設施農業科學與工程專業計算機輔助設計課程教學改革探索

摘要 計算機輔助設計是設施農業科學與工程專業的一門選修課程。為滿足培養現代設施農業所需的多學科交叉融合的復合應用型人才的要求，本文分析計算機輔助設計課程在教學連續性、教學內容、教學教材和教學方式等方面的現狀，結合培養設施農業設計施工管理人員的需求，通過銜接理論與實踐教學、建立溫室工程圖案例庫、增加學科前沿的輔助設計軟件和改革創新教學方法4個方面，對設施農業科學與工程專業的計算機輔助設計課程教學進行改革與探索。旨在提升人才培養質量，為相關專業教學提供參考。

關鍵詞 計算機輔助設計；設施農業科學與工程；溫室工程；輔助設計軟件

中圖分類號 G642.0；S24" "文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）12-0141-04

Teaching reform for Computer Aided Design courses in Facility Agriculture

Science and Engineering major

SHI Yini" " YAO Xuan" " SU Chunjie" " JIN Yazhong" " YANG Fengjun" " WANG Hongyi

（College of Horticulture and Landscape Architecture， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing 163319， China）

Abstract Computer Aided Design is an elective course in the field of Facility Agriculture Science and Engineering major. In order to meet the requirements of cultivating interdisciplinary and composite application-oriented talents required for modern facility agriculture， the current situation of Computer Aided Design courses in terms were analyzed of teaching continuity， teaching content， teaching materials， and teaching methods. Combined with the needs of cultivating facility agriculture design and construction management personnel， the teaching of Computer Aided Design courses in facility agriculture science and engineering were reformed and explored through four aspects： connecting theoretical and practical teaching， establishing a greenhouse engineering pattern library， adding cutting-edge auxiliary design software in disciplines， and reforming and innovating teaching methods. The purpose was to improve the quality of talent cultivation and provide references for relevant professional teaching.

Keywords Computer Aided Design; Facility Agriculture Science and Engineering; greenhouse engineering; auxiliary design software

設施農業是現代農業的重要組成部分，在經濟發展和農產品供給方面發揮重要作用。設施農業科學與工程專業[1]融合園藝學、建筑學、信息學和工程學等學科，具備生物學、園藝學、農業建筑學和農業工程的基本理論和基本技能，培養從事設施農業結構設計、設施環境調控裝備開發與應用及設施種植等領域教學工作與科研等的應用型人才[2-3]，培養適應現代化設施農業發展需要的復合型人才。計算機輔助設計課程屬于工具課，與農業設施工程制圖、農業設施設計與建造等課程聯系緊密，需要學生在有限的課時內學會輔助設計軟件，為今后的課程學習及畢業設計打下基礎。隨著現代化設施農業的發展，大量玻璃溫室、連棟溫室廣泛應用于生產活動中，因此，要求設施農業科學與工程專業的學生通過學習計算機輔助設計課程掌握各種類型溫室的計算機制圖方法，遵循溫室制圖標準，學習建筑行業領域的新技術、新的輔助設計軟件等[4]。在新農科背景下，根據設施工程產業的市場需求變化，對設施農業科學與工程專業課程設置和課程內容進行改革，并參考相似學科的教學方法[5-10]，在課程開設形式上，強調理論課堂和實踐教學并重；同時，為增強學生的就業競爭能力，培養解決農業生產問題的能力，以真實案例庫的形式增加課堂的創新性和趣味性。本文分析計算機輔助設計課程在教學連續性、教學內容、教學教材和教學方式等方面的現狀，結合培養設施農業設計施工管理人員的需求，通過銜接理論與實踐教學、建立溫室工程圖案例庫、增加學科前沿的輔助設計軟件和改革創新教學方法4個方面，對設施農業科學與工程專業的計算機輔助設計課程教學進行改革與探索，為培養現代設施農業復合型應用人才提供參考。

1 計算機輔助設計課程教學現狀分析

1.1 教學連續性方面

該課程包括理論教學、實驗教學及課程實習3個部分，三者教學時間有所間隔，而非連續開課。學生學習完理論教學部分后，需要間隔一段時間再學習實驗課和實習課，對部分知識點的記憶較淺，這不利于學生學習后續課程，理論教學和實踐教學的連續性有待進一步提升，學生學習的能動性有待進一步提高。計算機輔助設計課程需要學生熟練操作輔助設計軟件，并具有一定的繪制溫室主體結構及溫室各組成構造圖紙的能力。該課程的課時安排應滿足學生知識點的學習以及實踐練習的需要。因此，需要為學生營造連續的學習氛圍，優化課程開設方式。

1.2 教學內容方面

計算機輔助設計課程的基本教學內容包括建筑工程圖的讀圖、使用CAD輔助設計軟件的繪圖等功能。計算機繪圖與計算機輔助設計成為工程設計工作者必須掌握的一系列基本技能，該技能對于完成日常設計工作具有重要作用。該專業的學生所學習的內容與企業應用的相關性較強，學生畢業后可能就職于農業公司、溫室設計施工單位等，因此，實際教學中工程設計行業內的新技術教學有待進一步補充，以滿足學生學習行業前沿技術的需要。

1.3 教學教材方面

設施農業科學與工程專業暫時沒有專門的計算機輔助設計教材，教學過程中推薦學生參考的教材主要是《計算機繪圖基礎教程》[11]。該教材內容豐富，操作步驟細致，而作為設施專業學生學習的教材，則有待補充與現代設施農業相關的實踐案例。例如，大型玻璃溫室的設計制圖中所包含的學科知識十分復雜，溫室天窗的連桿在詳圖的繪制過程中需要學生了解機械制圖的相關知識，溫室基礎繪制過程中則需要了解土木工程制圖的相關知識。該課程目前所用教材中的案例多數為土木工程中的民用建筑，與設施農業科學與工程專業的實際溫室案例有待進一步加強對接，在講述軟件操作外，有待進一步補充該專業的實際應用知識，以兼顧學生未來的崗位需要。

1.4 教學方式方面

該課程的開設方式使得理論教學、實驗教學和實習教學被分離，部分學時講授課程內容，以教師主講、學生被動接受的方式完成部分課程知識的教學。學習過程中，大部分學生對現代信息技術手段的學習能力較強，而部分學生自主學習能力有待進一步加強，對計算機的基礎操作熟練度有待進一步提升，對于學習難度較大的知識可能存在畏難情緒，學習動力和積極性有待進一步增強。因此，如何通過加入新的教學方式提高學生學習輔助設計軟件的興趣，促使其積極動手實際操作，是在教學改革中需要持續探索的。

2 計算機輔助設計課程教學創新性改革研究

2.1 銜接理論與實踐教學

優化課程開設形式，將原先的教學、實驗和實習3個部分變為課堂教學和實踐教學2個部分。李健[8]研究了新農科背景下高校設施農業科學與工程專業實踐教學體系構建，他指出，要確保課堂學習和實踐學習之間有效銜接，在有限學時內為學生營造良好的計算機輔助設計學習氛圍。課堂教學以實際案例為基礎，以智能玻璃溫室圖紙繪制為例，將溫室的結構、構造和輔助系統拆分，并設置成不同的知識點，讓學生在課堂學習結束后完成智能玻璃溫室的計算機圖紙繪制。實踐教學中，通過具體教學案例，讓學生獨自識圖、繪圖。每完成一個案例，就開展總結匯報，學生在匯報過程中與教師和其他學生交流討論繪圖中出現的問題，分享自己發現的新繪圖命令技巧。通過該形式開展教學，有利于強化學生操作軟件的能力，了解專業基礎知識，將理論知識與實踐案例結合，提升計算機輔助設計能力。

2.2 建立溫室工程圖案例庫

設施農業科學與工程專業畢業生通常是直接面臨真實的溫室管理工作。在計算機輔助設計課程的綜合運用階段，可以建立溫室工程圖的案例庫，以玻璃溫室、日光溫室、連棟溫室和塑料大棚等為參考，學習使用輔助設計軟件對案例庫中的溫室進行繪制。該課程有利于培養學生的讀圖、繪圖能力，增強建筑制圖的標準規范意識，這也要求案例庫中的圖紙必須符合相關溫室工程設計標準。實踐教學部分案例庫如表1所示。

2.3 增加學科前沿的輔助設計軟件

計算機輔助設計課程默認使用輔助設計軟件AutoCAD。隨著建筑行業與信息技術的融合，建筑信息建模（Building information modeling，BIM）技術成為建筑行業近年來興起的一門新技術。其中，Revit輔助設計軟件是BIM技術的常用軟件，兩個軟件的繪圖界面類似，對于該課程初學者而言較為容易上手和理解。未來，設施農業的發展將會逐步走向標準化、規范化以及智能化，因此，在溫室設計初期，需要科學考慮溫室的綠色節能特性及光照特點。唐藝萍[12]、陳艷莉[13]和羅文娟等[14]探討了BIM技術在計算機輔助建筑設計中的應用研究及教學改革實踐，這些學者認為，BIM技術可利用輔助設計軟件模擬建筑能耗及陽光照射日光能量，利用虛擬建筑模型對建筑的布局與結構進行調整。因此，在教學CAD單一輔助設計軟件基礎上，增加建筑信息建模技術中常用的三維建模軟Revit的教學內容，使學生具備初步的三維設計能力，為后續課程學習、課程作業設計和畢業設計打下基礎。三維模型的建立效果更加直觀，一定程度上增加學生的學習趣味性，有利于學生在后續課程學習中舉一反三創建出除溫室外的其他建筑物，幫助其了解行業先進成圖技術的應用與發展情況，提升就業競爭力。

2.4 改革創新教學方法

計算機輔助設計課程重在學生理解、練習輔助設計軟件的操作技能，在課堂上須調動學生的學習積極性。范晶晶等[9]對設施農業科學與工程應用型人才培養方案進行創新與實踐，他認為要改革創新教學方法，教師可以打破常規的教師講、學生聽的教學模式，建立平等、寬松和開放的課堂教學環境，實現以學生為中心的新型授課模式。在課堂教學中引入數字化技術，課前通過學習通平臺提前開放本節課所學內容的教學視頻，并提示學生在開課前按時完成線上學習任務。預習視頻的時長要控制在合理范圍內，便于學生利用碎片化時間完成視頻學習。課中，鼓勵學生提出不同意見，上課前5 min可以讓學生自主探索軟件，引導學生提出問題，教師針對所提出的問題進行討論和分析。互動式討論有利于學生發現問題，在掌握理論知識的基礎上提升設計能力，鍛煉發散性、創新性思維，提高學習主動性，獲得被認同感，營造了良好、活躍和向上的學習氛圍，提高了教學效率。立足設施農業科學與工程專業需求確立教學項目，創設問題情境，引導學生完成案例庫中的項目，通過實踐探究解決問題的方法，實現“在做中學”。實踐教學部分，教師為學生學習相關知識提供大型工程場景，通過整體工程案例的認知環境塑造，幫助學生虛擬塑造某種工程情境，并學習分門別類的知識，實現運用實踐手段進行知識鏈接、交叉和整合。這與司成成等[10]的教學理念和實踐方法相一致，有利于學生掌握工程圖的作用，理解圖樣所表達的內容與意圖。課間，教師根據計算機輔助技術與工程的密切聯系開展特色講座，引入先進學術研究成果。在課程教學后期，為提高學生的學習興趣，可以展開繪圖技能競賽，通過競賽選拔優秀學生組建團隊，參加各級相關技能競賽。

3 結語

設施農業類課程教學改革離不開創新與探索，在這一過程中教學團隊需要精益求精、不斷打磨。通過對計算機輔助設計課程的教學現狀進行分析，總結教學過程中待進一步改進的環節，探索適用于設施農業科學與工程專業學生學習計算機輔助設計課程的教學內容與方法。打破教學常規，改變原有教學模式，引入新的教學內容與方法，增加適合本專業學生的溫室案例庫，引導學生成為課堂的主體，學生的學習興趣得到提升。這對學生掌握計算機繪圖及計算機輔助設計技術，適應其他專業課的學習，以及今后從事現代設施農業專業技術領域的工作均具有重要意義。

綜上，為滿足培養現代設施農業所需的多學科交叉融合的復合應用型人才的要求，本文分析計算機輔助設計課程在教學連續性、教學內容、教學教材和教學方式等方面的現狀，結合培養設施農業設計施工管理人員的需求，通過銜接理論與實踐教學、建立溫室工程圖案例庫、增加學科前沿的輔助設計軟件和改革創新教學方法4個方面，對設施農業科學與工程專業的計算機輔助設計課程教學進行改革與探索。目的在于提升人才培養質量，為相關專業教學提供參考。

參考文獻

[1] 馬健，孫鑫，王峰，等. 設施農業科學與工程專業教學改革及創新探索[J]. 沈陽農業大學學報（社會科學版），2021，23（1）：92-99.

[2] 熊婷婷，李蒙，張燕. 農業設施工程學課程教學改革與探索[J]. 安徽農學通報，2023，29（22）：158-161.

[3] 張婧，頡建明，呂劍，等. 農業院校學科交叉型本科專業教學團隊建設的思考：以設施農業科學與工程專業為例[J]. 紅河學院學報，2023，21（5）：114-117.

[4] 宋秀華，付喜玲，李清明，等. 基于項目驅動的設施農業科學與工程專業CAD課程教學實踐[J]. 中國現代教育裝備，2020（17）：92-94.

[5] 蔣程瑤，劉佳明，曹晏飛. 設施農業工程概預算的教學改革探究[J]. 智庫時代，2019（52）：216-217.

[6] 張麗勇. 基于混合式教學的課程在線資源建設探索：以“AUTOCAD計算機輔助設計” 為例[J]. 高教論壇，2023（4）：51-53.

[7] 張愛慧，王長義，郝振萍，等. 設施農業科學與工程專業人才培養探討[J]. 現代園藝，2022，45（15）：195-196，199.

[8] 李健. “新農科” 背景下百色學院設施農業科學與工程專業實踐教學體系構建探索[J]. 南方農業，2022，16（23）：229-232.

[9] 范晶晶，曹慧，張保仁，等. 設施農業科學與工程 “一專多能” 應用型人才培養的創新與實踐[J]. 安徽農業科學，2023，51（20）：250-252.

[10] 司成成，朱國鵬，陳艷麗，等. 設施農業科學與工程專業課程建設的探索與實踐：以《現代農業新技術》課程為例[J]. 農業工程技術，2020，40（28）：80-83.

[11] 吳佩年，宮娜，王迎. 計算機繪圖基礎教程[M]. 3版. 北京：機械工業出版社，2022：1-200.

[12] 唐藝萍. 信息化背景下計算機輔助設計（CAD）課程教學改革與實踐[J]. 教育信息化論壇，2023（10）：15-17.

[13] 陳艷莉. BIM技術在計算機輔助建筑設計中的應用研究[J]. 混凝土世界，2023（2）：35-38.

[14] 羅文娟，鄭穎.BIM技術在計算機輔助建筑設計中的運用研究[J].城市建設理論研究，2023（31）：91-93.

（責編：楊 歡）