《暖通CAD》課程教學改革探索與實踐研究

宋桂梅

（山東科技大學土木工程與建筑學院，山東 青島 266590）

《暖通CAD》是筆者所在學校建筑環境與能源應用專業的一門專業拓展課，該課程實踐性強，與本專業行業規范、制圖標準聯系緊密。本課程通過講授AutoCAD以及專業繪圖軟件，讓學生掌握CAD軟件的基本命令及操作方法，繪制工程圖形的常用操作技巧，掌握利用CAD在專業設計中進行輔助性設計的方法，并且掌握基本的暖通施工設計與制圖規范，了解相關的國家標準，為課程設計、畢業設計階段的學習以及今后的實際工作奠定良好的基礎。

1 《暖通CAD》課程教學現狀及存在問題

1.1 課時少、任務多

《暖通CAD》是一門培養學生識圖、繪圖，提升工程實踐能力的一門專業基礎課程。隨著17版教學方案實施，《暖通CAD》由原來64學時（上課36，上機28）減少為32學時（上課16，上機16），在有限的32個學時的教學計劃中，需要學生較好掌握繪圖軟件AUTOCAD，熟悉天正暖通軟件，了解相關的制圖標準，同時了解BIM(Building Information Modeling)技術。而學生對CAD原理與應用幾乎是零基礎，要在有限的課時內完成較多的教學任務，同時，要保證良好的教學質量，勢必要對現有的教學手段進行改革，探尋合適的教學內容和教學方法。

1.2 課堂教學效率低，學生學習主動性差

在傳統的CAD課程教學中，普遍采用“課堂理論先行+機房實踐練習”的教學模式。在課堂講授過程中，教師邊操作邊講解，由于課時少，為了在有限的教學時間內完成規定的教學任務，教師需要加快上課的節奏，講解更多的命令。學生對軟件不熟悉，經常會跟不上老師的操作步驟，在教學過程中，教師和學生之間缺少互動，學生處于被動學習狀態，學生感覺枯燥，教師也感覺乏味，教學效果不佳。同時，由于課堂理論課和上機實踐課一般要間隔2～3天，到上機操作時課堂講授的大部分內容已經被遺忘，學生上機練習前需要先回憶課堂上教師講授的教學內容，再進行重復性練習，這種教學方缺乏吸引力，導致學生知識掌握不全面，不利于工程實踐能力的培養。

1.3 繪圖不規范、識圖能力弱

課程講授過程中，過多地強調CAD基本命令和操作，沒有融入相關的的制圖標準和繪圖方法，導致學生識圖能力弱，繪圖缺乏規范性。學完該門課程后，學生能熟練繪制出老師給出的圖紙內容，而不能熟練地繪制出符合專業制圖標準的專業圖紙。從后續課程的設計階段學生學生提交的圖紙來看，主要存在以下問題：出圖比例任意、沒有建筑物的尺寸標注、設備和管道的線型線寬設置不符合制圖標準的要求、字體太小看不清、設備的定位尺寸標注不全或者標死、風管或水管穿越電梯間、流程圖和平面圖畫法一致等。

1.4 考核評價方法單一

傳統的CAD考核方式一般由平時成績和期末成績兩部分組成，平時和期末分配比例為2:8，平時成績主要依據學生課堂出勤率以及課堂問題的回答情況進行評定，期末考核采取上機繪圖方式，一般給出一張圖，讓學生在規定的時間內完成，根據其完成的程度和準確率進行評分。這種考核方式不能調動學生平時學習的積極性，學生普遍輕視平時的上機實踐，而更多采用考前突擊和機考拷貝其他同學的文件的方式進行備考。而《暖通CAD》課程是一門實踐性很強的專業拓展課程，這種單一的考核方式不利于學生工程實踐能力的培養。

2 《暖通CAD》課程中的教學實踐探索

為解決以上教學中存在的問題，筆者進行了以下多種教學改革和探索。

2.1 優化教學內容，修訂教學大綱，滿足新培養方案需要

CAD命令很多，但在專業繪圖中，用的最多的是一些CAD二維操作命令，而大部分同學在課程設計階段都用專業繪圖軟件進行繪圖。結合本課程“學時少，任務多”的實際情況，對CAD 教學內容進行壓縮，僅講授本專業中使用頻率高的基本操作命令，重點結合施工圖識讀講解專業繪圖軟件的使用方法。經過對教學內容優化整合，本課程的授課內容與課時安排見表1。

表1 授課內容與課時安排

調整后的《暖通CAD》主要由3個模塊組成：AutoCAD基本操作，建筑視圖基礎知識和專業制圖。CAD基本操作著重講授CAD二維繪圖操作命令的綜合應用、處理技巧；建筑視圖基礎知識主要講授《房屋建筑制圖統一標準》中對制圖的各項規定以及建筑施工圖的識讀；專業制圖主要結合本專業各個方面講授相應的制圖標準、規范及圖例、制圖的基本方法以及利用專業繪圖軟件繪制相應的施工圖。

2.2 線上和線下相結合的混合式教學模式，彌補課堂學時不足

2020年年初，“新冠”疫情爆發后，為響應國家“停課不停學”的號召，許多院校開展了各種形式的網上教學與答疑，但單純的線上教學缺乏師生互動，對學生的聽課效率和知識掌握情況無法精確把控，與傳統課堂相比，線上教學需要學生有更強的自我控制力和學習自覺性。針對本課程“學時少，內容多”的現狀并結合線上教學的優缺點，《暖通CAD》采用線上和線下相結合的混合式教學模式。

借助網絡教學平臺，錄制或上傳一些優秀的CAD軟件和專業繪圖軟件的教學視頻，同時分享上課的PPT課件，制圖標準和完整的施工圖等資料供學生參考學習。在課堂教學前，根據教學進度，要求學生登陸課程網站觀看下次課堂教授內容的教學視頻，對所學內容進行預習自學。在線下的課堂教學中，教師針對線上學習及上機操作存在的問題進行演示講解，通過提問、討論，讓學生講解并實地動手上機操作，檢查自學情況，營造一種熱烈的課堂氣氛，提高學生學習的主觀能動性。

另外，充分利用現代發達的信息技術，建立了暖通CAD學習QQ交流群，學生在課下學習過程中遇到問題時，可隨時在群里進行師生互動交流，完成答疑解惑。這種互動交流可以成為課堂教學的補充，尤其是當課堂教學的學時比較緊張時，更顯示出其優越性。

2.3 將BIM技術融入CAD課程教學，通過信息化教學手段提高教學質量

在暖通專業中，施工圖主要以二維平面圖為主，對于比較復雜的冷熱源機房等施工圖，學生要通過平面圖、軸測圖、剖面圖及圖紙說明進行識讀。這就需要學生具有一定的三維空間思維能力和專業知識積累，才能讀懂施工圖，在接下來的設計中學以致用。

BIM(Building Information Model)即為建筑信息化模型，是建筑行業的重要發展趨勢，BIM具有可視化、協調性、模擬性、優化性、信息完整性等特點。BIM技術的最大特點是將二維施工圖繪制與三維立體模型建立有機融合，軟件使用者在交互界面的每一個操作都能直接在二維圖紙和三維模型上同步體現。另外，在暖通設計中，對于一些管道分布比較密集復雜的冷熱源機房以及地下車庫等，可以用BIM軟件進行“碰撞”檢查并進行修改，避免在以后施工中出現返工現象。

為了讓學生對兩種軟件融匯貫通并提高效率，本課程采用CAD軟件與BIM軟件相結合的方式，在上課過程中穿插講解兩種軟件的操作方法。在講解CAD二維操作命令時，同時介紹在BIM常用的Revit軟件中如何實現這些操作命令；在專業識圖環節，根據已有的二維施工圖，利用Revit軟件建立對應的三維立體模型，在課堂上將二維施工圖和三維模型進行對照講解，通過旋轉、剖切三維模型、生成局部的剖面圖，觀察局部細節，使學生更加直觀地理解機電設備的構造、管道和設備的連接方式、管道在空間的布置和走向；在講授專業制圖時，如風管平面圖的繪制，可讓學生分別用天正暖通和Revit軟件進行繪制，比較兩種軟件的優缺點。

將BIM技術引入CAD課程教學中，可以即時形象地展示設計的三維效果，提高學生識圖、畫圖的能力，培養學生的空間想象能力，增強學生對暖通設計的理解，提升學習效率和教學質量，增加了課程的操作性、趣味性。

2.4 采用多元化課程考核方式，提高學生的學習積極性

課程考核是課程教學活動的必要且重要環節，不僅可以檢驗教師的教學效果，同時也是學生學習方向的指揮棒。為了激發學生的學習積極性，提升學生的工程實踐能力，《暖通CAD》采用多元化的考核方式，加大平時成績在總評成績中所占的比例，具體評定見表2。

表2 課程考核成績評定表

課堂表現主要根據學生平時的出勤率、上機表現以及課堂回答問題情況來確定。線上學習根據學生課前預習的情況和完成的質量來確定。大作業根據課程的教學進度進行設置，例如，建筑施工圖的識讀，繪制采暖平面圖和系統圖以及空調平面圖和系統圖等。建筑施工圖的識讀要求學生將識圖過程錄制成視頻，在規定的時間內在網絡教學平臺上提交，繪制的專業圖紙按照一定的比例放在標準圖框內打印出來，最后上交紙質圖紙。期末考試為上機操作考試，參照實際的采暖工程或空調工程項目的圖紙，讓學生進行分析并在規定時間內完成圖紙的繪制，根據完成的情況以及是否滿足制圖標準的要求進行評定。

2.5 以制圖標準為導向，提高繪圖的規范性

工程圖紙是工程技術界交流的語言。規范的圖紙才能將設計者的設計理念和意圖傳達給工程技術人員，這就需要設計者嚴格按照制圖標準進行繪圖，而國家制圖標準在圖樣的畫法、字體、圖幅、比例、尺寸標注、圖線等各方面都有詳細規定。

在課程第一講中，首先說明暖通CAD不是單純學習AutoCAD軟件，強調專業制圖標準在繪圖過程中的重要意義和作用，并把與本專業有關的7個制圖標準上傳到網絡教學平臺，讓學生了解和熟讀每本制圖標準的具體內容和規定。在講授CAD基本操作命令時，例如比例、字體、標注、圖層、線寬線型設置，結合相關制圖標準講解；在平時上機過程中，時刻提醒學生按照制圖標準的規定進行繪圖。在大作業環節，要求學生把每次作業所繪圖紙按照一定比例放在標準圖框中打印出來，上交的時候，授課教師對照紙質圖紙指出繪圖不規范的地方并要求進行修改，深化其對制圖標準的理解，培養良好的繪圖習慣，為以后的課程設計和畢業設計奠定基礎。

3 結語

《暖通CAD》是一門理論與實踐相結合，實踐占主導的專業拓展課，傳統的教學已經無法滿足最新專業人才培養目標的要求。為了順應專業發展的需求，培養學生的創新精神和實踐能力，本文對傳統CAD教學現狀進行了分析，找出課程教學存在的問題。針對這些問題，從優化教學內容，引入最新的BIM軟件技術和新的教學方法、改變課程的考核方式等方面對該課程教學進行了探索和實踐，并取得了良好的教學效果。