基于“環境—生態”特色的工程制圖課程教學改革

程慶霖 何巖 郭翠香

［摘 要］針對環境生態工程專業工程制圖課程教學現狀，教學團隊對環境生態工程制圖課程教學目標和特點進行了分析，基于“精選內容、重視基礎、突出特色、強化實踐、培養能力”的原則，從教學手段、方法、內容、環節以及評價體系5個方面進行了“環境-生態”特色工程制圖課程教學改革的探索，并根據學生對課程的綜合評價和學生的考核成績進行了教學效果的評定，同時在華東師范大學和上海師范大學進行了1輪教學嘗試，取得了良好的教學效果，為我國環境生態工程專業工程制圖課程體系的構建提供了參考。

［關鍵詞］“環境—生態”；工程制圖；微型設計；教學改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）15-0032-04

工程制圖是工科專業一門重要的基礎課，其教學質量的優劣不僅影響學生的識圖繪圖能力，而且影響學生創新能力和工程素質的培養[1-2]。環境生態工程作為一門新興專業，目前包括工程制圖在內的一些課程體系的建設仍處于摸索階段[3-5]。現有的工程制圖教學體系主要是基于機械類或建筑土木類而建立的，“環境—生態”工程特色不明顯，缺乏精準性和針對性。自2016年我國工程教育正式加入《華盛頓協議》以來，制圖應用能力的要求也在不斷提高[6-7]。另外，工程制圖課程教學課時少與教學內容多的矛盾也日益凸顯[1-2]。因此，如何實現工程制圖和環境生態工程的有機結合以及有效提升相應的制圖應用能力，是當前環境生態工程專業工程制圖課程體系有效構建急需解決的問題。

一、環境生態工程專業工程制圖課程的教學目標和特點

（一）環境生態工程專業工程制圖課程教學目標

環境生態工程專業工程制圖作為一門專業基礎課，其教學目標主要在于講授繪制和閱讀工程樣圖的理論和方法，培養學生的空間想象能力和閱讀、繪制工程樣圖的技能，為基于生態工程原理制定解決生態環境復雜問題的方案奠定基礎。

（二）環境生態工程專業制圖課程的教學特點

1.教學內容多，課時較少

環境生態工程專業工程制圖課程教學內容主要包括畫法幾何、專業制圖知識和CAD計算機繪圖三部分。目前，國內相關專業工程制圖課程基本為36～54學時，教學任務繁重而課時較少，特別是隨著工程制圖技術的不斷發展，包括CAD二次開發軟件（天正軟件、鴻業軟件、中望軟件等）以及BIM （Building Information Modeling） 等新知識、新技術在工程設計中的不斷運用，工程制圖課程教學課時少與教學內容多的矛盾日益突出。

2.理論與實踐緊密結合

工程制圖是一門理論與實踐緊密結合的課程，空間思維能力和識圖繪圖能力的培養離不開大量的實踐訓練。而且，目前的工程教育專業認證以學生在畢業5 年后所能夠達到的職業和專業成就水平作為評價指標。這就要求工程制圖課程必須將實踐教學與理論教學放在同等重要的地位上，進一步提升學生對構思、分析和表達工程問題的實踐能力。

3.“環境—生態”學科特點鮮明

環境生態工程專業是伴隨我國生態文明建設需求新增的新工科專業，國內高等院校于2013年開始開設，培養學生具備環境科學、生態學和工程學的基本理論、基本知識和專業素養。這就需要工程制圖課程突破原有主要基于機械類或建筑土木類建立的工程制圖課程體系，特別是在專業制圖部分融入“環境—生態”特色，更好地服務環境生態工程人才的培養。

二、基于“環境—生態”特色的工程制圖課程教學改革措施

針對環境生態工程專業工程制圖課程的教學目標與特點，本次課程教學改革立足“精選內容、重視基礎、突出特色、強化實踐、培養能力”的原則，借助現代化信息平臺，積極和 “互聯網+”教學相結合，探索具有“環境—生態”特色，科學、合理、可行的工程制圖課程教學方法。具體實施方案如下。

（一）采用多元化教學手段，優化教學模式，提高學生參與程度

針對日益突出的教學課時少與教學內容多的矛盾，教學團隊借助現代化信息平臺（泛雅課堂、大夏學堂），將微課的教學模式引入教學實踐，將圖幅、比例等專業制圖規范內容和CAD 繪圖命令、“環境—生態”工程設計案例等，提前做成微視頻或相關電子資料上傳至泛雅平臺，充分利用泛雅學堂的在線教學活動對教學內容進行有效的補充和拓展。

基于江蘇理工學院（以下簡稱我校）的泛雅課堂平臺，課前：教師提前1～2天發布授課內容，讓學生自主學習，同時借助QQ、微信以及大夏學堂交流區進行互動、交流；課中：教師根據學生自主學習環節反饋的重點和難點問題，開展有針對性的教學；課后：學生完成線上測試或線下作業，檢驗對知識點的掌握程度，教師批改作業并及時收集學生的反饋意見，為后續教學改進提供依據。通過這種“線上課堂+線下教學”的模式，可以很好地解決教學課時少和教學內容多的矛盾，同時也可以充分利用學生的“碎片化時間”，使學生實現自主學習。

（二）開展形象化空間思維能力訓練，有針對性地解決學習難點

工程制圖課程以投影和立體之間的表達為基礎，培養學生對空間形體的形象思維能力和解決空間幾何問題的能力。立體（三維）、平面（二維）的切換教學是非常重要的環節，也是畫法幾何這部分內容的學習難點，特別是對于空間思維能力基礎較差的學生，整個學習過程變得比較困難。因此，如何把繪圖與讀圖這一可逆過程用于空間邏輯思維和形象思維能力的培養尤為重要。

本課程首先利用投影箱，從點、線、面投影開始切入，分析點、線和面的投影規律和基本畫法（如圖1所示），熟悉它們之間的內在關系。所有幾何形體的求解都可以轉化為體—面—線—點，最終都是在求點，因此應引導學生在腦海中形成這一思路，這有助于空間思維快速地形成。

教師指導學生利用CAD軟件中的三維建模構建基本體和組合體，反復練習三維物體的二維表達以及二維圖形的三維重建這兩個環節。學生基于基本投影理論想象、比較和歸類，有助于快速地掌握空間思維方法，建立對基本體的理解。 例如，在基本體被平面截切的教學中，采用CAD繪制圓錐被水平面和正垂面截切產生的三維立體圖（如圖2所示），幫助學生理解截切過程中產生的截交線的空間形狀特征，并加深理解截交線的可見性。在組合體三視圖繪圖、讀圖練習過程中，可以通過CAD繪制形成組合體的各個單體，并按照定位關系通過疊加或截切把它們組合起來（如圖3所示），引導學生反復對照立體圖和二維投影圖之間的關系，深入理解繪圖和讀圖的方法，培養空間思維能力。

（三）調整教學內容的體系結構，突出“環境—生態”特色

精煉畫法幾何的內容，構建“環境—生態”工程案例為主線的教學體系。工程制圖中畫法幾何部分的主要內容包括點、線、面的幾何投影原理與空間關系。考慮到傳統的制圖教學以點、線、面、體、組合體為順序開展，看似遵循了由簡單到復雜的規律，但由于點、線、面都是十分抽象的空間圖形元素，學生理解起來并不容易。教師在教學中調整了順序，將線、面放在基本立體造型的后面，通過實體投影引入對特殊位置線與面投影的講解，形象直觀，讓學生更易于掌握課程知識。

此外，教師還嘗試將傳統畫法幾何的習題練習與CAD繪圖結合起來，讓學生通過CAD軟件完成點、線、面的作圖，訓練學生的計算機繪圖操作能力。同時，在有關視圖、剖視圖、斷面圖簡化表達方法等的講解中，教師引入了生態浮床、護岸、植草溝等知識點，以提高環境生態工程制圖的精準性。

（四）強化實踐教學環節，突出綜合制圖能力的培養

傳統的工程制圖教學往往側重于單一圖形的繪制，缺少綜合制圖應用能力的培養。本課程的教學改革進一步強化實踐教學環節，將原先單一的繪圖命令講解改為以實際工程案例為主線的教學。如引入人工濕地、生態浮床等實際的環境生態工程制圖案例，介紹環境生態工程制圖的不同階段和流程，以及對應的實際工程圖樣，充分利用科研工程項目，帶領學生參觀現場實際工程，將圖紙和實物相互對照，讓學生在實際工程中體驗圖紙所表達的內容，從實際工程中提升專業識圖能力和空間想象能力，并深切體會識圖和制圖的重要性。

另外，本課程教學還引入“‘護岸帶生態化改造微型設計”。教師向學生提供護岸型式、植物配置類型及基質選擇依據等設計素材，組織學生通過小組合作的方式開展微型設計，引導學生在制圖實踐中把理論與實踐有機地結合起來。這樣不僅提高了學生的理論和實操水平，而且培養了學生相互合作、解決實際問題等工程實踐能力。

（五）完善課程考核評價體系，強化實踐能力的考核

傳統的工程制圖考試模式一般是筆試加CAD上機操作，這種考核評價體系往往使得學生更側重于對理論知識的學習，難以客觀評價學生的工程制圖實踐能力。為了改變這種狀況，我校對考試制度進行了全面的改革，加強了過程管理，以促進學生深入、靈活地學習，引導學生勤于思考，強化實踐能力的培養。教學團隊將該課程學生的總成績設置為：（1）平時成績占40%。其中，學生出勤情況及課堂表現為5%；線上學習情況為15%（包括“線上互動”答疑討論模塊中的發帖數及在線學習時長、登錄次數等綜合考查）；作業為20%（線上與線下其他作業為15%、微型設計為5%）。（2）CAD上機考試為20%。（3）筆試成績為40% 。

三、具有“環境—生態”特色的工程制圖教學改革效果

通過環境生態工程專業工程制圖教學改革，我校的線上課堂+線下教學的多元化教學模式不僅改善了當前傳統教學模式下課時不足的現狀，而且提高了學生的學習興趣以及主體地位，學生和教師互動積極，教學效果也得到了有效的提升。

在2019—2022學年，筆者開始嘗試在三所不同學校的環境生態工程專業對工程制圖課程采用新的教學方法與教學安排。通過對實施后（2019—2020學年、2020—2021學年和2021—2022學年）和實施前（2018—2019學年）的學生評教結果進行對比，發現學生對課程教學改革的效果還是認可的，教師教學滿意度由4.675逐步提升至4.931，學生學習興趣由4.667逐步提升至4.921，課程滿意度也由4.650逐步提升至4.920（如表1所示）。另外，考核成績的對比也表明教學改革是有效的，考核總評成績由77.8逐步提升至88.1（如表2所示）。

四、結語

環境生態工程專業工程制圖課程是一門既包括理論和專業系統知識教學，又包含較強實踐能力培養的課程，對于本專業后期專業課程設計和畢業設計的重要性不言而喻。本文從創新教學模式、完善教學內容體系、突出專業特色等角度介紹了基于“環境—生態”特色的工程制圖課程教學改革的探索情況，旨在幫助學生提升解決復雜環境工程問題的能力，進而滿足環境工程專業教學的需求，同時為本專業課程的教學改革提供一些建議和思考。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 霍光青，史雪松，鄭嫦娥.“工程制圖”課程教學改革的探索：以北京林業大學為例[J].中國林業教育，2019，37（1）：59-62.

[2] 王艷華.高校工程制圖課程教學改革的思考：以環境科學與工程專業為例[J].教育現代化，2018，5（4）：89-91.

[3] 盛連喜，邊紅楓，何春光，等.我國環境生態工程專業形成過程及專業建設的思考[J].中國大學教學，2018（6）：15-18.

[4] 潘晶，張陽，張蕾，等.環境生態工程專業課程體系建設[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2017，35（4）：456-460.

[5] 王莉淋，羅玲，張延宗.環境生態工程專業人才培養的問題與發展方向[J].西部素質教育，2017，3（14）：156.

[6] 馬萬征，肖新，李忠芳，等.基于專業認證的《工程制圖與AutoCAD》教學改革的研究[J].教育教學論壇，2018（49）：135-136.

[7] 周宗團，曹敏.以工程教育認證為導向的工程制圖CAD課程教學改革探索[J].西部素質教育，2018，4（15）：166-167.

［責任編輯：鐘 嵐］