基于《環境工程制圖與CAD》課程系列教材的混合式教學實踐

張晶 潘立衛 滿悅芝 宋健偉 鐘和香 陳淑花

摘? 要：《環境工程制圖與CAD》是各高校環境工程專業的重要專業課程，在學生繼續學習深造和工作中都有著廣泛的應用。文章分析了該課程教學過程中存在的問題，在大連大學教學團隊和化學工業出版社聯合出版的《環境工程制圖與CAD》《環境工程設計圖集》《環境工程設計案例圖集》等系列教材基礎上，對該課程進行了混合式教學改革與實踐，并錄制了該課程的在線教育資源。不僅能夠真正提升學生對該課程的學習能力，還將在各高校《環境工程制圖與CAD》課程混合式教學改革中起到推進作用。

關鍵詞：《環境工程制圖與CAD》;混合式教學;系列教材

中圖分類號：G642? ?? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）14-0096-04

Abstract： "Drawing of Environmental Engineering and CAD" is one of the most important professional courses for the environmental engineering in colleges and universities. It is widely used either in one's advanced studies for a higher degree or work. This paper analyzes the problems in the course of teaching. Furthermore， based on the textbook series such as "Drawing of Environmental Engineering and CAD"， "Environmental Engineering Design Atlas" and "Environmental Engineering Design Case Atlas" which were published jointly by the teaching team of Dalian University and the Chemical Industry Press， the course is reformed and practiced by using a blended teaching style. Finally， the online educational resources of the course are recorded. It can really improve students' ability to learn the course as well as play an important role in the blended teaching reform of "Drawing of Environmental Engineering and CAD" courses in colleges and universities.

Keywords： "Drawing of Environmental Engineering and CAD"; blended teaching; textbook series

《環境工程制圖與CAD》主要是通過圖形來進行教學的課程，一般課程的內容具有抽象化特點，需要學生具有一定的空間想象能力[1]，傳統的教學模式是采用“理論先行+實踐練習”的形式來輔助學生學習和理解問題。學生處于被動學習狀態，教學效果并不顯著。因此，對該課程進行教學改革和實踐顯得至關重要。為增強學生的學習興趣，讓每一位學生熟練掌握環境工程中CAD識圖和繪圖能力，是亟待解決的問題。同時響應國家“一流課程雙萬計劃”打造“金課”淘汰“水課”的理念，進行了《環境工程制圖與CAD》課程系列教材的編寫，并形成全新的在線設計課程，豐富和提高本科生課堂的前沿性、實踐性。

一、《環境工程制圖與CAD》課程教學現狀及存在問題

《環境工程制圖與CAD》課程為本科教學環境工程專業的必修課，其與工程實際應用密不可分。該課程不僅需要學生學會CAD軟件的邏輯命令及圖形繪制，還需要學會環境工程專業知識，培養出獨立操作的能力及解決問題的能力。但在實際的課程教學中暴露出諸多問題，主要體現在以下四個方面。

（一）被動學習效率低

傳統的教學手段是在多媒體機房或者教室內，老師利用投屏的方式進行示范性操作，學生利用課本進行簡單學習或跟隨老師操作步驟進行重復。由于課堂時間有限，老師教學示范通常比較簡單，更多偏重于CAD軟件的基本操作，與環境工程專業實際脫節。尤其是對于本專業的圖紙，如水處理構筑物等講解偏少，這種教學方法遠不能達到教學目標及學生日后個人職業發展的要求。學生的讀圖能力及空間感沒有得到鍛煉，不能明確認識到工程制圖中的準確表達概念。課后，學生只能憑借回憶重復課堂上的操作，不僅需要大量時間進行重復，還會降低學習效率。造成了師生雙方都處于一個尷尬的局面，二者費心費力卻收獲很少，使得教學的效果不盡人意。

（二）學習資源缺乏

通常學生獲取環境工程與CAD方面的知識渠道為圖書館書籍或者教材，對于這種專業性強的交叉學科，其參考書籍有限，并且較為單一，無法滿足學生的學習目標要求。教學書籍也偏于兩極化發展，高校的教材往往偏于理論，具體操作實例少;而企業的工具用書往往又偏于工具化，易造成學生理解斷層。在教學實踐中，大部分高校只是簡單地選擇一本教材，使得教學過程過于“書生氣”，而缺乏“地氣”。造成了知識儲備與工程實際脫軌，偏離了教學的最終目的，即所學非所用。

（三）課堂上學生能動性差

在課堂教學過程中通常為老師一言堂，學生多數沒有積極主動參與教學過程的機會，更多的創新思維沒有得以表現，甚至沒有學會的知識點也不會主動提問。由此造成了師生之間互動缺乏，課上聽不懂，課下學不會的情況頻繁發生，學生無法對課上的知識和技巧進行良好的復習。長久如此，會降低學生的學習興趣，使其失去對該課程的學習信心。

（四）教學軟件單一

現在的高校CAD課程教學主要以平面輔助繪圖為主，對于需要立體表現的三維模型則不能很好表達，對于復雜的構筑物僅采用平面繪制，不能將平面圖形和實際構筑物的三維屬性對應，讀圖和識圖能力下降。由此可見，僅利用單一的教學軟件無法滿足學生的全方面發展。在工程實踐和理論教學中存在著代溝，需要對傳統的教學模式進行轉變。

二、《環境工程制圖與CAD》課程教學改革與實踐

為解決以上教學中存在的問題，可以分別采取以下措施。

（一）采取線上線下混合式教學方式

為響應國家“互聯網+”的號召，提升學生的自主學習能力和學習積極性，照顧到每一位學生的個體差異性，方便老師與學生進一步的互動。采用新形式的線上與線下混合教學模式[2]，通過利用我校自行組建的

BOOC團隊錄制的網課視頻資源，根據具體教學情況，提前設計好各個教學環節。利用線上和線下資源的無縫對接，翻轉課堂，使得學生成為課堂的主人[3]。真正地實現了以學生為發展中心，重新明確了教學目標，注重學生的全方面培養，激發學生的學習動力和潛力。線上進行基礎知識的預習和鞏固，線下進行能力的提高和考核，能夠更好地掌握學生的學習動態。關于線上線下混合式教學實際情況見圖1。

（二）采用《環境工程制圖與CAD》系列教材

鑒于環境工程制圖的實際工程案例和實際操作要更優于課程的理論講解，所以與傳統采用單一教材進行授課有所不同，采取教材與實際工程案例圖集雙通道教學，做到理論與實際并重。我校2014年《環境工程制圖與CAD》課程團隊出版了普通高校“十二五”規劃教材《環境工程制圖與CAD》，并隨后于2017年出版了《環境工程設計圖集》《環境工程設計案例圖集》，可以將CAD教學與專業課程緊密結合，增加課程體系的連貫性，可以快速提高學生的專業繪制能力，培養學生運用CAD進行水污染控制、大氣污染控制、固體廢物控制工藝流程和處理構筑物繪制。通過這種理論與實際組合式的教材模式，可以將CAD操作技能與專業技術進行有機地結合，更好地突出專業知識的實際應用，從而使教學環節的實施具有實際意義。《環境工程制圖與CAD》課程系列教材見圖2。

（三）加強教學管理

在線下教學過程中，學生在老師的積極引導下，通過師生之間的協作實踐、交流分享。在課堂上或課堂下，教師和學生將自己的實踐經驗及學習成果通過線上媒介與大家進行共享，讓大家充分加入到學習過程中，在分享的過程中認識到自身的不足，以逐漸提高自身的繪圖水平。利用答辯的形式代替以往僅憑作業完成情況評定學習成績的方式，一方面可以避免學生通過作弊達到完成作業的目的，另一方面也可以檢驗出學生真正的學習水平，對每個學生進行量身定制的教學評價。在進行答辯過程中，先對學生的成果進行肯定，通過對大多數學生存在的共性問題進行統一講解，將所學的知識進行梳理，加強鞏固，使每個同學都得到鍛煉的機會。課程答辯實際情況見圖3。

（四）拓展專業的繪圖軟件

建筑信息模型（BIM）通過對建筑項目進行三維建模，利用數字技術，為該模型提供完整的信息數據。其“可視化”的特性將有助于學生對三維圖形的理解，以此克服二維圖形帶來的局限性，增強學生的讀圖和識圖能力。由于現階段CAD已經融入到工程繪圖的血液中，BIM作為一種新興軟件需要一定的時間才能被大家所接受。在短時間內，仍然以CAD作為主要的生產力工具。在進行教學的角度來講，CAD的教學已經形成規模化和程序化，BIM仍處于萌芽狀態。二者是并存與發展的關系，并不存在競爭，通過結合二者所獨有的特點，利用線上資源將其整合，發揮二者最大優勢。例如，在前期教學中，先利用CAD鍛煉學生的基本構圖和繪圖能力，達到快速上手的目的。后期教學中，利用BIM“可視化”的特點幫助學生對三維構圖的理解，反過來有益于提高學生的讀圖和識圖能力，將二者有機的結合將會推動本課程的改革。

三、課程改革具體案例實施

下面通過將“水處理構筑物的繪制”作為講解實例講解教學改革的具體實施過程。其主要分為五大部分，見圖4。

（一）課前預習

要想保證上課時的高效學習效果，充分的課前預習是關鍵。通常學生使用書本預習，不能達到有效預習的目的。通過使用我校自主錄制的MOOC視頻線上資源，將完整的授課計劃及教學視頻呈現在學生的移動端。學生可以利用移動設備進行隨時隨地的課前預習，通過教學視頻的直觀講解能夠使學生更好地理解所學的內容，可以更加帶有針對性地去聽線下課程。

（二）線上任務創建

在線下課程開始之前，通過化工易課堂和MOOC等平臺向學生分配繪制任務[4]，根據老師的要求，完成水處理構筑物平面圖的繪制。通過對實際工程案例的模擬，讓學生充分感受到工程設計的氛圍，提升學生的綜合水平。

（三）識讀平面圖

通過識讀平面圖可以讓學生從大體上把握構筑物的基本組成，更有利于學生對構筑物層次的理解。在識讀平面圖后利用BIM對平面圖進行三維繪制，通過BIM三維模型的直觀演示，可以讓學生更好地將構筑物平面圖與實際構筑物進行對應，對平面圖的認識更加深刻。

（四）抄繪平面圖

進行平面圖的繪制是從認識到實踐的過程，在這個過程中，會涉及很多復雜的指令和操作，可能出現部分學生不會繪制的情況。此時，可以利用繪制好的網絡視頻資源對學生進行輔助，視頻中包含操作指令及每一步詳細的操作指導，幫助學生解決在繪制過程中遇到的難題。另外，通過雨課堂等線上平臺可以對學生的繪制情況進行實時監控，通過學生反饋可以對其進行單獨的輔導，讓學生更加熟練地運用指令操作。利用線上資源，真正地讓學生成為課堂的主人。

（五）圖紙審核

在構筑物平面圖繪制完畢后，使用答辯的形式代替以往評分的形式。學生先通過學習互助小組進行討論交流，同時對自己的平面圖進行講述，以此來判斷學生的學習狀況。對于在繪制過程中存在的共性問題，由老師進行集中解決，保證教學的質量。

四、改革和實施成效評價

通過課程的改革和實施，有效地提高了學生的學習效果。在期末測評中，成績為A的學生占比85%、成績為B的學生占比15%。成效不僅表現在學習成績的提升，更多體現在學生對環境工程構筑物的全面認識及強大的繪制能力，掌握了構筑物的運行、構成、管道布局等。讓學生的創新型和發散性思維得到了展示，其能力得到了多方面的提升。在師生的相互協助下，達到良好的教學目標要求[5]。

五、結束語

由成效評價中可以看出，通過使用線上線下混合式教學方式及新編教材和圖集的使用能夠激發學生的學習興趣，能夠有針對性地解決教學過程中遇到的問題，方便老師對學生的學習狀況進行實時掌控。學生的學習方式也不再是簡單的填鴨式教學，同時調動其積極性，圖集的加入讓學生對環境工程專業有了更加深刻地認識，讓學生成為課堂的主人。該教學模式不僅使學生的專業繪圖能力得到全方面發展，更是對新型教學模式的進一步探索。

參考文獻：

[1]教育部高等學校教學指導委員會.普通高等學校本科專業類教學質量國家標準[M].北京：高等教育出版社，2018：330-335.

[2]韓智凡.線上線下混合教學在建筑CAD課程中的應用[J].湖北農機化，2019（7）：37.

[3]劉寧.機械制圖課程中翻轉課堂教學模式的應用[J].高等教育，2015（7）：114.

[4]張曉婷.基于藍墨云班課的混合式教學課堂管理探究[J].晉城職業技術學院學報，2019，12（1）：51-54.

[5]栗嘉琨，薛飛.應用型本科高校建筑CAD課程教學改革探討[J].四川水泥，2019（6）：134.