基于《環(huán)境工程制圖與CAD》課程系列教材的混合式教學(xué)實踐

張晶 潘立衛(wèi) 滿悅芝 宋健偉 鐘和香 陳淑花

摘? 要：《環(huán)境工程制圖與CAD》是各高校環(huán)境工程專業(yè)的重要專業(yè)課程，在學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)深造和工作中都有著廣泛的應(yīng)用。文章分析了該課程教學(xué)過程中存在的問題，在大連大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊和化學(xué)工業(yè)出版社聯(lián)合出版的《環(huán)境工程制圖與CAD》《環(huán)境工程設(shè)計圖集》《環(huán)境工程設(shè)計案例圖集》等系列教材基礎(chǔ)上，對該課程進(jìn)行了混合式教學(xué)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(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)能力，還將在各高校《環(huán)境工程制圖與CAD》課程混合式教學(xué)改革中起到推進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：《環(huán)境工程制圖與CAD》;混合式教學(xué);系列教材

中圖分類號：G642? ?? 文獻(xiàn)標(biāo)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(huán)境工程制圖與CAD》主要是通過圖形來進(jìn)行教學(xué)的課程，一般課程的內(nèi)容具有抽象化特點，需要學(xué)生具有一定的空間想象能力[1]，傳統(tǒng)的教學(xué)模式是采用“理論先行+實踐練習(xí)”的形式來輔助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解問題。學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，教學(xué)效果并不顯著。因此，對該課程進(jìn)行教學(xué)改革和實踐顯得至關(guān)重要。為增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓每一位學(xué)生熟練掌握環(huán)境工程中CAD識圖和繪圖能力，是亟待解決的問題。同時響應(yīng)國家“一流課程雙萬計劃”打造“金課”淘汰“水課”的理念，進(jìn)行了《環(huán)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(shè)計課程，豐富和提高本科生課堂的前沿性、實踐性。

一、《環(huán)境工程制圖與CAD》課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

《環(huán)境工程制圖與CAD》課程為本科教學(xué)環(huán)境工程專業(yè)的必修課，其與工程實際應(yīng)用密不可分。該課程不僅需要學(xué)生學(xué)會CAD軟件的邏輯命令及圖形繪制，還需要學(xué)會環(huán)境工程專業(yè)知識，培養(yǎng)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(xué)中暴露出諸多問題，主要體現(xiàn)在以下四個方面。

（一）被動學(xué)習(xí)效率低

傳統(tǒng)的教學(xué)手段是在多媒體機(jī)房或者教室內(nèi)，老師利用投屏的方式進(jìn)行示范性操作，學(xué)生利用課本進(jìn)行簡單學(xué)習(xí)或跟隨老師操作步驟進(jìn)行重復(fù)。由于課堂時間有限，老師教學(xué)示范通常比較簡單，更多偏重于CAD軟件的基本操作，與環(huán)境工程專業(yè)實際脫節(jié)。尤其是對于本專業(yè)的圖紙，如水處理構(gòu)筑物等講解偏少，這種教學(xué)方法遠(yuǎn)不能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)及學(xué)生日后個人職業(yè)發(fā)展的要求。學(xué)生的讀圖能力及空間感沒有得到鍛煉，不能明確認(rèn)識到工程制圖中的準(zhǔn)確表達(dá)概念。課后，學(xué)生只能憑借回憶重復(fù)課堂上的操作，不僅需要大量時間進(jìn)行重復(fù)，還會降低學(xué)習(xí)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(xué)的效果不盡人意。

（二）學(xué)習(xí)資源缺乏

通常學(xué)生獲取環(huán)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(yè)性強(qiáng)的交叉學(xué)科，其參考書籍有限，并且較為單一，無法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)要求。教學(xué)書籍也偏于兩極化發(fā)展，高校的教材往往偏于理論，具體操作實例少;而企業(yè)的工具用書往往又偏于工具化，易造成學(xué)生理解斷層。在教學(xué)實踐中，大部分高校只是簡單地選擇一本教材，使得教學(xué)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(xué)的最終目的，即所學(xué)非所用。

（三）課堂上學(xué)生能動性差

在課堂教學(xué)過程中通常為老師一言堂，學(xué)生多數(shù)沒有積極主動參與教學(xué)過程的機(jī)會，更多的創(chuàng)新思維沒有得以表現(xiàn)，甚至沒有學(xué)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(xué)不會的情況頻繁發(fā)生，學(xué)生無法對課上的知識和技巧進(jìn)行良好的復(fù)習(xí)。長久如此，會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其失去對該課程的學(xué)習(xí)信心。

（四）教學(xué)軟件單一

現(xiàn)在的高校CAD課程教學(xué)主要以平面輔助繪圖為主，對于需要立體表現(xiàn)的三維模型則不能很好表達(dá)，對于復(fù)雜的構(gòu)筑物僅采用平面繪制，不能將平面圖形和實際構(gòu)筑物的三維屬性對應(yīng)，讀圖和識圖能力下降。由此可見，僅利用單一的教學(xué)軟件無法滿足學(xué)生的全方面發(fā)展。在工程實踐和理論教學(xué)中存在著代溝，需要對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

二、《環(huán)境工程制圖與CAD》課程教學(xué)改革與實踐

為解決以上教學(xué)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(xué)方式

為響應(yīng)國家“互聯(lián)網(wǎng)+”的號召，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)積極性，照顧到每一位學(xué)生的個體差異性，方便老師與學(xué)生進(jìn)一步的互動。采用新形式的線上與線下混合教學(xué)模式[2]，通過利用我校自行組建的

BOOC團(tuán)隊錄制的網(wǎng)課視頻資源，根據(jù)具體教學(xué)情況，提前設(shè)計好各個教學(xué)環(huán)節(jié)。利用線上和線下資源的無縫對接，翻轉(zhuǎn)課堂，使得學(xué)生成為課堂的主人[3]。真正地實現(xiàn)了以學(xué)生為發(fā)展中心，重新明確了教學(xué)目標(biāo)，注重學(xué)生的全方面培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和潛力。線上進(jìn)行基礎(chǔ)知識的預(yù)習(xí)和鞏固，線下進(jìn)行能力的提高和考核，能夠更好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)。關(guān)于線上線下混合式教學(xué)實際情況見圖1。

（二）采用《環(huán)境工程制圖與CAD》系列教材

鑒于環(huán)境工程制圖的實際工程案例和實際操作要更優(yōu)于課程的理論講解，所以與傳統(tǒng)采用單一教材進(jìn)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(xué)，做到理論與實際并重。我校2014年《環(huán)境工程制圖與CAD》課程團(tuán)隊出版了普通高校“十二五”規(guī)劃教材《環(huán)境工程制圖與CAD》，并隨后于2017年出版了《環(huán)境工程設(shè)計圖集》《環(huán)境工程設(shè)計案例圖集》，可以將CAD教學(xué)與專業(yè)課程緊密結(jié)合，增加課程體系的連貫性，可以快速提高學(xué)生的專業(yè)繪制能力，培養(yǎng)學(xué)生運用CAD進(jìn)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(gòu)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(yè)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，更好地突出專業(yè)知識的實際應(yīng)用，從而使教學(xué)環(huán)節(jié)的實施具有實際意義。《環(huán)境工程制圖與CAD》課程系列教材見圖2。

（三）加強(qiáng)教學(xué)管理

在線下教學(xué)過程中，學(xué)生在老師的積極引導(dǎo)下，通過師生之間的協(xié)作實踐、交流分享。在課堂上或課堂下，教師和學(xué)生將自己的實踐經(jīng)驗及學(xué)習(xí)成果通過線上媒介與大家進(jìn)行共享，讓大家充分加入到學(xué)習(xí)過程中，在分享的過程中認(rèn)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(yè)完成情況評定學(xué)習(xí)成績的方式，一方面可以避免學(xué)生通過作弊達(dá)到完成作業(yè)的目的，另一方面也可以檢驗出學(xué)生真正的學(xué)習(xí)水平，對每個學(xué)生進(jìn)行量身定制的教學(xué)評價。在進(jìn)行答辯過程中，先對學(xué)生的成果進(jìn)行肯定，通過對大多數(shù)學(xué)生存在的共性問題進(jìn)行統(tǒng)一講解，將所學(xué)的知識進(jìn)行梳理，加強(qiáng)鞏固，使每個同學(xué)都得到鍛煉的機(jī)會。課程答辯實際情況見圖3。

（四）拓展專業(yè)的繪圖軟件

建筑信息模型（BIM）通過對建筑項目進(jìn)行三維建模，利用數(shù)字技術(shù)，為該模型提供完整的信息數(shù)據(jù)。其“可視化”的特性將有助于學(xué)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(qiáng)學(xué)生的讀圖和識圖能力。由于現(xiàn)階段CAD已經(jīng)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(nèi)，仍然以CAD作為主要的生產(chǎn)力工具。在進(jìn)行教學(xué)的角度來講，CAD的教學(xué)已經(jīng)形成規(guī)模化和程序化，BIM仍處于萌芽狀態(tài)。二者是并存與發(fā)展的關(guān)系，并不存在競爭，通過結(jié)合二者所獨有的特點，利用線上資源將其整合，發(fā)揮二者最大優(yōu)勢。例如，在前期教學(xué)中，先利用CAD鍛煉學(xué)生的基本構(gòu)圖和繪圖能力，達(dá)到快速上手的目的。后期教學(xué)中，利用BIM“可視化”的特點幫助學(xué)生對三維構(gòu)圖的理解，反過來有益于提高學(xué)生的讀圖和識圖能力，將二者有機(jī)的結(jié)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(gòu)筑物的繪制”作為講解實例講解教學(xué)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(yù)習(xí)

要想保證上課時的高效學(xué)習(xí)效果，充分的課前預(yù)習(xí)是關(guān)鍵。通常學(xué)生使用書本預(yù)習(xí)，不能達(dá)到有效預(yù)習(xí)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(xué)視頻呈現(xiàn)在學(xué)生的移動端。學(xué)生可以利用移動設(shè)備進(jìn)行隨時隨地的課前預(yù)習(xí)，通過教學(xué)視頻的直觀講解能夠使學(xué)生更好地理解所學(xué)的內(nèi)容，可以更加帶有針對性地去聽線下課程。

（二）線上任務(wù)創(chuàng)建

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

（三）識讀平面圖

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

（四）抄繪平面圖

進(jìn)行平面圖的繪制是從認(rèn)識到實踐的過程，在這個過程中，會涉及很多復(fù)雜的指令和操作，可能出現(xiàn)部分學(xué)生不會繪制的情況。此時，可以利用繪制好的網(wǎng)絡(luò)視頻資源對學(xué)生進(jìn)行輔助，視頻中包含操作指令及每一步詳細(xì)的操作指導(dǎo)，幫助學(xué)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(xué)生的繪制情況進(jìn)行實時監(jiān)控，通過學(xué)生反饋可以對其進(jìn)行單獨的輔導(dǎo)，讓學(xué)生更加熟練地運用指令操作。利用線上資源，真正地讓學(xué)生成為課堂的主人。

（五）圖紙審核

在構(gòu)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(xué)生先通過學(xué)習(xí)互助小組進(jìn)行討論交流，同時對自己的平面圖進(jìn)行講述，以此來判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。對于在繪制過程中存在的共性問題，由老師進(jìn)行集中解決，保證教學(xué)的質(zhì)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(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在期末測評中，成績?yōu)锳的學(xué)生占比85%、成績?yōu)锽的學(xué)生占比15%。成效不僅表現(xiàn)在學(xué)習(xí)成績的提升，更多體現(xiàn)在學(xué)生對環(huán)境工程構(gòu)筑物的全面認(rèn)識及強(qiáng)大的繪制能力，掌握了構(gòu)筑物的運行、構(gòu)成、管道布局等。讓學(xué)生的創(chuàng)新型和發(fā)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(xié)助下，達(dá)到良好的教學(xué)目標(biāo)要求[5]。

五、結(jié)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(xué)方式及新編教材和圖集的使用能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠有針對性地解決教學(xué)過程中遇到的問題，方便老師對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行實時掌控。學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也不再是簡單的填鴨式教學(xué)，同時調(diào)動其積極性，圖集的加入讓學(xué)生對環(huán)境工程專業(yè)有了更加深刻地認(rèn)識，讓學(xué)生成為課堂的主人。該教學(xué)模式不僅使學(xué)生的專業(yè)繪圖能力得到全方面發(fā)展，更是對新型教學(xué)模式的進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

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