接方面得以靈活運(yùn)用。課程針對(duì)即將進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的大四學(xué)生，在大三下學(xué)期開展教學(xué)，為其通過工程制圖來完成畢業(yè)設(shè)計(jì)具有重要的意義。

食品科學(xué)與工程專業(yè)一直以工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為抓手進(jìn)行教學(xué)改革，重視企業(yè)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的要求。根據(jù)企業(yè)需求調(diào)研結(jié)果，從2007 年開始梳理了整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，特別是對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 進(jìn)行了仔細(xì)分析，從中總結(jié)出各階段課程學(xué)習(xí)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)的貢獻(xiàn)率，結(jié)果顯示選修 “食品工程CAD” 課程的學(xué)生，其畢業(yè)設(shè)計(jì)的成績(jī)顯著高于未選修者。“食品工程CAD” 課程采用課堂授課與上機(jī)練習(xí)結(jié)合方式教學(xué)，將課程分成食品機(jī)械制圖基本知識(shí)、食品設(shè)備通用部件零件圖的制圖、生物反應(yīng)器罐體的設(shè)計(jì)與制圖、食品工程工藝流程圖的設(shè)計(jì)與制圖、管道布置圖的制圖、擠壓生產(chǎn)豆渣纖維成套設(shè)備設(shè)計(jì)與裝備繪制等6 個(gè)部分。特別是課程的第4 部分和第6 部分，結(jié)合教師的科研成果，從科研的工程設(shè)計(jì)思路、工藝的制定、設(shè)備的設(shè)計(jì)、設(shè)備制圖、制圖技巧等方面詳盡剖析，學(xué)生進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和實(shí)踐，使學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力得到訓(xùn)練和提高。

1 畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的主要問題

1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)繪圖能力不強(qiáng)

對(duì)于本專業(yè)學(xué)生而言，畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容大多集中在某一食品產(chǎn)品的開發(fā)和進(jìn)行生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行食品產(chǎn)品開發(fā)的工藝研究，還要繪制工藝流程圖、車間平面布置圖和管道布置圖等[3]。學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，大多采用Auto CAD 繪圖軟件。由于 “食品工程CAD” 為選修課，選修過課程的學(xué)生圖面質(zhì)量基本符合工程制圖的標(biāo)準(zhǔn)。但是，對(duì)于部分未選過該課程學(xué)生來說，雖然在大一時(shí)學(xué)習(xí)過工程制圖，也進(jìn)行過CAD 上機(jī)練習(xí)，上機(jī)學(xué)時(shí)過少，到畢業(yè)設(shè)計(jì)的大四階段也基本忘記，導(dǎo)致對(duì)軟件基本指令使用不熟練，不能充分發(fā)揮軟件的功能，畫圖耗時(shí)長(zhǎng)，圖紙中錯(cuò)誤多[4]。總結(jié)歸納為以下幾個(gè)方面的問題：①圖層設(shè)置不合理，線型和線條粗細(xì)設(shè)置隨意，致使后期出現(xiàn)問題時(shí)修改繁瑣；②圖樣樣式設(shè)置不規(guī)范，表現(xiàn)在樣式位置和規(guī)格不規(guī)范，圖形比例不協(xié)調(diào)，設(shè)置類型隨意；③繪圖方法不合理，不會(huì)使用高效的繪圖技巧，導(dǎo)致繪圖耗時(shí)較長(zhǎng)、效率低下。

1.2 工藝流程圖繪制不規(guī)范

食品工藝流程圖的繪制，一般指的是繪制加工工藝過程中的物料流程圖，是以圖形與表格結(jié)合的形式來反映設(shè)計(jì)及計(jì)算某些結(jié)果的圖樣。圖樣采用展開圖形式，按工藝流程順序，由左至右畫出一系列設(shè)備圖形，并配以物料流程線和必要的標(biāo)注與說明，一般由設(shè)備示意圖、物料流程線、標(biāo)注和圖例、標(biāo)題欄及設(shè)備一覽表組成。從畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙看主要存在以下幾方面問題：①設(shè)備示意圖繪制過于簡(jiǎn)單，從外形輪廓上看不能反映設(shè)備的特征；②流程管線和流向箭頭畫法不符合規(guī)定，物料管線一般用粗實(shí)線畫出，動(dòng)力管線一般用中粗實(shí)線或細(xì)實(shí)線畫出，同時(shí)管線用箭頭表示物料的流向；③圖紙標(biāo)注不符合標(biāo)準(zhǔn)，主要是標(biāo)注字體、線型、大小和顏色等隨意設(shè)置，導(dǎo)致圖紙混亂，影響圖紙視覺效果。

1.3 不熟悉繪圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)范的圖紙才能將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)理念和意圖傳達(dá)給工程技術(shù)人員，這就需要設(shè)計(jì)者嚴(yán)格按照制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪圖。食品科學(xué)與工程專業(yè)，雖說大一上學(xué)期會(huì)學(xué)習(xí)工程制圖課題，但是由于后續(xù)無練習(xí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，有關(guān)制圖的標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)都已經(jīng)遺忘。“食品工程CAD” 是在大三學(xué)習(xí)，由于其為選修課，對(duì)于未選修的學(xué)生而言，很難根據(jù)自己的知識(shí)畫出一套完全合乎標(biāo)準(zhǔn)的圖紙。工程圖樣是工程界的技術(shù)語言，而不符合制圖標(biāo)準(zhǔn)的圖樣很難與其他工程技術(shù)實(shí)施者進(jìn)行溝通和交流。

2 基于上述問題的教學(xué)改革方法

2.1 強(qiáng)化計(jì)算機(jī)繪圖能力的培養(yǎng)

“食品工程CAD” 是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，對(duì)于學(xué)習(xí)者而言，需要對(duì)所學(xué)知識(shí)不斷練習(xí)鞏固和應(yīng)用，這就需要在教學(xué)過程中讓學(xué)生掌握扎實(shí)的繪圖本領(lǐng)，提高繪圖能力。“食品工程CAD” 課程，是在學(xué)生大一學(xué)習(xí)了工程制圖基礎(chǔ)上開設(shè)的，目的是使學(xué)生掌握如何利用工程CAD 語言進(jìn)行食品工程設(shè)計(jì)的技能。大一雖然學(xué)習(xí)了CAD 制圖，大三前沒有進(jìn)行任何實(shí)踐應(yīng)用，也基本遺忘。因此，在第一節(jié)課安排了食品機(jī)械制圖基本知識(shí)、食品設(shè)備通用部件零件圖的制圖的上機(jī)訓(xùn)練。在教學(xué)過程，針對(duì)制圖目標(biāo)，應(yīng)該積極鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的想法繪圖，而非機(jī)械地重復(fù)教師的繪圖步驟。此外，在基本圖形繪制過程中，一方面學(xué)生先根據(jù)目標(biāo)圖形繪圖，教師再提供參考畫法，加深其印象；另一方面針對(duì)同一圖形，讓不同畫法的學(xué)生進(jìn)行講解演示直播，然后讓學(xué)生針對(duì)不同畫法進(jìn)行討論，總結(jié)不同畫法的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而選擇和掌握更高效的繪圖方法。

2.2 強(qiáng)調(diào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的作用

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在圖幅、文字、標(biāo)注、符號(hào)、圖線等方面都做了詳盡的描述。課程的第二講中，以教師的科研成果為例開發(fā)出 “生物反應(yīng)器罐體的設(shè)計(jì)與制圖” 一講，在講述開發(fā)思路后，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)講解生物反應(yīng)器罐體總裝圖的繪制過程和方法。首先，講解國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在繪圖過程中的重要意義和標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容，包括繪圖過程中常見的尺寸標(biāo)注、圖線設(shè)置和繪圖環(huán)境等；其次，針對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容，設(shè)計(jì)典型的繪圖目標(biāo)，讓學(xué)生通過親自實(shí)踐來加深對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的理解和掌握；最后，在平時(shí)上機(jī)過程中，時(shí)刻提醒學(xué)生制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的重要性，不斷加深和強(qiáng)化國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，養(yǎng)成良好的繪圖習(xí)慣，為學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)和后續(xù)繪圖工作等打下基礎(chǔ)。

2.3 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣

在教學(xué)過程中，先盡量做簡(jiǎn)單的繪圖，會(huì)做了就會(huì)有成就感，逐漸培養(yǎng)其對(duì)課程的興趣。結(jié)合教師的科研成果，開發(fā)出 “擠壓生產(chǎn)豆渣纖維成套設(shè)備設(shè)計(jì)與裝備繪制” 一講，從科研的工程設(shè)計(jì)思路、工藝的制定、設(shè)備的設(shè)計(jì)、設(shè)備制圖、制圖技巧等方面進(jìn)行詳盡剖析，而后將圖紙發(fā)布給學(xué)生，學(xué)生在圖紙的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，加入自己的想法（結(jié)構(gòu)），學(xué)生同教師一道進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和實(shí)踐，使學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力得到實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練。在掌握了基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)和制圖技能后（課程中段），采用 “實(shí)際食品工程工藝設(shè)計(jì)” 實(shí)例教學(xué)，課程收集了13 個(gè)食品產(chǎn)品的工藝流程（飲料、焙烤、肉制品、面制品、啤酒），利用所學(xué)到的工程設(shè)計(jì)知識(shí)將其制成標(biāo)準(zhǔn)的工程類工藝流程圖，并進(jìn)行相應(yīng)的車間平面布置圖設(shè)計(jì)制圖，使學(xué)生得到實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練。通過學(xué)習(xí)使學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和繪圖軟件，同時(shí)掌握食品工廠設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)制圖的原則、內(nèi)容和方法。

3 結(jié)語

2019 年，天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)通過第4 次工程教育專業(yè)認(rèn)證和新版IFT 國(guó)際認(rèn)證，對(duì)畢業(yè)生提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。“食品工程CAD” 課程作為培養(yǎng)學(xué)生工程能力的主要課程之一，對(duì)于學(xué)生的工程和綜合能力培養(yǎng)具有重要的作用。通過不斷的教學(xué)改革和實(shí)踐，讓學(xué)生掌握良好的繪圖基礎(chǔ)，高質(zhì)量的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，為今后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。