以学生为中心的化工制图案例式教学模式研究与实践

2019-09-13王小雨

山东化工 2019年16期

王小雨

(江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉 430056)

化工制图课程是培养工程技术人才的一门重要技术基础课，以培养学生空间思维能力、绘制和阅读工程图样的能力以及增强学生工程实践能力和创新意识为目标，为后续专业课程的学习奠定基础。传统的授课方式是"老师讲，学生听"。为了在规定学时完成授课内容，整节课老师不停的输出知识，而学生是否接受知识却无暇顾及。这种单一的传授知识的方式，生动性和趣味性都不够，造成了沉闷的课堂气氛。因此，有必要在化工制图的教学中开展以学生为中心的授课方式。即可以调动学生学习的积极性和参与性，也符合当前工程认证的要求。

化工制图课程除基础绘图理论外还带有一定的化工工程背景，通过历年授课经历，笔者发现脱离工程背景仅讲授教材知识，学生很难理解每个章节学习的目的和关联。而案例教学可以有效解决该问题。案例教学能够拉近理论知识与教学实践之间的距离，有助于加深学生对理论知识的理解，利用有效的互动提高学生分析问题和解决问题的能力。

1 化工制图教学现状

化工制图是化工专业的专业基础课程，学生在该门课程的学习中既存在大学课程学习时的常规问题，也有与专业相关的问题。

(1)学生上课不听讲。随着互联网时代的到来，外界对学生的诱惑无处不在，学生由高中紧绷的状态忽然变成毫无约束的状态，自控力较差的学生在课堂上刷手机成了常态。(2)课前不预习，课后不复习。大学课余生活极其丰富，学生对知识的掌握往往寄托于考前临时抱佛脚，使得知识的掌握不够牢固。(3)作业抄袭严重。(4)不理解化工制图课程设置的意义。化工制图课程一般设置在大二上学期开课，是学生进入大学以来接触的第一门与本专业相关的课程，学习方法和内容都与以前的纯理论课程有很大的区别，很难明白课程设置的意义所在。(5)缺乏必要的空间想象力。制图课程的学习需要用到二维图形和三维图形的来回转换，很多学生空间想象力较弱，无法把零部件由二维图纸转为三维实物模型。

以学生为中心的授课模式在课堂教学中把学生置于首位，以老师的“讲授”变成学生的“表演”，迫使学生时刻关注课堂进展，参与课堂教学，这种授课地位的反转可以提高学生学习兴趣。课堂中实现案例教学，学生可以从具体的工厂实例中了解本专业的研究内容和本课程各章节教学目的和关联。两种授课模式的合理结合基本可达到解决以上问题的目的。

2 以学生为中心的教学模式

以学生为中心的核心观点是以学生发展为中心，以学生学习为中心，以学习效果为中心，称为“新三中心”。我国高校的传统教学方式大多还是“老三中心”，即以教材为中心，以教师为中心，以教室为中心。本质是以书本知识传递为核心，以教师"教"为中心[1]。现代科学技术飞速发展，学生获得信息的渠道越来越多，如果继续按照老方式授课，课堂会越来越留不住学生。授课方式的改变迫在眉睫。

2.1 课程要求

化工制图的教学大纲对该课程的要求主要有四点：了解制图基本知识与技能；掌握投影原理，具备图示能力，培养空间想象力，能够通过理论知识检验组合体的投影绘制正误；能够运用投影规律表达简单零件形状，绘制简单化工机械图、化工设备图、化工流程图、化工设备布置图和化工管道布置图。具备徒手画图和计算机绘图以及读图的能力。

2.2 构建课堂模式

以学生为中心的课堂模式有多种，但构建形式往往比较单一，无法完全解决化工制图教学现状中所存在的问题。因此，构建合理多样性的课堂形式，充分调动学生学习的主观能动性很关键。

课堂知识讲授由老师讲授为主转变为学生讲授为主。学生分小组参与教学，每3人为一组，3人共同负责收集资料，完成课件的制备。课件内容主要有三项，上一讲知识回顾，本讲部分新知识讲解，本次课堂内容总结。三人依次分工完成三部分内容讲解。为了保证授课质量，教师提供基础课件，组员在教师课件的基础上完善和增补内容。每次课堂讲授内容，由五个小组准备，在正式上课之前，五个小组组员分别讲授一次，老师进行点评，并从中择选最优小组单独进行授课辅导。学生为了完成授课内容，必然要提前完成课前预习，现在网络信息的发达，使得学生很容易获得各种素材，大规模开放式在线课程(massive open online courses,MOOC)的发展也使得学生可以有正规途径去习得全国各大高校优秀教师的授课方法。工程认证要求学生具备沟通和团队合作的能力，分小组参与教学体现了团队合作的精神，彼此之间任务的分配需要较好的沟通能力。课件的制备训练了学生对办公软件的操作能力和素材收集能力。课堂讲授锻炼了学生的语言表达能力，克服了学生因对这种场合陌生而产生的怯场。授课和听课对知识点的掌握程度要求也是不一样的，听课只需要理解授课的主要内容，而授课不仅要求理解基本知识点，还要求对知识点能从逻辑上串起来，对理解的知识点要思考如何深入浅出的讲授，这就要求对本课堂的知识点要反复理解，反复学习，与传统的教师授课方式相比，对知识掌握的更牢固。

对其他未参与本堂课讲授的学生进行课前测验。课前测验的内容从两个方面进行考查：上一讲知识的掌握和本讲知识的预习。课堂讲授过程中设置提问环节，邀请未授课同学回答问题。化工制图作业批改方式采用学生互批找错方式。作业按小组收集，然后每小组随机领取一份其他小组的作业进行批改，每次作业选择一个小组在习题课时分工完成讲解，教师给予适当点评。达到及时反馈，矫正错误的目的。

现代计算机软件发展特别迅速，三维建模软件更是多之又多。课堂上通过三维建模的方式把二维图纸实物化，提高学生的学习兴趣。鼓励学生自学三维建模软件，课余时间利用多媒体展示建模成果。

3 案例教学模式

郑金州[2]教授认为一个案例就是一个实际情景的描述，在这个情境中，包含有一个或多个疑难问题，同时还可能包含有解决这些问题的方法。因此教学案例就是在案例的基础上将现实生活中所发生的事例与教学内容相结合，设计编写出适合学生进行学习的一种情境化的教学资源。具体到化工制图课程中，教学案例指的是在化学工程领域发生的具体工艺流程，与教学内容相结合进行编写设计以满足学生学习需要的一种教学资源。案例教学是教师为学生提供一个真实情境，学生在这个情境中进行学习同时通过与同学教师讨论交流解决问题的一种教学方法。

通过回访和调研发现大部分学生学完化工制图课程仍不明白本课程学习的意义，为了帮助学生把理论知识与实践应用相结合，拟定采用案例教学的授课方式。案例教学需要学生课前主动查找资料，课中积极提问，课后归纳总结。以往的教学集中在课堂教学，时间有限，不能高质高量的完成任务。而以学生为中心的授课模式与案例教学相结合，可以较好的解决该问题。

化工制图内容主要有两部分组成：制图的基本知识和化工设备和工艺的绘图要求。后者的专业性较强，因此对这部分内容采用案例教学的授课方法。本文教学案例选用石化厂最常见的合成氨工艺，以该工艺为例，讲授各章节的学习目的和学习内容以及彼此的关联，促使学生对化工制图的学习有更直观的认识。

合成氨工艺流程比较复杂，没有接受专业课程学习的学生很难完整的理解合成氨工艺。因此，在教学设计上，合理的简化合成氨工艺是很有必要的，简化后的合成氨工艺如图1所示。学完化工制图，学生应该具备绘制带主要控制点的工艺流程图。这就要求合成氨工艺流程中出现的各种设备，设备布置，管道，管道附件等的绘制方法都应掌握。合成氨工艺中原料气的制取，净化和氨合成都需要提供一个反应或储存的场所，这个场所在工程上称为化工设备，因此，首先向学生介绍化工设备图的绘制，每种化工设备是由设备零部件组成的，引入常见化工设备零部件绘制内容。完成设备图绘制后，设备与设备之间要通过管道连接起来，引入化工流程图的概念。化工设备在工厂中如何放置，引入化工设备布置图的知识点，管道与管道之间如何布置，引入化工管道布置图的知识点。

在讲授化工设备图时，选用合成氨工艺中出现的一种典型设备(见图1)，如换热器，作为案例；要求学生课下通过查阅资料或视频学习，了解换热器工作原理，常见零部件和设备的几何形状，掌握换热器的绘制方法，课堂分小组讲授。化工流程图的讲解中选用造气工段为案例，鉴于这部分知识点较难，教师可为学生提供学习素材，先教授基本知识点，学生在有一定理论认识的基础上通过查阅文献，请教老师和同学讨论，理解造气工段，完成课堂分小组讲授。化工设备布置图和化工管道布置图仍以造气工段为案例，授课方式与化工流程图类似。每一章节学习结束后，学生独立完成本章节所选取案例的图纸，以备检验。