成果導向教育模式下環境工程CAD課程改革與實踐

白少元 解慶林 游少鴻 黃亮亮 靳振江

摘 要：通過對近5年來環境工程專業畢業設計圖紙及課程設計圖紙的問題查閱發現，工程思維缺乏、圖形繪制規范化欠缺是學生繪制圖紙中最為普遍的兩個問題。在此情況下，利用成果導向性理念對課程的教學內容及考核方式進行調整，以調動學生學習繪圖的熱情，課程改革后學生繪圖水平得到顯著提高。

關鍵詞：成果導向教育；環境工程CAD；畢業設計圖紙；工程思維；制圖規范化

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）02-0061-03

Abstract： After analyzing the graduation design drawings and course design drawings of the students in environmental engineering of the recent 5 years， the lack of engineering thinking and the lack of plot standardization were the major two common problems in environmental engineering drawings. In this case， the course contents and evaluation methods were reformed to arouse the student enthusiasm of drawing according to outcome based education mode. It was found that the students' drawing capabilities were significantly increased after the course reformed.

Keywords： outcome-oriented education； environmental engineering CAD； graduation design drawings； engineering thinking； plot standardization

AutoCAD計算機繪圖系統是目前國際上應用最為廣泛的繪圖工具，環境工程CAD作為環境工程專業的必修課程，具有很強的實踐性質，環境工程制圖設計涉及到的圖件種類和類型較多，并且貫穿于設計繪圖、制造、施工、安裝、操作和管理過程中，是專業知識和能力的重要和必要的體現手段[1，2]。在校學生對CAD繪圖能力的掌握程度會直接體現在其課程設計及畢業設計質量上，也將進一步影響到學生未來在環境工程領域的專業發展。在此情況下，我們引入成果導向教育理念（Outcome based education，簡稱OBE，也通常被稱能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育）對環境工程CAD課程進行改革與實踐。

一、課程改革思路

在環境工程CAD課程改革與實踐過程中，首先鎖定OBE的四個核心問題[3，4]：（1）想讓學生取得的環境工程CAD學習成果是什么？（2）為什么要讓學生取得這樣的學習成果？（3）如何有效地幫助學生取得這些學習成果？（4）如何知道學生是否已經取得了這些學習成果？其次，是對四個問題的解決途徑進行構思。然后，根據設計的改革途徑對四個問題進行逐個實踐。最后，檢驗改革成果。具體來說：

1. 想讓學生取得的環境工程CAD學習成果是什么？為什么要讓學生取得這樣的學習成果？為回答這兩個問題，我們基于對用人單位的調查、校友意見反饋及近五年來學生在畢業圖紙中凸顯的問題的綜合匯總，對環境工程CAD課程教育成果進行了梳理，并以此為導向，制定了環境工程CAD的課程目標。

2. 如何有效地幫助學生取得這些學習成果？我們通過遴選授課內容、有針對性的優化課程內容、改革考核方式等途徑，幫助學生取得預期的學習成果。

3. 如何知道學生是否已經取得了這些學習成果？對于這個問題，主要通過課程考核及隨后學生在相關專業課程（如水污染控制、大氣污染控制、固體廢物處理處置等）的課程設計、畢業設計圖紙的質量反饋，對教學效果進行跟蹤評估，以確定學生是否取得預期效果。

二、課程設計及畢業圖紙中凸顯的問題

通過開展環境工程專業課程設計及畢業生近五年來畢業設計中的圖紙質量復查工作，對繪圖中出現的問題進行綜合分析發現，圖紙中的問題主要集中在學生缺乏工程思維和繪圖不規范兩個方面。

（一）缺乏工程思維

水污染控制類課程一直是環境工程專業的重點課程，相關內容的畢業設計數量比例最大；其次是固體廢棄物的處理處置及大氣污染控制類相關課題。以水污染控制類畢業設計中污水處理廠/站設計為例，圖紙中的問題主要集中在以下三個方面：

1. 學生雖然能夠根據設計規范或設計手冊準確計算出工藝中各構筑物的尺寸，并利用CAD將各單元構筑物繪制成平面布置圖，并且各構筑物長、寬等尺寸準確，但是構筑物之間的距離卻隨手為之，或寬或窄，沒有考慮構筑物間道路的實際寬度。另外，多數設計未繪制廠區圍墻，造成各構筑空間定位及廠區總體占地面積估算的不準確；或者即便設置圍墻，但對于廠區大門及側門的開設位置沒有考慮實用性（通常廠區正門應開設在里辦公區域較近的位置，而側門開在與污泥較近的位置，從而便利于廠區的生產生活），并且沒有考慮風向及與市政道路的銜接。

2. 雖然污水處理各單元構筑物均通過計算得到，但廠區中附屬構筑物如綜合樓、化驗室、鼓風機房等的設計則很隨意，其尺寸大數與《城鎮污水處理廠附屬建筑和附屬設備設計標準 CJJ31-89》《城市污水處理工程項目建設標準》等規范中相關數據相差甚遠。通過調查發現，學生并未查閱相關標準，而是根據整體布局隨意勾畫。

3. 在廠區管線的鋪設上，僅考慮構筑物之間的污水管道、污泥管道及曝氣管道的連接與設置，并未考慮廠坪標高、鋪設埋深等，而且管道位置僅為示意圖，并非經計算得來。此外，多數同學對于污水處理廠的雨水管道、廠區生產生活用水及產生的污水未進行設計。

另外，設計圖紙還體現出學生功能分區意識不清，生活、工作、生產區混淆，也不注意建筑物的南北朝向及不顧風玫瑰圖的指示，將綜合樓設置在下風向位置。

（二）繪圖不規范

對照《建筑給水排水制圖標準》（GB/T50106-2010）對往年畢業設計圖紙進行查閱還發現，多數同學的畢業圖紙中存在或多或少不規范的地方，主要體現在以下幾個方面：

1. 缺少圖紙說明及目錄

在工程設計圖紙中，一套圖紙中的第一幅通常為圖紙說明及目錄，主要注明工程規模、占地、工藝、各構筑物指標、投資、圖紙順序等內容，但往年畢業設計圖紙中則缺乏該部分內容。

2. 繪圖比例不規范

《建筑給水排水制圖標準》GB/T50106-2010中規定了水處理廠平面圖、水處理構筑物平面和剖面圖等的常用比例。但學生為將構筑物充滿圖紙，使布局看起來協調，常采用1：120、1：280、1：1400、1：5300等非標準比例，更嚴重的是標示比例為假想比例。一般情況下，若從圖紙美觀的角度考慮，學生可以通過改變材料表或說明的位置等進行調整，而非采用更改設計圖為非標準比例的方式。

3. 文字樣式及線型不規范

建筑設計圖紙中的字體多選用長仿宋體（仿宋GB2312），在字體高度上，也是按照文字標示的級別，依次設置文字高度：如1.8、2.5、3.5、5.0、7.0mm等。但檢查發現，部分設計圖紙并未按要求選用CAD的長仿宋體（仿宋GB2312）；或者即便設置為仿宋體，但并未設置字體的長寬比例，造成字體樣式的不規范；在文字高度上，未按照文字級別有層次的選取文字高度等。

在線型選擇上，一般推薦采用漢語拼音字母來區分管道類別，在線寬的選擇上，按規范中要求的0.25b、0.5b、0.75b、b（b為0.7或1.0mm）來設置不同級別的線寬。但檢查發現，有學生僅采用簡單的實線、虛線、點劃線等來表示污水管道、污泥管道、曝氣管道等，在線型較多的平面圖中，便出現了線體混雜，難以識別的問題；此外，在線寬的選擇上，也未按照繪圖規范來選擇線寬。

4. 標示不清楚

一般圖紙中的標注應包括建筑物及圍墻的角點坐標、管道位置坐標、圓形構筑物的圓心坐標、構筑物及建筑物的長寬尺寸、構筑物間尺寸距離、地坪標高等內容；對于管道來說，除線型使用應規范外，還應標明管徑、走向、埋深、管道交叉位置、上下兩管道的管底和管頂標高等信息；而對于雨水管道，還應標明檢查井位置等。但檢查中發現，以上所述標注多數不完全。

5. 圖紙說明不完整

每張設計圖紙應設置材料表，列清名稱、規格、單位、數量、材料、備注等信息；說明文字中應注明繪圖單位、設計規模、占地、綠化率、圖紙比例等內容，而檢查的圖紙中多標注不完全。

三、課程改革

根據課程設計及畢業圖紙中凸顯的問題，結合社會需求，主要從授課內容、考核方式兩方面入手，引導學生標準化、規范化制圖。授課過程以教師示范、講授、引導為主，調動學生學習繪圖的積極性，提升學生自主學習的能力水平，以有效地幫助學生取得預期的學習成果。

（一）調整授課內容

在以往環境工程CAD授課過程中，主要以教材及輔助教材為主，采用的教材主要包括《環境工程CAD應用技術》（第二版，潘理黎，化學工業出版社，2012）、《中文版AutoCAD工程制圖》（2010版，崔曉利主編，清華大學出版社，2010）、《環境工程制圖與CAD》（2014版，張晶，化學工業出版社），按照書中案例，重點在于講解各圖形構建的繪制方法和繪圖技巧上。因此，課程內容改革的重點在于：在學生熟練掌握繪圖方法和繪圖技巧的前提下，培養學生制圖的規范化和基于工程思維的制圖能力。

在此思路的指導下，改革后的課程內容：以環境工程類專業圖集的繪制為主，教材為輔，實現教學內容案例化。教師首先利用8個學時講授AutoCAD軟件基本二維圖形的繪制方法，結合對簡單圖形的練習，使學生掌握以下內容：（1）新建、保存新圖形；（2）繪圖坐標系設置；（3）基本設置，如顯示控制、畫線（直線、復線、多義線等）設置、坐標輸入、畫圓和圓弧等；（4）掌握輔助繪圖工具的使用，包括：縮放、平移、縮放與實時平移的快速轉換、對象捕捉、對象追蹤、柵格捕捉、正交、查詢圖形信息、繪圖單位的設置、繪圖界限設置；（5）熟練掌握繪制及編輯圖形方法，如對象的選擇方式、刪除和恢復、移動和旋轉、復制和鏡像、對齊、比例縮放、延伸和拉伸、偏移和陣列、倒圓角和直角等。另外，在繪圖過程中，鼓勵學生利用不同繪圖命令進行同一圖形的繪制方法：如繪制中國結，可以采用繪制弧線的方法、繪制圓形剪切的方法或直接采用多段線進行繪制，以此鍛煉學生自主思考和探索的能力。

學生掌握基本繪圖和編輯工具的使用后，將學生引入環境工程專業圖集的繪制階段。首先向學生展示水污染控制、固體廢物處理處置、大氣污染控制圖集，介紹每幅圖的特點，需要注意的實際問題，并提醒學生利用工程思維思考圖紙繪制中的細節問題；而后再選擇代表性圖件，由學生進行臨摹繪制。繪制專業圖之初，首先向學生系統講授繪制專業圖集的步驟，包括設置繪圖環境、建立圖層、設置字體樣式、標準樣式、表格樣式、圖紙布局、比例及打印出圖等；繪圖過程中，適時穿插講授塊的定義和特點、處理塊的相關命令、塊的屬性定義和編輯、外部參照的引用和管理、圖案填充方法、填充編輯技巧、用對象特性管理器編輯圖案填充等內容。

（二）繪圖規范化的培養

專業圖紙繪制過程中，首先培養學生良好的繪圖習慣，如同類圖件繪制在同一圖層中，而后根據學生的繪圖進度，適時講解《建筑給水排水制圖標準》（GB/T50106-2010），并及時糾正學生圖紙中的文字、線型、標準、比例等的不規范問題，以培養和強化學生繪圖的規范化。

四、考核方式及學生自主思考能力的培養

OBE教育理念強調在教師的啟發與指導下，通過成果導向教學模式為學生搭建起通往成果的發展平臺，讓學生產生強烈的求知欲望，從而激發學生自主學習的積極性[5]。因此，環境工程CAD成果導向教學模式改革考核方式，改變以往成績評定以試卷或上機繪制簡單圖形為主的考核方式，而是以過程評估加以替代。具體來說，在授課過程中，根據課時數量為學生安排幾次專業圖紙臨摹繪制的作業，設置每幅圖的評分標準，并以這幾次作業成績為依據進行總成績評定。

每次作業以打印出圖形式上交，讓學生深刻了解到顯示在電腦屏幕上的圖形與打印在圖紙上的圖形的差異，從而掌握由圖形繪制到最后出圖的整個過程。圖紙上交后，任課教師根據《建筑給水排水制圖標準》（GB/T50106-2010）規范，寫明圖紙中的優缺點，并逐一對學生圖紙作業中的問題進行標示，根據制定的評分標準進行打分。每次作業結束后，向全班同學展示優秀的繪圖作業，并總結每次作業的典型問題。

五、教學改革效果

課程內容及考核方式的調整，充分激發了學生學習繪圖的興趣，尤其是每次作業發下去后，都引起學生熱烈的討論。學生除了上課時間外，在課下也能主動練習圖紙的繪制。甚至出現了學生自發組織的由本學院不同專業和年級學生參加的繪圖比賽，繪圖積極性空前高漲。總之，課程改革后，學生的課程設計和畢業設計圖紙質量顯著提高。

六、結束語

環境工程CAD課程致力于培養學生利用計算機進行輔助設計的理論與動手能力，學生通過課程的學習，能夠使用CAD軟件進行環境工程專業圖紙的設計、繪制及成套出圖工作。通過對近5年來環境工程專業畢業設計圖紙及課程設計圖紙的查閱發現，學生繪制圖紙中普遍存在工程思維缺乏、圖形繪制規范化欠缺等問題。在此情況下，利用成果導向性理念對教學內容及考核方式進行調整，充分調動了學生學習制圖的熱情，使學生制圖水平得到顯著提高。

參考文獻

[1]周繼軍，陳納.環境工程CAD課程的教學實踐探索[J].河南工程學院學報：自然科學版，2010（01）：69-72.

[2]湯茜，任百祥，楊春維，等.環境工程專業CAD課程教學改革的研究與實踐[J].廊坊師范學院學報：自然科學版，2013（01）：111-113.

[3]李志義，朱泓，劉志軍，等.用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究，2014（02）：29-34.

[4]李志義.解析工程教育專業認證的成果導向理念[J].中國高等教育，2014（17）：7-10.

[5]王志偉，孫路.應用型本科院校教師教學能力提高途徑探析[J].黑龍江高教研究，2013，35（05）：106-108.