基于半实物仿真工厂的化工制图课程思政和美育探析

高光海，徐坤山，田晖，赵旗，王玮，李硕，杜玉朋

(烟台大学 化学化工学院，山东 烟台 264005)

1 概述

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展及“中国制造2025”等一系列国家战略，教育部积极推进新工科建设，先后发布了一系列相关文件，指明了现阶段及未来一段时间新工科建设的任务和发展方向。在此背景下，培养思想品德修养高且综合素质优异的复合型人才是当前以及今后相当长一段时间内高校教学的重要任务。特别是2018年9月10日，习近平总书记在全国教育大会上对我国教育的首要问题和根本任务提出了具体要求后，进一步明确了这一重要任务[1]。综合素质优异的复合型人才应当德智体美劳协同发展，且具有较强创新意识及创新能力，这就要求高校在育人过程中积极推进五育并举、协同融合。然而，目前一些高校在育人过程中普遍存在五育推进不协调、不融合，特别是专业课程中美育教育尚存在较大不足。鉴于此，2020年中共中央办公厅、国务院办公厅发布了《关于全面加强和改进新时代学校美育工作的意见》，对美育的性质、作用和任务进行了系统的阐述，表明了国家对学校美育工作的高度重视[2]。由此可见，坚持五育协同并举是落实立德树人这一根本任务的重要内容之一。

课程是落实立德树人，培养高素质复合型人才最基本的核心要素，课程的质量直接决定人才培养的质量，为此需要进行课程深化改革，积极探索课程建设，以满足当前及今后新工科建设人才培养需求。化工制图是一门与生产实际密切相关、实践性较强的专业基础课，在高校理工科专业课程体系中具有先导作用，为后续若干专业课、实习实践及毕业设计等奠定重要的基础。化工制图课程主要研究化工图样的绘制与阅读，培养学生的形象思维、空间想象能力以及工程实践意识。但目前课程在教学过程中存在以下主要问题：(1)课时有限，但知识点较多，无法全部展开进行深入讲授，导致各高校在制图基础部分(工程制图)与化工图样部分之间的课时分配及偏重点方面存在较大差异；(2)课程教学过程中对德育和美育的渗透性不强，缺乏相应的教学案例，德育和美育与课程知识点之间的融合度不高，强行加入思政和美育教育影响了课程的逻辑性和连贯性；(3)课程的实践性较强，且课程开设学期早于实习日期，学生对化工生产过程缺乏直观认识，对典型化工设备的构造和工作原理、工艺流程、设备和管道的布置等内容缺乏相应的知识储备，在课程学习中普遍感觉枯燥乏味且比较吃力，学习积极性不高，课程教学效果不佳。

基于目前所存在问题，课程教学团队在新工科背景下基于OBE理念，以专业所建立的半实物仿真智慧工厂为基础，参照案例式教学方法积极探索课程改革及建设方案。同时将思政和美育融合于课程教学内容中，坚持显性教育与隐性教育相统一，积极推进专业知识讲授与德育和美育的协同推进，加强课程趣味性，调动学生学习兴趣和积极性，提升学生学习效果。结合实际教学情况，课程教学团队具体从半实物仿真智慧工厂建立及高效利用、课程教学内容模块化划分、思政和美育元素挖掘及融入等方面进行探讨改革，以期满足新工科背景下卓越工程师培养的要求。

2 半实物仿真智慧工厂

专业在校内工程实训中心按等比例建设了煤制甲醇半实物仿真智慧工厂，工厂总计三层平台，整个生产过程所涉及的工艺流程、化工生产设备、管道、仪表阀门以及公用工程等全部展现出来，形成了一套完整的化工生产过程，具体如图1所示[3]。学生可随时到工厂进行参观学习，直观感受化工生产过程，有助于理解化工制图课程相关知识点，可极大提高学习效果。

图1 半实物仿真智慧工厂

3 课程教学内容模块化改革

化工制图作为化学工程与工艺、制药工程等专业的必修课程，需要讲授画法几何、机械制图、技术制图、化工图样以及AutoCAD软件辅助绘图等方面的内容，然而理论授课学时只有32学时，存在课时少、但知识点太多的现象。授课教师需要合理设置授课内容，既要将基本知识点及重点难点部分讲解清楚，又要保证授课内容的完整性，因此必须加强对课程授课内容的高度设计和合理取舍，以便提高授课效率。

针对该问题，课程教学团队在总结现有教学情况基础上，结合专业特点及人才培养需求，将课程授课内容进行模块化改革[4]，切割为化工制图基础模块、化工设备模块、工艺流程模块、设备和管道布置模块以及计算机辅助绘图模块，同时构建逻辑清晰、内容合理的模块化教学内容。前四个模块中各模块之间相对独立，但又存在逐层递进关系，其中计算机辅助绘图模块贯穿其他各模块之间，具体设置如图2所示。

图2 课程模块化教学内容

通过化工制图基础模块讲授学生可掌握制图的基本规定、相应的国家标准规范、投影基础、形体结构特点及投影特性、机件常用表达方法、机械零部件图和装配图等方面的基本理论和基本方法，为后续化工图样的学习奠定基础。化工设备模块学生可学习化工生产过程常用典型设备的结构组成和特点、加工过程及装配方式、化工设备图的种类和内容、化工设备图常用表达方法，进而掌握化工设备图的阅读与绘制。通过工艺流程模块讲授学生可熟悉化工生产工艺流程设计原则、工艺流程图作用及分类、工艺流程图内容以及工艺流程图的阅读和绘制。设备和管道布置模块学生可了解设备和管道布置原则、设备布置图和管道布置图的作用及内容，熟知设备布置图和管道布置图的阅读与绘制。通过计算机辅助绘图模块的演示学生可掌握采用AutoCAD软件进行绘图的基本操作，熟知机械零部件图和装配图、化工设备图和工艺流程图、设备及管道布置图的绘制方法和技巧。

4 课程思政和美育元素挖掘及融入

思政和美育元素的选取及设计是实施课程思政和美育教育的重要前提和基础，为此需要进行系统挖掘，找准课程知识点与思政和美育元素的有机切合点，将思政和美育元素巧妙嵌入和融合到课程教学中，做到润物于无声[5-8]。课程教学团队以专业所建立的半实物仿真智慧工厂为基础，结合所构建的模块化教学内容，深入挖掘相应的思政和美育元素，将其融入相应的课程内容中，实现课程专业知识讲授与思政和美育教育的协同并进。课程改革中部分案例的选取与设计如下。

4.1 化工制图基础模块

4.1.1 思政元素选取与设计

通过讲授制图与读图的目的是服务于工程，引导学生建立工程意识，为化工行业卓越工程师的培养奠定基础。通过对国家相关标准和规范的讲解，引领学生树立标准意识、行业规范意识、工程伦理意识、安全意识及法律意识，进一步强化学生的工程思维意识和职业道德精神。

4.1.2 美育元素选取与设计

在对图纸的布局进行讲解时，渗透其中所体现的布局之美及和谐之美。在讲解图纸右下角的标题栏时，可说明标题栏在整个图纸中所起到的基础支撑作用，从而体现出图纸的稳重。在讲解图纸中各图形、尺寸标注和文字说明部分之间的统筹协调时，可说明这些设置体现出了图纸布局的和谐共生之美。在讲解图纸中图线、文字及箭头等的应用时，可突出这些设置所体现出的规范协调之美。在形体分析和机件表达中通过对各种视图的对比讲解，可阐明基本视图和剖视图、断面图之间的直接对比所体现出的对比美。在对工程中常用零部件结构特点及其图纸进行讲授时，从对称绘制及对称标注等方面引出其中所包含的对称之美，进而延伸到自然界和社会生活中的对称平衡美[9-10]。

4.2 化工设备模块

4.2.1 思政元素选取与设计

在讲解化工设备零部件组成及装配时，通过讲授各零部件在整个化工设备中的作用，逐步引申到整体和局部的关系，引导学生建立整体均是由局部组成、整体功能总是大于局部功能、任何局部均不可缺少的思维理念，由此引申到每一位都是社会和家庭的重要一员，在追求美好生活实现中国梦的征程中每个人都是参与者和见证者，从而激发学生们的自豪感和使命感。在讲解化工设备安全阀时，如图3所示，通过讲授安全阀的工作原理和作用，结合仿真工厂的实地观看，培养学生们的安全责任意识，引导学生牢固树立安全第一的发展理念。

图3 化工设备安全阀

4.2.2 美育元素选取与设计

在讲授化工设备整体结构特点时，突出回转体这一基本概念，从而体现出化工设备形体的对称之美，如图4所示。在讲解化工设备零部件时，突出零部件结构的合理布局，从而引申出化工设备设计、制造和安装的整体协调之美，如图5所示。在讲授化工设备装配图时，突出其规定画法和特殊画法，并与通用机械装配图进行对比，以此展现出化工设备图中的简化之美、多次旋转之美。

图4 化工设备整体结构

图5 化工设备零部件结构

4.3 工艺流程模块

4.3.1 思政元素选取与设计

通过对工艺流程图分类及内容的讲解，突出流程图中各部分作用、绘制要求及所要遵从的行业规范，逐渐引申出职业道德素养的建立和维护。讲授时从流程图中每一条管线、每一个设备、每一个仪表阀门以及每一个箭头等的绘制和布局等角度展开，让学生知悉并体会每一个工艺流程图绘制时所要求的严谨、细致、耐心，启发学生体会其中所蕴含的伟大卓越的匠人精神，从而引导学生树立良好的价值观和职业素养，激励学生在学习和工作中精益求精，不断追求卓越。

4.3.2 美育元素选取与设计

以半实物仿真智慧工厂中带控制点工艺流程图为例，对比分析流程图中不同颜色管线所代表的不同物料管线，以此来体现流程图中的对比美。根据工艺流程图和仿真工厂现场对照观看情况，阐明管线横平竖直的布局特点，以此来体现流程图及实际生产中管线的布局之美。以工艺流程图中管线箭头所示物料流向的标注为例，结合仿真工厂现场实况，如图6所示，阐明其所体现出的化工生产过程中的人性化之美。

图6 化工生产管线及物料流向

4.4 设备及管道布置模块

4.4.1 思政元素选取与设计

以厂区、生产车间、车间内外设备和管道等布置时所需注意事项为例，同时结合学生在现场的真实体验，如图7所示，不断强化实际生产中的安全意识，引领学生真正切身体会到安全在实际生产中的重要性，切实将安全意识根植于心，并由此延伸到职业道德及工程伦理的培养和熏陶。

图7 化工生产车间布置

4.4.2 美育元素选取与设计

通过讲授车间内外设备和管道的布置特点，同时结合仿真工厂中设备和管道的真实布置情况，如图8和图9所示，引导学生深刻体会化工生产中的整齐美、有序美。通过引导学生观看并体会整个厂区设备和管道的布置特点，如图10所示，让学生切身体会到实际化工生产中的错落有致之美，由此引申到古诗词中“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”所表达的唯美风景，将大自然的美景与化工实际生产结合起来，从而表现出化工生产之美、行业之美，进而引导学生加深对行业所体现出的美的体会与感悟。

图8 离心泵布置

图9 工艺管道布置

图10 车间设备和管道整体布置

5 结语

针对化工制药类专业课程群中化工制图课程教学所存在问题，将知识点庞大的课程内容进行模块化集成划分，既完整体现出课程知识点，又增加授课内容的直观性与逻辑性，便于学生高效学习。同时以专业所建立的半实物仿真智慧工厂为基础，深入挖掘每一课程教学模块中所蕴藏的思政和美育元素，将相关案例融入日常课程教学中，既激发了学生学习的积极性和乐趣，又提高了学生们学习效率，同时还加强了课程授课过程中对学生五育的培养，为新工科背景下卓越工程师的培养奠定了基础。