基于成果導向理念的環境工程CAD 教學改革探析

張寒冰，徐詩琪，江露瑩，陸彩妹，王俊輝，馬湘蒙，孫 翔

（廣西大學資源環境與材料學院，南寧 530004）

環境工程CAD（Computer Aided Design）課程是環境工程專業的一門專業必修課程。該課程將計算機技術應用于環境工程專業，在介紹計算機輔助設計知識的基礎上，以環境工程設計實例為范例，重點介紹AutoCAD繪圖軟件應用于環境工程設計的基本使用操作與方法。同時，給學生提供較多課堂實踐訓練的機會，使其更好地掌握基礎操作。此外，學生還需學習環境設計專業圖紙繪制及繪圖規范，以期能夠完成環境工程三廢處理中構筑物、平面布置和高程布置的繪制，提供質量較高的工程設計圖紙。

成果導向教育（Outcome-based Education，OBE）強調以學生為中心、以學習成果為導向，注重學生的知識、能力和素質的協調發展[1-2]。至今，OBE 理念已形成了一套比較完整的理論體系和實施模式，以“學生需要掌握什么”為教學的出發點進行反向設計，在教學中注重培養學生的自我探索和自我學習能力，課后充分反思教學存在的不足并在后續教學中進行持續改進。在OBE 教學模式中，學比教更重要，關注的重點是“學生學到了什么”和“是否成功”。讓學生明白所學知識的實際應用價值，鍛煉學生發現、分析和解決問題的能力，進而提高學生綜合實踐能力，培養學生的專業技能和職業素養[3-4]。目前，大部分高校的CAD 課程處于以“教”為中心的模式，教師課堂講授為主，學生作業練習為輔，課程開放性較差，在教學活動中難以形成以學生為中心、讓學生主動探索和學習、真正掌握專業所需技能并能夠解決問題的局面[5]。因此，如何基于OBE 的新型理念，打破傳統教學模式下學生被動接受知識的局面，打造環境工程CAD的高效課堂并改善實際教學效果，成為亟需解決的關鍵問題。

一 環境工程CAD 教學現狀及存在問題

環境工程CAD 課程與工程實際應用密切相關，該課程除了讓學生掌握AutoCAD 軟件的應用范圍、基礎操作和制圖規范外，還需讓學生學會結合環境工程專業知識設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程并繪制圖紙，培養學生的創新實踐能力[6]。但在實際的課堂教學中，以下問題嚴重影響課程的教學效果。

（一）實際繪圖與專業繪圖“最后一公里”未打通

環境工程CAD 的教學內容具有抽象性，要求學生具有一定的空間想象力和幾何知識，其課程教學環節主要包括課堂講授、學生討論、學生作業練習、上機實踐和學生展示等。在環境工程CAD 的課堂講授中，老師通過PPT 教案內容講解進行專業知識普及，使學生理解并掌握本門課程的相關理論知識。同時，通過介紹CAD 軟件基本操作命令，學生上機繪圖及布置CAD 繪圖練習作業，強化學生的CAD 應用能力和熟練掌握相關的設計方法。這種教學方式雖然教學速度快、信息量大，但課堂上老師與學生缺乏有效互動，容易使學生陷入枯燥、乏味的學習狀態，不利于激發學生創新思維和主動思考[7]。課程結束后，學生雖能夠掌握基本繪圖命令，繪制出老師所給的圖紙，但也只能夠照貓畫虎。學生只是單純地使用操作命令繪圖，沒有將CAD 課程學習與環境工程專業充分結合及徹底理解繪圖意義。對學生來說，繪制出環境工程領域專業圖紙還有一定難度。學生并沒有真正掌握設計方法和繪制專業圖紙的技能，實際繪圖離專業繪圖還有較大的距離[8-9]。

（二）線上線下資源協同融合亟需加強

線下的CAD 教學內容主要集中于基本繪圖命令和實際上機繪圖操作，由于CAD 軟件功能繁多、操作復雜，學生難以在有限的線下課堂時間內熟練掌握軟件應用[10]。此外，即使學生能在課堂上聽懂老師講授內容，但在自己繪圖時也會遇到諸多困難。例如，學生在課堂上學習了一些CAD 的實體繪圖命令和編輯修改命令，但因一時記不住或操作不熟練，造成短時記憶遺忘，學生在課后需花大量時間回憶具體繪圖命令，并進行重復繪圖操作以加深記憶。課堂上的知識教授和實際上機繪圖操作并沒有緊密結合，導致大幅度降低課堂的教學效果[8]。線下課堂由于課時的限制阻礙了CAD 教學內容的全面性。相比之下，線上有大量的CAD 專業教學資源（如土木工程網、給排水網和建筑龍網等），這些線上資源圖文并茂，有專業講解繪圖步驟，邏輯清晰、講解透徹，并附有系統的設計圖紙。學生可以利用這些線上資源庫，鞏固線下課堂所學知識。然而，多數學生沒有利用好線上的CAD 教學資源，使這些線上資源并沒有充分發揮其作用。

（三）學生專業實踐和專業知識儲備不足

環境工程CAD 課程著重強調與環境工程專業的緊密結合，要求學生深刻理解工程制圖在環境工程中的應用及熟練使用AutoCAD 軟件繪制典型處理工藝流程圖和典型處理工藝總平面圖。通過CAD 課程教學培養學生運用各種手段查閱、使用技術資料的能力及掌握環境工程設計的基本流程和方法。但該課程往往開設過早，學生的專業實踐和專業知識儲備不足，造成許多學生對計算機輔助設計課程的認知存在偏差，對CAD 軟件的運用只是單純地停留在操作學習上，沒有將軟件應用與環境工程專業知識和專業技能進行有效結合[11-12]。同時，專業認知較少會影響學生對課程教學講解內容的掌握。學生只是單純地記住繪圖操作，遇到問題解決方法單一重復，沒有把軟件變成自己專業設計上的輔助工具，這與環境工程CAD 課程教學要求背道而馳[13]。

二 環境工程CAD 教學改革措施分析

針對以上環境工程CAD 教學存在的問題，本文結合OBE 教學理念提出以下教學改革措施。

（一）建立以學生為主體的教學模式

該門課程在機房內進行上機操作，每名學生都可以通過實際操作對課程實例進行反復練習，真正掌握所學知識，實現學生能力從模仿范例繪制到獨立完成專業圖紙繪制的提升。教學可以分為“知識講解→操作示范→學生練習→交流討論→提高創新→總結反思”六個步驟，如圖1 所示。

圖1 OBE 理念下的教學模式

首先，在學生初步接觸AutoCAD 軟件的階段，教師要充分發揮引導作用，以典型案例為教材，通過明確目標、具體繪制和成果獲得的過程傳授學生CAD 軟件的基本編輯知識。再布置簡單基礎的繪圖任務，教師進行操作示范，學生在觀看教師示范的過程中加深對軟件界面的認知。讓學生通過模仿范例的方式對所學知識加以練習，以便快速熟悉基礎操作，鞏固基礎知識，并使學生樹立信心。

其次，加強師生互動、生生互動，給學生展示自我的機會。可以設置學習互助小組，通過組內的交流和討論，解決部分學生存在的問題，增強學生的自覺能動性，加深學生的課堂參與感。并且在每一次布置任務后，以小組為單位在課堂上分享本次任務中的主要知識點和難點，激發學生獨立思考的能力，培養學生嚴謹的工作態度和精益求精的學習風氣。通過與同學的交流討論以及老師的答疑解惑，學生可以發現自身操作不當之處并解決實操中存在的疑惑，總結整理后可找到最便捷的操作方式，達到對知識的熟練掌握。

最后，在學生熟悉軟件界面和基本繪圖命令以后，可以布置一些難度較高的任務，讓學生結合自身獨立思考及與同學小組討論完成任務，保證學生在知識系統化和把握整個繪圖過程的情況下進行畫圖操作，進而才能對課程知識融會貫通。教師應引導學生主動去圖書館或互聯網上查找相關知識，培養學生努力學習的意愿和付諸努力的恒心，啟發學生實踐創新的意識，通過學生自身的發散思維將課堂知識加以延伸擴展，增強學生經過自身學習完成目標的能力。培養學生在操作練習或完成繪圖任務后進行及時反思，對不足之處進行針對性練習的習慣，學生可以在查缺補漏的過程中加深對軟件操作的熟練度，進而鍛煉自我反省和自主學習的能力。同時，教師在課后需針對學生的目標達成度來尋找授課過程中的短板，以便進行復盤與反思，并在日后教學過程中改進，達成教學目標。

（二）線上學習優勢與線下學習實踐有機融合

紙上得來終覺淺，學生在課堂進行學習的時間終究是有限的，因此應鼓勵和督促學生在課余時間進行知識的預習及復習。

1）可以將一部分較基礎的課程內容以視頻或PPT的形式展現，并利用云課程、群共享的方式督促學生課前學習，借助互聯網的優勢加深學生的自主學習能力。線下教學時在課堂上為學生提供更多的時間進行練習，用于鍛煉學生的空間感及識圖繪圖能力，并根據學生練習中出現的問題進行針對性的答疑。

2）該課程以培養學生分析和實際操作能力，把學生培養成應用型人才為目標。因此教師在教學過程中，應重視學生學習的自覺能動性及實際應用能力，通過“雨課堂”等平臺布置基礎操作任務及大作業，定期進行學生能力水平測試，將學生的平時學習過程納入最終成績的考核，在不增加學生負擔的前提下，對學生起到有效的監督指導作用，以便更好地完成教學目標。在課后練習內容方面，結合環境專業實際案例，挑選需要學生進行思考、仔細審圖后才能繪制正確的圖紙，增強學生將所學知識付諸應用的能力。

3）課程大作業以小組形式完成，并在課堂上以PPT形式進行匯報，學生將自己對專業知識的理解與感悟以圖文的形式進行展現，教師可以根據圖紙通過提問的方式檢查學生對基本命令及專業繪圖規范的理解程度。學生進行PPT 合作制作與講述的過程，即是對自身學習知識的匯總與自省的過程，也是將自身理解進一步深化于心的步驟。能夠清楚地將自己的理解講演并向老師同學展示，不但培養了學生的演講表達能力，提高學生的自信心，也能促進學生對課程理論的進一步理解與掌握。

4）教師可以靈活運用各個網站的學習資源，在優質的教學繪圖視頻選擇上給出一些建議，學生通過查找及觀看AutoCAD 命令與應用視頻及工藝設計計算網頁進行學習，鼓勵學生對自己感興趣的內容進行深入學習、主動思考并大膽嘗試練習，提高學生的主觀能動性。通過查看線上的環境相關專業圖紙，培養學生讀圖、識圖及繪圖的能力，加深學生對專業制圖的體悟。教師可以利用社交軟件與學生溝通、布置任務，學生也可以與教師一對一交流。教師在課后及時進行答疑，學生有什么對課堂的意見也可以及時反饋給教師，更方便教師因材施教，針對課程的重點難點進行教導。

通過以上舉措讓學生在尋求解決方法的過程中更加帶入性地思考，提高學生讀圖識圖的能力，在實踐中將所學的知識內化于心，讓學生養成主動思考學習的習慣。提高學生團結協作解決復雜問題的能力，增加學生與教師之間的交流，實現“讓教學活起來”。

（三）課程安排的合理統籌

環境工程CAD 課程開設過早，常常導致學生剛剛開始學習環境相關專業知識，出現專業認知較少、專業實踐能力較弱的問題。AutoCAD 課程安排在實際訓練之前，學生對實際的污水、大氣及固廢等處理廠的構筑物了解較少，對專業設計的流程和構筑物的認知僅限于課堂教學，不利于學生進行繪圖工作。

針對這種情況，通過實例獲取新知識的方法可以更好地激發學生學習興趣，潛移默化地獲得知識且記憶深刻。教師可以在AutoCAD 課程之前安排學生進行實際訓練，學生們在實地參觀污水、大氣和固廢處理廠，并經過處理廠工作人員的講解與指導后，能夠更清晰地了解建造處理廠需要考慮的設計路線及平面布置的規劃要點，如：合理利用場地、排放物對周邊的影響及地面坡度對建廠的影響等。實地參觀使學生對處理流程及處理原理的印象加深，能夠在動態學習中增強對知識點的鞏固，在繪制平面圖和構筑物平、剖面圖時更加胸有成竹。

教學過程中存在的問題及整改措施見表1。

表1 教學過程中存在的問題及整改措施

三 結束語

圖形設計與繪制是環境工程專業人才必須掌握的專業基礎技能。隨著國家對環境領域高水平專業人才需求的增大，迫切需要專業水平更高、更全能的學生。因此，學校方面必須要更加關注如何培養學生的實踐能力，貫徹“學生中心，產出導向，持續改進”的OBE 理念。本文著重剖析了AutoCAD 課程中存在的問題，并針對性地從教學模式、資源結合及課程安排方面提出相應的教改思路和整改措施。通過以“教”為中心向以“學”為中心轉變，合理利用線上資源及合理安排課程教學進行整改，完善了AutoCAD 課程的教學方案，進而培養出高素質應用型人才。探索更高效的教學模式和更有效的溝通交流途徑，能夠在不過多占用學生課下時間的基礎上保證學生的學習質量，且對提高教師課堂教學質量，增強學生實際動手能力，培養專業人才具有重要的指導意義。本文可為今后CAD 課程的教學提供良好的借鑒。