基于食品科学与工程专业毕业设计的“食品工程CAD” 课程教学的思考

李书红， 陈 野

（天津科技大学食品国家级实验教学示范中心，天津 300457）

食品科学与工程专业的培养目标是面向食品产业的未来发展需求，培养具有良好思想道德和创新精神，具备扎实的理论基础、优良的工程素质和开阔的国际视野，擅长发现并解决食品科学技术产业化过程中的关键技术、提高食品工程产业国际竞争力、引领食品科学与工程学科发展的高质量创新型技术人才[1-2]。在培养过程中的最后环节是毕业设计，需要根据食品加工出现的具体问题提出解决方案并提供设计说明，是考查学生思考、分析、解决问题能力及理论联系实践的重要手段，是实现高质量培养目标的关键环节。作为工科专业之一，食品科学与工程专业非常注重优良工程素质的培养，其中“食品工程CAD” 作为专业选修课程，是专业基础课程 “机械制图” 和 “机械工程基础” 的工程类衔接课程，通过该课程学习，使学生在计算机制图与食品工艺设计、食品机械设备设计之间知识的衔接方面得以灵活运用。课程针对即将进行毕业设计的大四学生，在大三下学期开展教学，为其通过工程制图来完成毕业设计具有重要的意义。

食品科学与工程专业一直以工程教育专业认证标准为抓手进行教学改革，重视企业对学生工程实践能力的要求。根据企业需求调研结果，从2007 年开始梳理了整个教学环节，特别是对学生毕业设计（论文） 进行了仔细分析，从中总结出各阶段课程学习对毕业设计成绩的贡献率，结果显示选修 “食品工程CAD” 课程的学生，其毕业设计的成绩显著高于未选修者。“食品工程CAD” 课程采用课堂授课与上机练习结合方式教学，将课程分成食品机械制图基本知识、食品设备通用部件零件图的制图、生物反应器罐体的设计与制图、食品工程工艺流程图的设计与制图、管道布置图的制图、挤压生产豆渣纤维成套设备设计与装备绘制等6 个部分。特别是课程的第4 部分和第6 部分，结合教师的科研成果，从科研的工程设计思路、工艺的制定、设备的设计、设备制图、制图技巧等方面详尽剖析，学生进行仿真设计和实践，使学生的工程设计能力得到训练和提高。

1 毕业设计存在的主要问题

1.1 毕业设计中计算机绘图能力不强

对于本专业学生而言，毕业设计内容大多集中在某一食品产品的开发和进行生产线设计，需要进行食品产品开发的工艺研究，还要绘制工艺流程图、车间平面布置图和管道布置图等[3]。学生进行毕业设计图纸时，大多采用Auto CAD 绘图软件。由于 “食品工程CAD” 为选修课，选修过课程的学生图面质量基本符合工程制图的标准。但是，对于部分未选过该课程学生来说，虽然在大一时学习过工程制图，也进行过CAD 上机练习，上机学时过少，到毕业设计的大四阶段也基本忘记，导致对软件基本指令使用不熟练，不能充分发挥软件的功能，画图耗时长，图纸中错误多[4]。总结归纳为以下几个方面的问题：①图层设置不合理，线型和线条粗细设置随意，致使后期出现问题时修改繁琐；②图样样式设置不规范，表现在样式位置和规格不规范，图形比例不协调，设置类型随意；③绘图方法不合理，不会使用高效的绘图技巧，导致绘图耗时较长、效率低下。

1.2 工艺流程图绘制不规范

食品工艺流程图的绘制，一般指的是绘制加工工艺过程中的物料流程图，是以图形与表格结合的形式来反映设计及计算某些结果的图样。图样采用展开图形式，按工艺流程顺序，由左至右画出一系列设备图形，并配以物料流程线和必要的标注与说明，一般由设备示意图、物料流程线、标注和图例、标题栏及设备一览表组成。从毕业设计图纸看主要存在以下几方面问题：①设备示意图绘制过于简单，从外形轮廓上看不能反映设备的特征；②流程管线和流向箭头画法不符合规定，物料管线一般用粗实线画出，动力管线一般用中粗实线或细实线画出，同时管线用箭头表示物料的流向；③图纸标注不符合标准，主要是标注字体、线型、大小和颜色等随意设置，导致图纸混乱，影响图纸视觉效果。

1.3 不熟悉绘图国家标准

规范的图纸才能将设计者的设计理念和意图传达给工程技术人员，这就需要设计者严格按照制图标准进行绘图。食品科学与工程专业，虽说大一上学期会学习工程制图课题，但是由于后续无练习和实践环节，导致毕业设计过程中，有关制图的标准和知识都已经遗忘。“食品工程CAD” 是在大三学习，由于其为选修课，对于未选修的学生而言，很难根据自己的知识画出一套完全合乎标准的图纸。工程图样是工程界的技术语言，而不符合制图标准的图样很难与其他工程技术实施者进行沟通和交流。

2 基于上述问题的教学改革方法

2.1 强化计算机绘图能力的培养

“食品工程CAD” 是一门实践性较强的课程，对于学习者而言，需要对所学知识不断练习巩固和应用，这就需要在教学过程中让学生掌握扎实的绘图本领，提高绘图能力。“食品工程CAD” 课程，是在学生大一学习了工程制图基础上开设的，目的是使学生掌握如何利用工程CAD 语言进行食品工程设计的技能。大一虽然学习了CAD 制图，大三前没有进行任何实践应用，也基本遗忘。因此，在第一节课安排了食品机械制图基本知识、食品设备通用部件零件图的制图的上机训练。在教学过程，针对制图目标，应该积极鼓励学生根据自己的想法绘图，而非机械地重复教师的绘图步骤。此外，在基本图形绘制过程中，一方面学生先根据目标图形绘图，教师再提供参考画法，加深其印象；另一方面针对同一图形，让不同画法的学生进行讲解演示直播，然后让学生针对不同画法进行讨论，总结不同画法的优缺点，进而选择和掌握更高效的绘图方法。

2.2 强调国家标准的作用

国家标准在图幅、文字、标注、符号、图线等方面都做了详尽的描述。课程的第二讲中，以教师的科研成果为例开发出 “生物反应器罐体的设计与制图” 一讲，在讲述开发思路后，结合国家标准重点讲解生物反应器罐体总装图的绘制过程和方法。首先，讲解国家标准在绘图过程中的重要意义和标准具体内容，包括绘图过程中常见的尺寸标注、图线设置和绘图环境等；其次，针对国家标准的具体内容，设计典型的绘图目标，让学生通过亲自实践来加深对国家标准的理解和掌握；最后，在平时上机过程中，时刻提醒学生制图国家标准的重要性，不断加深和强化国家标准的应用，养成良好的绘图习惯，为学生进行毕业设计和后续绘图工作等打下基础。

2.3 培养学生对课程的学习兴趣

在教学过程中，先尽量做简单的绘图，会做了就会有成就感，逐渐培养其对课程的兴趣。结合教师的科研成果，开发出 “挤压生产豆渣纤维成套设备设计与装备绘制” 一讲，从科研的工程设计思路、工艺的制定、设备的设计、设备制图、制图技巧等方面进行详尽剖析，而后将图纸发布给学生，学生在图纸的基础上进行修改，加入自己的想法（结构），学生同教师一道进行仿真设计和实践，使学生的工程设计能力得到实战化训练。在掌握了基础工程设计和制图技能后（课程中段），采用 “实际食品工程工艺设计” 实例教学，课程收集了13 个食品产品的工艺流程（饮料、焙烤、肉制品、面制品、啤酒），利用所学到的工程设计知识将其制成标准的工程类工艺流程图，并进行相应的车间平面布置图设计制图，使学生得到实战训练。通过学习使学生熟练掌握计算机设计和绘图软件，同时掌握食品工厂设计的计算机制图的原则、内容和方法。

3 结语

2019 年，天津科技大学食品科学与工程专业通过第4 次工程教育专业认证和新版IFT 国际认证，对毕业生提出了更高的要求和挑战。“食品工程CAD” 课程作为培养学生工程能力的主要课程之一，对于学生的工程和综合能力培养具有重要的作用。通过不断的教学改革和实践，让学生掌握良好的绘图基础，高质量的完成毕业设计，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。