環境與建筑工程制圖基礎課程教學改革探索

摘 "要：環境與建筑工程制圖基礎作為專業基礎課程，要求學生在掌握工程制圖的基礎上繼續學習環境工程CAD（Computer Aided Design）技術。現階段我國部分高校依舊存在環境工程CAD課程授課內容和形式不完善，導致學生學得到的環境工程制圖知識與實際工程銜接不緊密的問題。該文在大力推進新工科建設的背景下，基于OBE（Outcome-based Education）理念探索環境與建筑工程制圖基礎課程從教師講授、學生練習、第二課堂成果展示到授課效果反饋的閉環教學過程改革措施，以期提高本課程的教學效果，并為后續的水、氣、固等多門專業核心課程的課程設計提供堅實基礎。

關鍵詞：工程制圖；環境工程；教學改革；OBE；第二課堂

中圖分類號：G642 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）06-0136-04

Abstract： CAD （Computer Aided Design） course for environmental engineering is one of the professional foundation courses that needs students to continue learning CAD technology after acquisition of hand-drawn engineering drawings. Nowadays， there are still some colleges and universities that have the problem on building dynamic and update content of environmental engineering lessons， which leads to a poor connections between drawing lesson contents and the actual engineering. Under the background of vigorously promoting the construction of new engineering disciplines， the utilization of OBE（Outcome-based Education） concept in CAD courses for environmental engineering was studied in the paper. The reform measures of closed-loop teaching process from the teachers' lecture， students' practice， the results of outdoor teaching to the feedback of the teaching effect was researched systematically. The conclusions of this paper will help to improve the teaching effect of this course and provide a good foundation for the subsequent course， includingdesigns of many professional core courses， such as water， gas， solid pollution control and so on.

Keywords： engineering drawing; environmental engineering; educational reform; OBE; the secondary class

工程制圖課程是國內外工科大學生的重要基礎課程。國外工程制圖課程的內容設置主要面向工程師的培養，作為學科（專業）基礎課程，其在課程內容構成方面針對環境類學科的專業知識相對較少[1]。德克薩斯大學的制圖教材Engineering Design Graphics涵蓋面較廣，課程內容設置既有機械工程設計所需的公差配合、焊接、管道圖和電路圖等，還編排了矢量圖的繪制和各類統計圖表的繪制，然而對生態環境類的設計內容相對匱乏；克拉克馬斯大學的制圖教材Engineering Drawing and Design主要包括了各類的工程圖，課程內容增加了水壓裝備等的設計、結構設計和常用機械加工過程等的介紹，部分內容與水環境類設計相關聯，但是針對性依舊較差；普渡大學的制圖教材Problem in Engineering Drawing for Design and Production更著重于機械工程設計，授課內容也僅局限于服務噪聲裝置與設備的設計，涵蓋面依舊相對較窄。可見，在世界范圍內工程制圖課程內容的設置通常會涉及環境工程學科，但是存在關聯不緊密、內容覆蓋度低的問題[2]。

我國作為世界基建大國，工程制圖課程發展迅速且全面。土木建筑類、機械設計類、電氣類工程制圖的差異化發展相對比較成熟，環境類工程制圖在此期間也得到了高速發展[3]。由于環境工程學科涉及的專業內容較廣且相對獨立性較高，因此導致環境類工程制圖課程設置的偏重也各有不同[4-5]。同時，基于OBE理念的教學改革嘗試已經在多種環境類專業核心課程中進行嘗試，而在工程制圖等專業基礎課程中的研究相對較少[6-8]。本文以國內近年出版的環境類工程制圖教材為切入點，對其課程設置的內容進行分析。近年典型的環境類工程制圖教材主要情況見表1。

現階段環境類的工程制圖教材在內容設置方面與環境工程、市政工程和暖通工程專業知識的匹配程度較高，能夠很好地服務于各類專業核心課程的課程設計需求[9]。然而，部分教材缺乏相對應的工程案例分析和具體的實際應用場景，使得學生課堂繪制的成果無法與實際工程內容產生緊密關聯，最終可能導致學生在完成課堂學習內容后缺乏獲得感和成就感。本論文計劃以環境與建筑工程制圖基礎課程教學改革為出發點，結合課程特點，融合OBE教學理念，帶領學生進入戶外第二課堂，將課程內容、學生作業、實際工程設計內容、項目竣工效果關聯起來，在提升學生專業知識的同時，融入大國工匠精神的課程思政內容以增強學生的課程成就感。

一 "環境與建筑工程制圖基礎課程特點

華中科技大學環境科學與工程學院的環境與建筑工程制圖基礎課程設置在第二個學期，授課對象為環境學院的全體大一本科生。該課程要求學生在完成工程制圖基礎上，繼續開展環境與建筑工程制圖基礎課程的學習，重點關注學生使用計算機輔助設計制圖能力的培養。該課程同時銜接大二和大三學習的專業知識，并為固體廢棄物處理與處置、水污染控制工程、大氣污染控制工程、物理性污染控制工程和環境評價等專業核心課程的課程設計奠定具有專業屬性的工程制圖基礎[10-12]。

該課程目標主要包括以下三個方面：①在傳統手繪三視圖、剖視圖的基礎上，掌握計算機輔助制圖的基礎知識，包括以AutoCAD為載體掌握該軟件的界面和指令，能使用AutoCAD繪制和編輯復雜圖形，繪制簡單的三維圖形；②掌握市政專項規劃、污水處理廠和垃圾填埋場、煙氣脫硫脫硝設備以及水生態修復工程等環境類工程項目的設計圖紙繪制方法；③了解環境類工程制圖的最新發展動向，熟悉BIM（Building Information Modeling）模塊在環境工程領域的應用，以及AutoCAD與GIS（Geographic Information System）等其他模型軟件的聯動使用，進一步貼近實際工程應用。

基于上述的主要教學目標，本課程的最新科研成果主要體現在以下方面。①規劃設計前沿理念的融入。現階段環境污染治理已經由單一介質的污染物凈化處理上升至多介質中復雜污染物的協同處理處置，大氣污染區域聯防聯控和流域水環境綜合治理已經成為主流。因此，將在傳統的專項規劃設計篇章中引入最新的流域綜合治理規劃設計理念。②規劃設計成果多元化輸入和輸出。計算機輔助制圖常用軟件AutoCAD在一定程度上可以表達工程師的思維構想，然而環境工程師在進行工程規劃設計時，可能會先依據ArcGis的.shp文件加載地理信息數據，如湖泊地形等數據進行初步設計。然后，將設計內容帶入Infoworks或者MIKE模型進行水動力學、水質模型運算等，最后將模型運算結果可視化反饋。因此，引入傳統AutoCAD制圖軟件與模型計算相結合的授課內容。

以上教學目標的達成以及新科研成果在教學過程中的應用，都離不開科學的教學理念作為引導，促使課堂教學內容的落實。

二 "基于OBE理念的環境與建筑工程制圖基礎課程設計優化

結合現階段國外工程制圖課程設置對環境類專業的針對性不強的問題，以及國內環境類工程制圖課程注重基本操作，而缺乏現階段不同類型工程案例的特點，本教學團隊基于學習產出的教育（OBE）理念，對環境與建筑工程制圖基礎課程設置進行優化。通過調研環境類專業對計算機輔助工程制圖的需求，結合畢業校友對專業技能的反饋，最終確定本課程的教學思路如圖1所示。

環境與建筑工程制圖基礎課程的主要內容包括三個方面。

（一） "計算機輔助繪圖基礎

本科生完成畫法幾何課程學習的基礎上，已經掌握了尺規作圖和手繪制圖的基本操作。為進一步拓展計算機輔助制圖的作用與優勢，提升學生制圖的效率以應對社會對環境工程卓越工程師的新要求，開展計算機輔助制圖基礎內容的教學。此部分概要介紹環境類工程制圖的應用場景，計算機輔助工程制圖發展歷程，以及主流的計算機輔助制圖軟件AutoCAD的概況；以AutoCAD軟件為載體，介紹AutoCAD工作界面及基本功能，包括AutoCAD工作界面介紹、制圖前準備工作、基本命令調用以及基礎平面圖形繪制等內容；在此基礎上，進一步講述復雜圖形繪制及編輯，包括典型構筑物的輪廓繪制、塊的構建與分解、圖形填充以及圖形測量和尺寸標注等內容；之后，對AutoCAD三維圖形繪制相關內容進行拓展；最后以工程制圖成果展現收尾。

（二） "環境類工程制圖應用

在本課堂上掌握AutoCAD軟件基礎功能和基本操作的基礎上，進一步細化延伸至環境類專業可能的應用場景，通過不同類型的工程案例，有針對性地引導讀者掌握AutoCAD在不同工程領域的實際應用，涵蓋從規劃到設計，延伸至施工圖等多個流程和環節。其中，以市政專項規劃為切入點，結合專項規劃涉及的主要作圖內容及其制圖特點；結合水污染控制工程、大氣污染控制工程、固體廢棄物處理與處置等環境工程專業核心課程的設置，開展市政污水處理廠設計及其排水管網設計的教學內容，不僅包含污水處理廠的工藝特點介紹，更偏重于水污染控制工程制圖的特點。由于大氣污染控制工程中涉及與工程設計相關的內容為環保設備，因此本課程選取燃煤鍋爐煙氣凈化裝置和設備的設計作為授課內容，以期為學生展現工程設備制圖與土木建筑制圖的顯著差異性。當今固體廢棄物的處理與處置現狀要求學生不僅要掌握傳統的垃圾填埋場設計，同時還需要掌握垃圾焚燒廠的設計，不僅包含了土建制圖，同時也囊括了環保設備制圖。河湖水生態修復作為當下我國生態環境事業發展的重要組成板塊，其相關設計內容不僅包含了環境工程的專業知識，同時還涉及水利工程計算和市政工程設計的內容，因此河湖水生態修復相關的設計同樣具有鮮明的特色。本課程計劃邀請有相關項目經驗的校外工程師導師為學生進行講授，一方面讓學生了解計算機輔助工程制圖的具體應用場景，同時也進一步提升了學生對專業知識的新感知和新認識，以此案例拓展讀者的工程應用視野和經驗。

（三） "環境類工程制圖展望

在學生掌握現階段計算機輔助工程制圖的應用場景后，進一步探索和展望工程制圖的發展趨勢，包括AutoCAD與ArcGis、Fluent、Ansys等分析計算軟件的聯用，以及新興建筑信息模型BIM中多板塊的特征和應用。結合環境大數據信息化和智能化發展，以及市場高速發展對專業的需求，綜合考慮多方面因素使授課對象的環境工程專業工程制圖的理論和實際都處在前沿。

三 "第二課堂成果展示交流與反饋

本文將以湖溪河水環境綜合治理的設計內容為例，介紹環境與建筑工程制圖基礎課程團隊帶領學生從理論到實際地感受工程圖紙到實際工程的過程。具體按照如圖2所示的技術路線開展。

課堂講授內容主要是給學生介紹工程項目的背景、項目實施的目的以及提供必要的制圖基礎資料，如圖3（a）所示；現場踏勘則帶學生去湖溪河現場，和學生一起分析問題，討論解決思路，如圖3（b）所示；學生制圖環節主要引導學生將自己的想法用圖紙的方式表達出來，成果展示環節要求學生將自己分工的內容與工程現場進行對照；交流反饋環節則主要讓學生們分享自己的制圖心得和課程收獲，如圖3（c）所示；同時反饋教學意見，以方便環境與建筑工程制圖基礎課程團隊授課老師進一步進行完善優化。

四 "結束語

在新工科建設的背景下，工程制圖課程朝著專業化和差異化方向快速發展。環境與建筑工程制圖基礎課程作為面向環境類本科生開設的專業基礎課程，同樣面臨著加強與本專業工程項目緊密聯系的需求。將基于學習產出的教育（OBE）理念融入到課程教學過程中，通過教師講授、現場踏勘、學生制圖、成果展示和交流反饋等多個環節，不僅可以提升學生在學習過程中的獲得感，也可以通過成果交流發現學生遇到的問題并及時進行解答，同時還能給學生提供一個教學反饋意見的途徑，以協助授課教師團隊的教學效果提升進入良性循環。

參考文獻：

[1] 張寒冰，徐詩琪，江露瑩，等.基于成果導向理念的環境工程CAD教學改革探析[J].高教學刊，2023，9（9）：149-152.

[2] 顧效綱，吳俊峰，劉彪，等.工程教育專業認證背景下《AutoCAD》課程教學改革探索——以河南城建學院環境工程專業為例[J].電腦知識與技術，2022，18（26）：101-103.

[3] 陸鋼，王璐，朱明山.環境工程項目驅動教學法在《環境工程施工與概預算》課程教學改革研究[J].高教學刊，2020（16）：150-153.

[4] 李響，范心韻，薛罡，等.環工《建筑概論與制圖》“教-測-識-繪”教改實踐[J].圖學學報，2020，41（5）：854-860.

[5] 錢偉，李建軍，葉波，等.OBE教學理念在《環境工程CAD》課程中的設計與應用[C]//中國國際科技促進會國際院士聯合體工作委員會.教學方法創新與實踐科研學術探究論文集（三），仲愷農業工程學院，2022：3.

[6] 鄧文葉，禹懷亮，陳帥.基于OBE理念的大氣污染控制工程教學探討[J].科教導刊，2023（6）：117-119.

[7] 呂笑非，石明娟，丁濤，等.基于OBE理念的教學設計中思政元素的融入——以“環境監測”課程為例[J].教育教學論壇，2022（39）：165-168.

[8] 陳云嫩，劉俊，任如山，等.基于OBE理念的《固體廢棄物處理》課程改革與實踐[J].廣東化工，2021，48（17）：299-300.

[9] 羅定貴，龍建友，王筱虹，等.工程教育認證畢業要求與課程群對應關系探討[J].高教學刊，2023，9（20）：60-64.

[10] 李彥鵬，張力元，商連.基于工程教育認證的“大氣污染控制工程”課程教學改革[J].當代化工研究，2022（2）：114-116.

[11] 周濤，林姝燦，戴世金，等.環境工程固體廢物處理與資源化教學改革實踐與建議[J].教育教學論壇，2020（20）：226-228.

[12] 石兆勇.高等教育改革背景下《環境評價》課程的教改探索[J].教育教學論壇，2015（2）：99-100.