基于《环境工程制图与CAD》课程系列教材的混合式教学实践
张晶 潘立卫 满悦芝 宋健伟 钟和香 陈淑花
摘? 要：《环境工程制图与CAD》是各高校环境工程专业的重要专业课程，在学生继续学习深造和工作中都有着广泛的应用。文章分析了该课程教学过程中存在的问题，在大连大学教学团队和化学工业出版社联合出版的《环境工程制图与CAD》《环境工程设计图集》《环境工程设计案例图集》等系列教材基础上，对该课程进行了混合式教学改革与实践，并录制了该课程的在线教育资源。不仅能够真正提升学生对该课程的学习能力，还将在各高校《环境工程制图与CAD》课程混合式教学改革中起到推进作用。
关键词：《环境工程制图与CAD》;混合式教学;系列教材
中图分类号：G642? ?? 文献标志码：A? ? ? ? ?文章编号：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
《环境工程制图与CAD》主要是通过图形来进行教学的课程，一般课程的内容具有抽象化特点，需要学生具有一定的空间想象能力[1]，传统的教学模式是采用“理论先行+实践练习”的形式来辅助学生学习和理解问题。学生处于被动学习状态，教学效果并不显著。因此，对该课程进行教学改革和实践显得至关重要。为增强学生的学习兴趣，让每一位学生熟练掌握环境工程中CAD识图和绘图能力，是亟待解决的问题。同时响应国家“一流课程双万计划”打造“金课”淘汰“水课”的理念，进行了《环境工程制图与CAD》课程系列教材的编写，并形成全新的在线设计课程，丰富和提高本科生课堂的前沿性、实践性。
一、《环境工程制图与CAD》课程教学现状及存在问题
《环境工程制图与CAD》课程为本科教学环境工程专业的必修课，其与工程实际应用密不可分。该课程不仅需要学生学会CAD软件的逻辑命令及图形绘制，还需要学会环境工程专业知识，培养出独立操作的能力及解决问题的能力。但在实际的课程教学中暴露出诸多问题，主要体现在以下四个方面。
（一）被动学习效率低
传统的教学手段是在多媒体机房或者教室内，老师利用投屏的方式进行示范性操作，学生利用课本进行简单学习或跟随老师操作步骤进行重复。由于课堂时间有限，老师教学示范通常比较简单，更多偏重于CAD软件的基本操作，与环境工程专业實际脱节。尤其是对于本专业的图纸，如水处理构筑物等讲解偏少，这种教学方法远不能达到教学目标及学生日后个人职业发展的要求。学生的读图能力及空间感没有得到锻炼，不能明确认识到工程制图中的准确表达概念。课后，学生只能凭借回忆重复课堂上的操作，不仅需要大量时间进行重复，还会降低学习效率。造成了师生双方都处于一个尴尬的局面，二者费心费力却收获很少，使得教学的效果不尽人意。
（二）学习资源缺乏
通常学生获取环境工程与CAD方面的知识渠道为图书馆书籍或者教材，对于这种专业性强的交叉学科，其参考书籍有限，并且较为单一，无法满足学生的学习目标要求。教学书籍也偏于两极化发展，高校的教材往往偏于理论，具体操作实例少;而企业的工具用书往往又偏于工具化，易造成学生理解断层。在教学实践中，大部分高校只是简单地选择一本教材，使得教学过程过于“书生气”，而缺乏“地气”。造成了知识储备与工程实际脱轨，偏离了教学的最终目的，即所学非所用。
（三）课堂上学生能动性差
在课堂教学过程中通常为老师一言堂，学生多数没有积极主动参与教学过程的机会，更多的创新思维没有得以表现，甚至没有学会的知识点也不会主动提问。由此造成了师生之间互动缺乏，课上听不懂，课下学不会的情况频繁发生，学生无法对课上的知识和技巧进行良好的复习。长久如此，会降低学生的学习兴趣，使其失去对该课程的学习信心。
（四）教学软件单一
现在的高校CAD课程教学主要以平面辅助绘图为主，对于需要立体表现的三维模型则不能很好表达，对于复杂的构筑物仅采用平面绘制，不能将平面图形和实际构筑物的三维属性对应，读图和识图能力下降。由此可见，仅利用单一的教学软件无法满足学生的全方面发展。在工程实践和理论教学中存在着代沟，需要对传统的教学模式进行转变。
二、《环境工程制图与CAD》课程教学改革与实践
为解决以上教学中存在的问题，可以分别采取以下措施。
（一）采取线上线下混合式教学方式
为响应国家“互联网+”的号召，提升学生的自主学习能力和学习积极性，照顾到每一位学生的个体差异性，方便老师与学生进一步的互动。采用新形式的线上与线下混合教学模式[2]，通过利用我校自行组建的
BOOC团队录制的网课视频资源，根据具体教学情况，提前设计好各个教学环节。利用线上和线下资源的无缝对接，翻转课堂，使得学生成为课堂的主人[3]。真正地实现了以学生为发展中心，重新明确了教学目标，注重学生的全方面培养，激发学生的学习动力和潜力。线上进行基础知识的预习和巩固，线下进行能力的提高和考核，能够更好地掌握学生的学习动态。关于线上线下混合式教学实际情况见图1。
（二）采用《环境工程制图与CAD》系列教材
鉴于环境工程制图的实际工程案例和实际操作要更优于课程的理论讲解，所以与传统采用单一教材进行授课有所不同，采取教材与实际工程案例图集双通道教学，做到理论与实际并重。我校2014年《环境工程制图与CAD》课程团队出版了普通高校“十二五”规划教材《环境工程制图与CAD》，并随后于2017年出版了《环境工程设计图集》《环境工程设计案例图集》，可以将CAD教学与专业课程紧密结合，增加课程体系的连贯性，可以快速提高学生的专业绘制能力，培养学生运用CAD进行水污染控制、大气污染控制、固体废物控制工艺流程和处理构筑物绘制。通过这种理论与实际组合式的教材模式，可以将CAD操作技能与专业技术进行有机地结合，更好地突出专业知识的实际应用，从而使教学环节的实施具有实际意义。《环境工程制图与CAD》课程系列教材见图2。
（三）加强教学管理
在线下教学过程中，学生在老师的积极引导下，通过师生之间的协作实践、交流分享。在课堂上或课堂下，教师和学生将自己的实践经验及学习成果通过线上媒介与大家进行共享，让大家充分加入到学习过程中，在分享的过程中认识到自身的不足，以逐渐提高自身的绘图水平。利用答辩的形式代替以往仅凭作业完成情况评定学习成绩的方式，一方面可以避免学生通过作弊达到完成作业的目的，另一方面也可以检验出学生真正的学习水平，对每个学生进行量身定制的教学评价。在进行答辩过程中，先对学生的成果进行肯定，通过对大多数学生存在的共性问题进行统一讲解，将所学的知识进行梳理，加强巩固，使每个同学都得到锻炼的机会。课程答辩实际情况见图3。
（四）拓展专业的绘图软件
建筑信息模型（BIM）通过对建筑项目进行三维建模，利用数字技术，为该模型提供完整的信息数据。其“可视化”的特性将有助于学生对三维图形的理解，以此克服二维图形带来的局限性，增强学生的读图和识图能力。由于现阶段CAD已经融入到工程绘图的血液中，BIM作为一种新兴软件需要一定的时间才能被大家所接受。在短时间内，仍然以CAD作为主要的生产力工具。在进行教学的角度来讲，CAD的教学已经形成规模化和程序化，BIM仍处于萌芽状态。二者是并存与发展的关系，并不存在竞争，通过结合二者所独有的特点，利用线上资源将其整合，发挥二者最大优势。例如，在前期教学中，先利用CAD锻炼学生的基本构图和绘图能力，达到快速上手的目的。后期教学中，利用BIM“可视化”的特点帮助学生对三维构图的理解，反过来有益于提高学生的读图和识图能力，将二者有机的结合将会推动本课程的改革。
三、课程改革具体案例实施
下面通过将“水处理构筑物的绘制”作为讲解实例讲解教学改革的具体实施过程。其主要分为五大部分，见图4。
（一）课前预习
要想保证上课时的高效学习效果，充分的课前预习是关键。通常学生使用书本预习，不能达到有效预习的目的。通过使用我校自主录制的MOOC视频线上资源，将完整的授课计划及教学视频呈现在学生的移动端。学生可以利用移动设备进行随时随地的课前预习，通过教学视频的直观讲解能够使学生更好地理解所学的内容，可以更加带有针对性地去听线下课程。
（二）线上任务创建
在线下课程开始之前，通过化工易课堂和MOOC等平台向学生分配绘制任务[4]，根据老师的要求，完成水处理构筑物平面图的绘制。通过对实际工程案例的模拟，让学生充分感受到工程设计的氛围，提升学生的综合水平。
（三）识读平面图
通过识读平面图可以让学生从大体上把握构筑物的基本组成，更有利于学生对构筑物层次的理解。在识读平面图后利用BIM对平面图进行三维绘制，通过BIM三维模型的直观演示，可以让学生更好地将构筑物平面图与实际构筑物进行对应，对平面图的认识更加深刻。
（四）抄绘平面图
进行平面图的绘制是从认识到实践的过程，在这个过程中，会涉及很多复杂的指令和操作，可能出现部分学生不会绘制的情况。此时，可以利用绘制好的网络视频资源对学生进行辅助，视频中包含操作指令及每一步详细的操作指导，帮助学生解决在绘制过程中遇到的难题。另外，通过雨课堂等线上平台可以对学生的绘制情况进行实时监控，通过学生反馈可以对其进行单独的辅导，让学生更加熟练地运用指令操作。利用线上资源，真正地让学生成为课堂的主人。
（五）图纸审核
在构筑物平面图绘制完毕后，使用答辩的形式代替以往评分的形式。学生先通过学习互助小组进行讨论交流，同时对自己的平面图进行讲述，以此来判断学生的学习状况。对于在绘制过程中存在的共性问题，由老师进行集中解决，保证教学的质量。
四、改革和实施成效评价
通过课程的改革和实施，有效地提高了学生的学习效果。在期末测评中，成绩为A的学生占比85%、成绩为B的学生占比15%。成效不仅表现在学习成绩的提升，更多体现在学生对环境工程构筑物的全面认识及强大的绘制能力，掌握了構筑物的运行、构成、管道布局等。让学生的创新型和发散性思维得到了展示，其能力得到了多方面的提升。在师生的相互协助下，达到良好的教学目标要求[5]。
五、结束语
由成效评价中可以看出，通过使用线上线下混合式教学方式及新编教材和图集的使用能够激发学生的学习兴趣，能够有针对性地解决教学过程中遇到的问题，方便老师对学生的学习状况进行实时掌控。学生的学习方式也不再是简单的填鸭式教学，同时调动其积极性，图集的加入让学生对环境工程专业有了更加深刻地认识，让学生成为课堂的主人。该教学模式不仅使学生的专业绘图能力得到全方面发展，更是对新型教学模式的进一步探索。
参考文献：
[1]教育部高等学校教学指导委员会.普通高等学校本科专业类教学质量国家标准[M].北京：高等教育出版社，2018：330-335.
[2]韩智凡.线上线下混合教学在建筑CAD课程中的应用[J].湖北农机化，2019（7）：37.
[3]刘宁.机械制图课程中翻转课堂教学模式的应用[J].高等教育，2015（7）：114.
[4]张晓婷.基于蓝墨云班课的混合式教学课堂管理探究[J].晋城职业技术学院学报，2019，12（1）：51-54.
[5]栗嘉琨，薛飞.应用型本科高校建筑CAD课程教学改革探讨[J].四川水泥，2019（6）：134.
