制药工程专业AutoCAD教学方法的改进

——运用制药工艺设计图实例

潘  洁，叶文静，赵一玫，姜  军，王  凯* 

                湖北大学化学化工学院，湖北 武汉 430062

[摘  要] AutoCAD是一种常用工程制图软件，在制药工程专业课程中有着重要的应用。由于笔者观察到制药工程专业学生应用AutoCAD在制药工艺设计中遇到的种种问题，因此，本文着重探讨AutoCAD在制药工程专业教学中的应用，包括教学模式的探讨、教学框架的构建、考核说明与综合评估和课程持续改进等内容。旨在提高《CAD及医化软件应用》这门课程在制药工程专业学生中的教学效果,使学生能真正将所学软件知识应用到制药工程工艺设计中,从而提高学生灵活运用医化软件的能力。

[关键词]Auto-CAD；工程制图；制药工程；信息化教学；软件应用

[基金项目]2020年度教育部第二批新工科研究与实践项目，地方综合性高校化工与制药类专业改造升级探索与实践(E-HGZY20202020)；2020年度湖北大学教学建设项目，基于工程教育认证的制药工程专业核心课程群的改革与实践(No:202004)。

[作者简介]潘洁 （1988-），女，汉，湖北武汉，博士，湖北大学化学与化工学院，副教授，主要从事脑科学方面研究：王凯 （1976-），男，汉，湖北武汉，博士，湖北大学化学与化工学院，教授[通讯作者]，主要从事新药开发、工艺流程设计等方面研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码]   A    

《CAD及医化软件应用》是制药工程专业的一门重要专业课,旨在使学生灵活应用常用医疗软件特别是AutoCAD软件绘制工程制图纸。鉴于AutoCAD强大的功能和深厚的工程应用底蕴,熟练应用AutoCAD在制药工程专业的工程设计之中,尤其在毕业设计阶段具有十分重要的应用^[1]。《CAD及医化软件应用》是在大二上学期开设的一门专业课,总共16学时。其中讲解了Chemdraw,Origin,Scifinder以及AutoCAD等医疗常用软件的应用。由于所讲软件的繁杂,每个软件学生往往只学习到了皮毛,并且到真正可以应用的大学三年级专业课、生产实习与毕业设计的过程中时,往往不能熟练使用。笔者通过在教学工作中观察,其中Chemdraw,Origin,Scifinder相对较简单,教学效果良好,而AutoCAD则不然。在学习这门课程中,传统课堂教师的教学重点在软件本身的应用而没有偏重AutoCAD在医药设计工程制图方面的应用,导致在实习和毕业设计阶段部分学生不知所措^[2]。

本文着重改进AutoCAD软件在制药工程专业的教学方法和应用，其他软件如Chemdraw,Origin,Scifinder等依循传统教学方法,在此不再赘述。其中,AutoCAD软件教学占10学时。笔者采取“三段式”教学方法,从软件介绍入手,先讲解软件背景以及功能介绍。再从基本操作,分步讲解并实时演示各种功能的工程制图,以实例绘制AutoCAD图^[3]。最后是综合演练环节，为以后毕业设计阶段做准备，使学生在上完本门课程后,掌握AutoCAD工程制图的方法,并能够熟练做出带控制点的工艺流程图、平立面布置图等。

图1 “三段式”教学方法示意图

1 课程信息与课程目的

1.1 课程信息：课程信息是对本门课程的基本介绍,包括中英文名称,课程编码,总学时,适用专业,使用教材,开课院系与课程关键词等基本信息,有助于教师和学生直接把握课程的本质(见表1)。

表1 CAD及医化软件应用课程信息

1.2 课程目的：这门课的中心任务是培养学生的工程制图概念和软件应用能力。以CAD软件为依托,对相关教材进行重构,主要讲述二维、三维图形的绘制与编辑,主要注重操作技能的训练,培养专业工程需求与CAD绘制的结合能力。因此,教学内容具有很强的制药工程专业针对性,并且具有一定的实用性,是工科专业学生培养的关键^[4]。

2 教学模式探讨

在往届CAD及医化软件应用课程的教学中,授课教师主要借助传统教学模式,以及PPT展示,由软件的开发历史引入,简单介绍软件的发展及其应用范围，然后，通过展示软件页面以及各个工具栏依次介绍产品功能。在学生初步了解软件的基本应用之后,以举例的方法介绍各种平面图,立体图的画法。最后,将学生带入机房进行实际操作与更复杂的实例展示。这种教学方法在学生初始接触兴趣很浓的时候进行理论教学,可能会使绝大多数学生失去兴趣,并且导师最后参与实际操作的时间减少,导致达不到熟练使用CAD的教学效果^[5]。针对这一问题,笔者在教学模式上提出以下几点修改，采用“三段式”教学方法：

1) 直接进入机房上机学习,压缩软件介绍的时间（限于1课时）,之后的教学都以实际操作展示为主,去掉传统课堂PPT展示的时间。以培养“软件使用技能”为主,加快基本操作技能的掌握。

2) 在加强基本操作练习的基础上布置课前例题,调动学生学习的积极性,使他们自己在课下也可以练习绘制图形,增加趣味性,适时引入翻转课堂,让学生演示多种画法^[6]。

3) 为以后毕业设计做铺垫,以带控制点的流程图、设备图以及平立面布置图为例,设计并引导学生对这些重难点进行分析和讨论。授课教师可以将学生分组讨论,并且让学生亲手操作看其是否能独立完成。在这个过程中,教师可以适时引导和帮助学生完成。

3 教学框架的构建

3.1 Auto-CAD在工程制图中需掌握的必备基础知识：CAD基本作图基础是必备知识,为以后的应用打好夯实的基础。AutoCAD课本所授知识很多，课堂学时数不够，势必不能所有知识点全部都讲。那么，在知识点的选择上，老师们或者各个学校之间可能大相径庭^[7]。根据笔者从事制药工程专业课教学和指导实习的经验，总结了一部分制药工程专业学生常用的内容。学生应了解AutoCAD的常用功能内容涵盖二维绘制、二维编辑、基本绘图工具、文字和表格、尺寸编辑、辅助绘图工具和编辑命令等知识。本门课程的教学内容如表2所示。

表2 CAD及医化软件应用教学内容

3.2 Auto-CAD在制药工程专业中的针对性教学：笔者认为对于Auto-CAD在制药工程专业中的针对性教学是极其重要的一步。因为笔者在指导毕业设计和设计竞赛时发现,许多学生会用CAD,但是涉及到制药当中设备、管道或者平面图的画法时,往往遭遇各种问题。因此,以例题进行讲解,可以对未来的专业应用做铺垫。本课程拟以以下的几个例题为引导：

1) 工艺流程图的画法。由于工艺流程图是由方框、多段线、箭头和文字等对象组成,因此,设计内容较为简单,可以作为综合实例练习的第一个例题,见图2a。我们可以给出一个简单的工艺流程图,让学生进行简单二维线条和文字的应用。

2) 反应设备的画法。以反应釜为例,反应釜除了涉及到多段线、箭头、文字等对象,还涉及到圆类图形的绘制、矩形/多边形的绘制,见图2b。因此反应釜的绘制有助于学生进行更加复杂的二维图形的绘制。

3) 分离、混合设备的画法。分离、混合设备有很多,课堂上可以随机选择离心机,过滤器,精馏塔,混合机等设备。本文以双锥混合器为例,见图2c,进一步提高常用基本二维绘图命令等画法。

4) 平立面布置图的画法。平立面布置图由于涉及尺寸问题,因此在之前例题的基础上,涉及到图案的填充、对象编辑、尺寸标注等综合演练,见图2d。

图2 a)工艺流程图示例；b)反应釜示例；c)双锥混合机示例；d)平面布置图示例。

这些例题的训练都需要第二章所教授的各个方面知识的综合应用。每个例题授课教师可以让学生分组合作讨论。在讨论的过程中,教师可以适时引导,启发学生兴趣,鼓励学生交流,在课堂完成练习的同时,可以鼓励学生课下绘制与制药相关或者无关的有趣的图形,提高学生对软件的熟练程度。

4 考核说明及综合评估

在明确了课程目的和教学内容以后,相应考核说明以及综合评估就需要与之紧密关联,有助于学生达成度的确定。由于此门课程是为了测试学生灵活运用软件的能力，与一般课程按章节占比考试不同,因此,我们采用平时考勤,小组讨论,课堂小测验以及期末试卷的形式作为平时成绩和期末成绩。平时成绩占40 %,期末试卷成绩占60 %，见表3。要注意的是,期末试卷的考试主要侧重于绘图题,在电脑上绘图作答，期末试卷的考试重点需要按照教学内容与毕业要求相关的分解指标点来进行分配，评分标准根据表2中的教学要求的评定。

表3 成绩评定表

5 课程持续改进

通过课程考核和教学评价,总结各个培养过程的情况,经验和教训,并对教学过程进行优化。这其中包括定期记录学生平时掌握知识,以及专业能力方面的提高；同时通过评估学生个人及分组完成的情况来实时跟进学生的情况。由于笔者同时指导实习和毕业设计,因此可以根据学生之后的应用表现,结合课程进一步作出调整。

表4 CAD及医化软件应用持续改进内容

6 结论

通过笔者的实际教学观察,CAD在医药设计工程制图方面的应用是继续优化并持续改进的课程。它虽然作为一门专业选修课,在众多专业课程中并不是占比最重的一门,学时也不长,却是一项重要的制药工程工艺设计工具,在流程图,PID图,局部配管图等等的应用中至关重要。

[参考文献]

[1]. 路小彬,张杰,徐平.Auto CAD和Aspen Plus软件在化工设计课程教学中的应用探讨[J].山东化工,2018,47(02):110-111.

[2]. 姬乔娜,周兵,马玉龙等.CAD技术在制药工程专业毕业设计中的应用[J].广州化工,2014,42(21):229-230.

[3]. 王玉飞,闫龙,李健等.Auto CAD教学中的改革与探索[J].化学工程与装备,2015,(11):248-249.

[4]. 卫海,冯岩,王美蓉.基于机械制图课程理论与实践教学相结合的探讨[J].山东工业技术,2017,(17):256.

[5]. 张焱焱.浅谈《工程制图》与《AutoCAD》融合教学的模式探讨[J].现代制造技术与装备,2015,(06):189-190.

[6]. 陈毅挺,黄露,李艳霞等.翻转课堂在仪器分析实验教学中的应用[J].大学化学,2016,31(12):26-30.

[7]. 张焱琴.《化工制图与CAD》课程改革研究--以石油化工专业人才培养为例[J].化工管理,2017,(11):156.

The Improvement of AutoCAD in the Teaching of Pharmaceutical Engineering Students---Using examples of pharmaceutical process design drawings

PAN Jie, YE Wenjing, ZHAO Yimei, JIANG Jun, WANG Kai*

College of Chemistry and Chemical Engineering, Hubei University, HuBei WuHan 430062

Abstract: AutoCAD is a commonly used engineering drawing software, which has an important application in pharmaceutical engineering professional courses. Since the author has observed various problems encountered by students majoring in pharmaceutical engineering using AutoCAD in pharmaceutical process design, therefore, this article focuses on the application of AutoCAD in the teaching of pharmaceutical engineering, including the modification of teaching models, the construction of teaching frameworks, assessment instructions and comprehensive assessment and continuous improvement of the curriculum. It aims to improve the teaching effect of the course "CAD and Medical Software Application" in pharmaceutical engineering students, so that students can truly apply the software knowledge they have learned to pharmaceutical engineering process design, thereby improving students' flexibility in the use of medical software ability.

Keywords: Auto-CAD; engineering drawing; pharmaceutical engineering; informatization teaching; software application