基于卓越工程师计划的化工制图课程体系的构建

曹喜承　王妍　郭凤

摘 要：文章从化工制图课程体系改革的必要性出发，阐述了国内其他高校制图课程设置现状，比较分析了中美高校图学课程的差异，并构建了基于卓越工程师计划的化工制图课程体系。

关键词：卓越工程师；化工制图；课程体系

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2014）10-0021-03

制图课程是我国工科高等院校各专业重要的技术基础课之一。但部分交叉学科是跨行业的组合，要求该专业的学生要具备两个院系的基础知识，例如过程装备与控制工程专业，既属于机械领域，但同时又服务于过程工业。该类专业早期的教学计划按照全国制定的统一标准实施，始终采用机械制图教材讲解，但随着时代的变迁，专业范围的细化和专业课程的整合等等因素，这样的课程设置不能更好地服务于专业课程的学习，课程体系的调整迫在眉睫。

一、化工制图课程体系改革的必要性

（一）培养卓越工程师的需要

教育部2010年向全国以工科为主要办学特点的大学推出了卓越工程师培养计划，东北石油大学以黑龙江省重点建设专业、黑龙江省重点学科——过程装备与控制工程专业为试点参与该计划。卓越工程师培训着力提高工程意识、工程素质和工程创新能力，通过高校和行业、企业合作，培养创新型的卓越性工程师。而工程图学作为理工科院校一门重要的技术基础课，通过教授绘制和阅读工程图样的原理和方法，为低年级学生建立必要的工程意识和专业基础知识、培养形象思维能力起着无可替代的作用。因此，需要对这门课程进行改革、探索与实践，努力通过多途径的学习方式，培养学生必备的工程素质，为处理后续课程中遇到的工程问题打下基础。并将创新思维方式、实践能力、科学道德、敬业精神和合作精神的培养融入教学过程，以满足工程意识强和专业基础宽厚的高素质创新人才培养要求。

（二）学科建设发展的需要

在学校原有的机械制图教学中，该专业始终与机械类其他专业同时开设机械制图课程，所用教材与授课内容与机械类专业完全一致，没有体现鲜明的专业特色。工程图学是一门与工程实际紧密联系的课程，对过程装备与控制工程专业的学生要求更高，需要他们在掌握工程制图标准和各种机械工程图样表示方法的基础上，还应该学习化工设备图的相关内容，如：压力容器等典型设备的绘制方法，化工工艺流程图、化工设备和管道布置图的绘制方式，以及容器中焊接结构、图示特点和简化画法等国家标准规定。另外，作为机械类专业的制图课程应该走在知识的前沿，改变过去以二维机械图作为全部教学内容的传统教学体系，增加以三维机械图为主的制图教学结构，这是知识发展的需要，社会发展的需求，三维机械制图教学内容的添加也势在必行。

二、国内其他高校制图课程设置现状

在国内，过程装备与控制工程专业的前身是化工机械专业，成立于1951年。在成立之初，由国内和苏联专家统一调查研究后制订教学计划，总体结构沿用至今，几十年变化不大[1]，基本上都以表述的方式讲解各个部分的知识点，内容阐述非常详尽，表达准确。一般在大学第一学年两个学期分别进行画法几何和机械制图的学习，例如，浙江大学是在上学期开设工程图学，下学期开设机械制图及CAD基础；大连理工大学也是在两个学期分别开设画法几何与制图（一）和画法几何与制图（二）课程。虽然课程名称不同，但具体内容变化不大。随着时代的变迁、计算机技术的发展，各大学在第三学年按学生专业课程的深入情况，分别增加计算机辅助CAD课程的学习，例如，浙江大学在下学期开设过程装备CAD课程；大连理工大学在第二学期开设计算机辅助设计（CAD）课程。

三、中美高校图学课程的比较分析

（一）课程内容表现形式的差异

美国图学教育体现了一定的时代气息，各部分均以工程设计和制造这一环节为出发点，强调课程的实际意义，例如，作为工程制图课程都要讲述手绘草图。我国目前的教科书中基本上是用直线和圆进行讲解、示例和练习，而在美国大学同类内容中，是应用手绘草图方式进行设计公司标志等实际物品；进入几何作图后，需要绘制各种线和图形，美国高校让学生采用优美的曲线设计灯或者装饰墙等[2]。这种从实际的事物出发，肯定更能引起学生学习的兴趣，并使学生深切地感受到知识的应用之处。

对比两国高校在课程内容讲述方面，美国教师讲授的内容详尽度肯定不如我国，但由于他们更多的时间是交给学生，布置实用性较强的作业，使学生完成作业的同时也增加自主学习的兴趣。对比而言，我国大多数高校采用的教材在作业内容上比较单一，主要是针对相应的知识点一对一出题，没有让学生清楚地知道学习这些内容的实际意义。

（二）课程内容设置的异同

1.软件学习。课程内容方面与国内教材相比，基本的章节设置几乎无异，但局部内容的差异却体现出了课程主题思想的不同。

美国高校教材在绪论之后便开始向学生介绍计算机三维制图软件[3]，这样在陆续的课程内容中基本采用实体建模的方式学习。这样做最大的益处是形象生动、便于理解和掌握。尤其在学习截交线和相贯线部分，国内教材阐述得非常详尽，习题量很大，但此处还是学生掌握最不好的地方，原因在于截切和相贯体的想象困难。可对于美国高校教材，此时已经让学生掌握了立体的构形，完全可以通过计算机建模后运用交叉集的操作形成截交线和相贯线，通过三维造型非常容易接受。

对于计算机绘图软件，我国大部分高校仍然是学习Auto CAD等二维制图软件，开设三维CAD课程的院校才开始有增多的势头。相信三维软件应该能够激发学生的自主学习能力，进一步开拓他们的想象空间。

2.手绘草图训练。在第二章节中，美国高校教材充分强调手工草图绘制能力的培养，这是由于草图主要用于勾画自己的设计思想，设计之后才能根据草图形成二维图形或三维模型。并且在视图绘制、轴测图和剖视图中都有手绘草图的练习。endprint

关于手绘草图在国内教材中没有足够重视，各类教材的作业中体现得也不多。

3.画法几何内容。对于画法几何内容，国内大部分教材在对其逐年删减[4]，美国高校教材更加淡化画法几何部分。不过对此日本东京大学的铃木教授在第五届日中图学教育研讨会上曾提出异议，称画法几何没有过时。

（三）课程学习方式的比较

1.自学为主，实践性为首的学生学习方式。美国高校属于学分制，管理机制比较完善，学生的学习主动性强。但最主要的是他们一直提倡的是自学为主，实践性为首的教学理念。

在制图课程的学习中，美国课堂授课时间非常少，按照课表，教师每周只讲授一次课程，50分钟，而上机课每周三次，每次2.5小时，教师采用师生交流讨论的方式完成授课[5]。教师主要以三维软件学习为主，通过大量的自学实践进行学习，每节课的题目必须完成，下一节课提交作业，作业成绩是考试成绩的重要参考。对于复杂形体，采用分组实践，多人共同完成一个项目。

由于我国国情的不同，对于这种学习方式可以作为三维课程开展的参考，也可以结合学校的实际情况部分借鉴。

2.简单实用的多手段教学。我国高校大部分制图课程已经采用多媒体教学，教学课件中真实的立体投影、新颖的动画表现形式是我们工作的亮点，也极大地促进了学生的学习，由此有些教师认为，我们的实物模型落伍了。可是，实物模型在美国高校的教学中仍然使用着，他们的教学方式有：多媒体课件、黑板板书板画、胶片投影仪和实物模型。所以，就我国实际情况来讲，也不能因为电脑普及了，就一味地追求多媒体课件，每个人对实物的接受能力永远都要高于其他方式，实物模型还有它存在的价值。

四、基于卓越工程师计划的化工制图课程体系的构建

我国有自己实际的国情，前苏联的教学内容循序渐进、环环相扣，朴实严谨，是我们的传统和优势，需要保持。美国的教学体现先进性和实用性，能促进学生自主学习，也恰好符合卓越工程师培养计划的宗旨，需要借鉴。通过多角度对比，总结分析，吸收多方优点，取长补短。

（一）优化教学内容

依据国家卓越工程师计划培养要求，考虑过程装备与控制工程专业自身特点，将教学内容确定为以机械制图为依托，以化工制图为主线。在课程前半部分与机械制图教学内容基本一致，部分形体的讲解融入化工零件的典型结构；后半部分的内容根据该专业实习工厂情况，参考化工制图教材，主要讲解化工设备图的表达方法、化工零件的典型画法和化工工艺图、设备布置图、管道布置图，将课程名称确定为化工制图。

目前图学课面临的突出矛盾是课时少，内容多，要求高。因此，必须对教学内容进行全面优化。画法几何部分在机械制图的授课中已经减少为点、线、面基础知识，在本课程中将进一步精简，只注重与后续内容的衔接和实用性，讲解特殊位置即可。截交线部分的绘图求解相对较难，但可通过三维演示让学生快速掌握它的形成，这部分可适当降低作业绘图难度，增加部分三维软件练习作为补偿。相贯线部分与截交线情况相似，但由于化工容器多管道与接口，相贯线的出现率极高，所以这部分删减较少。机件的常用表达方法和特殊表达方法侧重于综合应用，需要多用实例讲解，注重与零件图衔接，加强常用零件的结构分析和表达方案的选择。

（二）采用多媒体教学手段

早期机械制图课程的教学手段是“粉笔+黑板+模型+挂图”，现在开展形象、灵动、大信息量的多媒体教学，集教材内容、图形、图像、动画于一体，使抽象、枯燥的教学内容变得生动、形象，能够开拓学生的思维空间，提高学生的空间分析能力和空间想象能力。

化工制图与机械制图均是以图形为主展开教学，异曲同工，在投影、视图等基本图学内容的讲解中可以借鉴和利用现有的多媒体教学资源。但化工制图的后半部分章节学习需要大量的图纸展示和工厂实例，需要建立一定的素材库，以满足在相同的学时内增加课堂信息量、丰富教学内容、提高教学效率的授课要求。

（三）整合二维与三维绘图软件

在20世纪末曾经有人提出，三维CAD很快要取代二维软件，但现在看，三维软件与二维软件将在很长一段时间内共存。尤其过程控制类设备具有自身鲜明的特点，常常出现尺寸相差悬殊，例如，筒体直径为1200mm而壁厚仅为8mm，这就需要采用夸大的画法绘制，而在标注尺寸时仍按照真实尺寸标注。在这方面，二维制图相关的国家标准比较健全，但三维制图的标准还不够完善。所以，虽然三维软件是必然趋势，但现阶段对该专业来讲，二维软件的学习不可懈怠。为了使学生既能够掌握传统软件的应用，又能够走在先进思想的前沿，将二维与三维计算机绘图进行有机结合，先学习Auto CAD，再学习SolidWorks，以“两手抓，两手都要硬”作为主导思想。

（四）注重培养学生的协同合作精神

现代社会对人才的定义越来越具体，要求也越来越高，在具备丰富的专业知识储备，高精尖的创新精神的同时，还要有人与人之间团队协作精神，这一点在图学的教育中可以通过完成集体测绘来进行培养。

制图零件测绘不仅有助于培养学生观察问题和分析问题的能力，也是培养学生基本工程素质的有效方法。零件上的结构千变万化，零件的表达和测量方法因其结构的不同而不同。测绘时，将学生编排分组，并给予一定的时间要求。这首先就要求各组学生要自行研讨分工问题，培养他们团队协作精神；其次可以充分发挥每个学生的综合学习能力和创造能力，让他们明白自己的长处，又可以通过其他同学的工作看到自己的短处；第三，通过要求学生用简单的量具对复杂零件进行测绘，不仅可以提高学生的学习兴趣，更有利于培养学生的动手能力和创新能力；第四，在图形表达时，要求学生采用合适的方法进行表达，巩固前面的学习成果；第五，要求学生在图样表达时要严谨认真，有意培养学生的科学精神和一丝不苟的工作态度。

（五）确立多样化成绩考核机制endprint

1.课程试卷考核。试卷考核以学生对本门课程基础知识的掌握情况为主要内容，以综合运用作为试卷的难点。综合运用包括学生对标准件画法的掌握、对零件图的理解和对化工图样的阅读等等。卷面成绩的60%计入本课程总成绩。

2.课程平时作业考核机制。平时作业为每节课的课后作业，共10次，教师全部批改并打分。平时成绩的10%计入本课程总成绩。

3.课程零部件测绘考核机制。零部件测绘成绩分两部分，首先按每组上交的测绘图样由教师评定给出基础分，90分为最高分；其次，由各组的组长按照成员在测绘中的表现和对测绘内容的掌握情况给出本组成员分数，最高分为10分，成绩不得重复。两项累加为测绘成绩，测绘成绩的30%计入本课程总成绩。

4.绘图软件的考核机制。绘图软件课程的学习是在化工制图课程之后第二学期开设，课程的考核方式为机试，考核内容主要以化工容器类图形为主，成绩评定依据为学生的画图速度和准确性。

通过学习和借鉴国内外同行的先进经验，结合过程装备与控制工程专业自身特点，对制图课程体系进行了一系列改革，测绘环节加入到课程学习内，更是避免了传统“填鸭式”教学的弊端，使学生在学习中明确自己要学什么、为什么学、学会了能干什么等以往比较迷惑的问题。特点鲜明的教学内容，形象逼真的教学手段和与时俱进的教学方法将推动教学改革向着预期的目标发展。

参考文献：

[1]张彦娥，Chulho Yang，李丽.中美工程制图及CAD系列

课程及教育比较[J].图学学报，2013，（3）.

[2]江洪，张培耘，吴巨龙.美国工程图学教材对我国图学教

育改革和精品课横建设的启示[J].工程图学学报，

2006，（6）.

[3]Frederick E Giesecke，Alva Mitchell，Henry C

Spencer，et al.Modern graphics communication

（Third）Edition[M].American：Pearson Prentice

Hall，2004：1-601.

[4]董国耀等.高校图学教育当前几个发展趋势[J].工程图

学学报，1999，（3）.

[5]http：//crown.panam.edu/EG/handout/syllabus.html.endprint