成果導(dǎo)向教育模式下環(huán)境工程CAD課程改革與實(shí)踐

白少元 解慶林 游少鴻 黃亮亮 靳振江

摘 要：通過(guò)對(duì)近5年來(lái)環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙及課程設(shè)計(jì)圖紙的問(wèn)題查閱發(fā)現(xiàn)，工程思維缺乏、圖形繪制規(guī)范化欠缺是學(xué)生繪制圖紙中最為普遍的兩個(gè)問(wèn)題。在此情況下，利用成果導(dǎo)向性理念對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容及考核方式進(jìn)行調(diào)整，以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)繪圖的熱情，課程改革后學(xué)生繪圖水平得到顯著提高。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向教育；環(huán)境工程CAD；畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙；工程思維；制圖規(guī)范化

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）02-0061-03

Abstract： After analyzing the graduation design drawings and course design drawings of the students in environmental engineering of the recent 5 years， the lack of engineering thinking and the lack of plot standardization were the major two common problems in environmental engineering drawings. In this case， the course contents and evaluation methods were reformed to arouse the student enthusiasm of drawing according to outcome based education mode. It was found that the students' drawing capabilities were significantly increased after the course reformed.

Keywords： outcome-oriented education； environmental engineering CAD； graduation design drawings； engineering thinking； plot standardization

AutoCAD計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)是目前國(guó)際上應(yīng)用最為廣泛的繪圖工具，環(huán)境工程CAD作為環(huán)境工程專業(yè)的必修課程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性質(zhì)，環(huán)境工程制圖設(shè)計(jì)涉及到的圖件種類和類型較多，并且貫穿于設(shè)計(jì)繪圖、制造、施工、安裝、操作和管理過(guò)程中，是專業(yè)知識(shí)和能力的重要和必要的體現(xiàn)手段[1，2]。在校學(xué)生對(duì)CAD繪圖能力的掌握程度會(huì)直接體現(xiàn)在其課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量上，也將進(jìn)一步影響到學(xué)生未來(lái)在環(huán)境工程領(lǐng)域的專業(yè)發(fā)展。在此情況下，我們引入成果導(dǎo)向教育理念（Outcome based education，簡(jiǎn)稱OBE，也通常被稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育）對(duì)環(huán)境工程CAD課程進(jìn)行改革與實(shí)踐。

一、課程改革思路

在環(huán)境工程CAD課程改革與實(shí)踐過(guò)程中，首先鎖定OBE的四個(gè)核心問(wèn)題[3，4]：（1）想讓學(xué)生取得的環(huán)境工程CAD學(xué)習(xí)成果是什么？（2）為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？（3）如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果？（4）如何知道學(xué)生是否已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果？其次，是對(duì)四個(gè)問(wèn)題的解決途徑進(jìn)行構(gòu)思。然后，根據(jù)設(shè)計(jì)的改革途徑對(duì)四個(gè)問(wèn)題進(jìn)行逐個(gè)實(shí)踐。最后，檢驗(yàn)改革成果。具體來(lái)說(shuō)：

1. 想讓學(xué)生取得的環(huán)境工程CAD學(xué)習(xí)成果是什么？為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？為回答這兩個(gè)問(wèn)題，我們基于對(duì)用人單位的調(diào)查、校友意見反饋及近五年來(lái)學(xué)生在畢業(yè)圖紙中凸顯的問(wèn)題的綜合匯總，對(duì)環(huán)境工程CAD課程教育成果進(jìn)行了梳理，并以此為導(dǎo)向，制定了環(huán)境工程CAD的課程目標(biāo)。

2. 如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果？我們通過(guò)遴選授課內(nèi)容、有針對(duì)性的優(yōu)化課程內(nèi)容、改革考核方式等途徑，幫助學(xué)生取得預(yù)期的學(xué)習(xí)成果。

3. 如何知道學(xué)生是否已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，主要通過(guò)課程考核及隨后學(xué)生在相關(guān)專業(yè)課程（如水污染控制、大氣污染控制、固體廢物處理處置等）的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量反饋，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行跟蹤評(píng)估，以確定學(xué)生是否取得預(yù)期效果。

二、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)圖紙中凸顯的問(wèn)題

通過(guò)開展環(huán)境工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)生近五年來(lái)畢業(yè)設(shè)計(jì)中的圖紙質(zhì)量復(fù)查工作，對(duì)繪圖中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)，圖紙中的問(wèn)題主要集中在學(xué)生缺乏工程思維和繪圖不規(guī)范兩個(gè)方面。

（一）缺乏工程思維

水污染控制類課程一直是環(huán)境工程專業(yè)的重點(diǎn)課程，相關(guān)內(nèi)容的畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)量比例最大；其次是固體廢棄物的處理處置及大氣污染控制類相關(guān)課題。以水污染控制類畢業(yè)設(shè)計(jì)中污水處理廠/站設(shè)計(jì)為例，圖紙中的問(wèn)題主要集中在以下三個(gè)方面：

1. 學(xué)生雖然能夠根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范或設(shè)計(jì)手冊(cè)準(zhǔn)確計(jì)算出工藝中各構(gòu)筑物的尺寸，并利用CAD將各單元構(gòu)筑物繪制成平面布置圖，并且各構(gòu)筑物長(zhǎng)、寬等尺寸準(zhǔn)確，但是構(gòu)筑物之間的距離卻隨手為之，或?qū)捇蛘?，沒(méi)有考慮構(gòu)筑物間道路的實(shí)際寬度。另外，多數(shù)設(shè)計(jì)未繪制廠區(qū)圍墻，造成各構(gòu)筑空間定位及廠區(qū)總體占地面積估算的不準(zhǔn)確；或者即便設(shè)置圍墻，但對(duì)于廠區(qū)大門及側(cè)門的開設(shè)位置沒(méi)有考慮實(shí)用性（通常廠區(qū)正門應(yīng)開設(shè)在里辦公區(qū)域較近的位置，而側(cè)門開在與污泥較近的位置，從而便利于廠區(qū)的生產(chǎn)生活），并且沒(méi)有考慮風(fēng)向及與市政道路的銜接。

2. 雖然污水處理各單元構(gòu)筑物均通過(guò)計(jì)算得到，但廠區(qū)中附屬構(gòu)筑物如綜合樓、化驗(yàn)室、鼓風(fēng)機(jī)房等的設(shè)計(jì)則很隨意，其尺寸大數(shù)與《城鎮(zhèn)污水處理廠附屬建筑和附屬設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) CJJ31-89》《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范中相關(guān)數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生并未查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而是根據(jù)整體布局隨意勾畫。

3. 在廠區(qū)管線的鋪設(shè)上，僅考慮構(gòu)筑物之間的污水管道、污泥管道及曝氣管道的連接與設(shè)置，并未考慮廠坪標(biāo)高、鋪設(shè)埋深等，而且管道位置僅為示意圖，并非經(jīng)計(jì)算得來(lái)。此外，多數(shù)同學(xué)對(duì)于污水處理廠的雨水管道、廠區(qū)生產(chǎn)生活用水及產(chǎn)生的污水未進(jìn)行設(shè)計(jì)。

另外，設(shè)計(jì)圖紙還體現(xiàn)出學(xué)生功能分區(qū)意識(shí)不清，生活、工作、生產(chǎn)區(qū)混淆，也不注意建筑物的南北朝向及不顧風(fēng)玫瑰圖的指示，將綜合樓設(shè)置在下風(fēng)向位置。

（二）繪圖不規(guī)范

對(duì)照《建筑給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50106-2010）對(duì)往年畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行查閱還發(fā)現(xiàn)，多數(shù)同學(xué)的畢業(yè)圖紙中存在或多或少不規(guī)范的地方，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 缺少圖紙說(shuō)明及目錄

在工程設(shè)計(jì)圖紙中，一套圖紙中的第一幅通常為圖紙說(shuō)明及目錄，主要注明工程規(guī)模、占地、工藝、各構(gòu)筑物指標(biāo)、投資、圖紙順序等內(nèi)容，但往年畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙中則缺乏該部分內(nèi)容。

2. 繪圖比例不規(guī)范

《建筑給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50106-2010中規(guī)定了水處理廠平面圖、水處理構(gòu)筑物平面和剖面圖等的常用比例。但學(xué)生為將構(gòu)筑物充滿圖紙，使布局看起來(lái)協(xié)調(diào)，常采用1：120、1：280、1：1400、1：5300等非標(biāo)準(zhǔn)比例，更嚴(yán)重的是標(biāo)示比例為假想比例。一般情況下，若從圖紙美觀的角度考慮，學(xué)生可以通過(guò)改變材料表或說(shuō)明的位置等進(jìn)行調(diào)整，而非采用更改設(shè)計(jì)圖為非標(biāo)準(zhǔn)比例的方式。

3. 文字樣式及線型不規(guī)范

建筑設(shè)計(jì)圖紙中的字體多選用長(zhǎng)仿宋體（仿宋GB2312），在字體高度上，也是按照文字標(biāo)示的級(jí)別，依次設(shè)置文字高度：如1.8、2.5、3.5、5.0、7.0mm等。但檢查發(fā)現(xiàn)，部分設(shè)計(jì)圖紙并未按要求選用CAD的長(zhǎng)仿宋體（仿宋GB2312）；或者即便設(shè)置為仿宋體，但并未設(shè)置字體的長(zhǎng)寬比例，造成字體樣式的不規(guī)范；在文字高度上，未按照文字級(jí)別有層次的選取文字高度等。

在線型選擇上，一般推薦采用漢語(yǔ)拼音字母來(lái)區(qū)分管道類別，在線寬的選擇上，按規(guī)范中要求的0.25b、0.5b、0.75b、b（b為0.7或1.0mm）來(lái)設(shè)置不同級(jí)別的線寬。但檢查發(fā)現(xiàn)，有學(xué)生僅采用簡(jiǎn)單的實(shí)線、虛線、點(diǎn)劃線等來(lái)表示污水管道、污泥管道、曝氣管道等，在線型較多的平面圖中，便出現(xiàn)了線體混雜，難以識(shí)別的問(wèn)題；此外，在線寬的選擇上，也未按照繪圖規(guī)范來(lái)選擇線寬。

4. 標(biāo)示不清楚

一般圖紙中的標(biāo)注應(yīng)包括建筑物及圍墻的角點(diǎn)坐標(biāo)、管道位置坐標(biāo)、圓形構(gòu)筑物的圓心坐標(biāo)、構(gòu)筑物及建筑物的長(zhǎng)寬尺寸、構(gòu)筑物間尺寸距離、地坪標(biāo)高等內(nèi)容；對(duì)于管道來(lái)說(shuō)，除線型使用應(yīng)規(guī)范外，還應(yīng)標(biāo)明管徑、走向、埋深、管道交叉位置、上下兩管道的管底和管頂標(biāo)高等信息；而對(duì)于雨水管道，還應(yīng)標(biāo)明檢查井位置等。但檢查中發(fā)現(xiàn)，以上所述標(biāo)注多數(shù)不完全。

5. 圖紙說(shuō)明不完整

每張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙應(yīng)設(shè)置材料表，列清名稱、規(guī)格、單位、數(shù)量、材料、備注等信息；說(shuō)明文字中應(yīng)注明繪圖單位、設(shè)計(jì)規(guī)模、占地、綠化率、圖紙比例等內(nèi)容，而檢查的圖紙中多標(biāo)注不完全。

三、課程改革

根據(jù)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)圖紙中凸顯的問(wèn)題，結(jié)合社會(huì)需求，主要從授課內(nèi)容、考核方式兩方面入手，引導(dǎo)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化制圖。授課過(guò)程以教師示范、講授、引導(dǎo)為主，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)繪圖的積極性，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力水平，以有效地幫助學(xué)生取得預(yù)期的學(xué)習(xí)成果。

（一）調(diào)整授課內(nèi)容

在以往環(huán)境工程CAD授課過(guò)程中，主要以教材及輔助教材為主，采用的教材主要包括《環(huán)境工程CAD應(yīng)用技術(shù)》（第二版，潘理黎，化學(xué)工業(yè)出版社，2012）、《中文版AutoCAD工程制圖》（2010版，崔曉利主編，清華大學(xué)出版社，2010）、《環(huán)境工程制圖與CAD》（2014版，張晶，化學(xué)工業(yè)出版社），按照書中案例，重點(diǎn)在于講解各圖形構(gòu)建的繪制方法和繪圖技巧上。因此，課程內(nèi)容改革的重點(diǎn)在于：在學(xué)生熟練掌握繪圖方法和繪圖技巧的前提下，培養(yǎng)學(xué)生制圖的規(guī)范化和基于工程思維的制圖能力。

在此思路的指導(dǎo)下，改革后的課程內(nèi)容：以環(huán)境工程類專業(yè)圖集的繪制為主，教材為輔，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容案例化。教師首先利用8個(gè)學(xué)時(shí)講授AutoCAD軟件基本二維圖形的繪制方法，結(jié)合對(duì)簡(jiǎn)單圖形的練習(xí)，使學(xué)生掌握以下內(nèi)容：（1）新建、保存新圖形；（2）繪圖坐標(biāo)系設(shè)置；（3）基本設(shè)置，如顯示控制、畫線（直線、復(fù)線、多義線等）設(shè)置、坐標(biāo)輸入、畫圓和圓弧等；（4）掌握輔助繪圖工具的使用，包括：縮放、平移、縮放與實(shí)時(shí)平移的快速轉(zhuǎn)換、對(duì)象捕捉、對(duì)象追蹤、柵格捕捉、正交、查詢圖形信息、繪圖單位的設(shè)置、繪圖界限設(shè)置；（5）熟練掌握繪制及編輯圖形方法，如對(duì)象的選擇方式、刪除和恢復(fù)、移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)、復(fù)制和鏡像、對(duì)齊、比例縮放、延伸和拉伸、偏移和陣列、倒圓角和直角等。另外，在繪圖過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生利用不同繪圖命令進(jìn)行同一圖形的繪制方法：如繪制中國(guó)結(jié)，可以采用繪制弧線的方法、繪制圓形剪切的方法或直接采用多段線進(jìn)行繪制，以此鍛煉學(xué)生自主思考和探索的能力。

學(xué)生掌握基本繪圖和編輯工具的使用后，將學(xué)生引入環(huán)境工程專業(yè)圖集的繪制階段。首先向?qū)W生展示水污染控制、固體廢物處理處置、大氣污染控制圖集，介紹每幅圖的特點(diǎn)，需要注意的實(shí)際問(wèn)題，并提醒學(xué)生利用工程思維思考圖紙繪制中的細(xì)節(jié)問(wèn)題；而后再選擇代表性圖件，由學(xué)生進(jìn)行臨摹繪制。繪制專業(yè)圖之初，首先向?qū)W生系統(tǒng)講授繪制專業(yè)圖集的步驟，包括設(shè)置繪圖環(huán)境、建立圖層、設(shè)置字體樣式、標(biāo)準(zhǔn)樣式、表格樣式、圖紙布局、比例及打印出圖等；繪圖過(guò)程中，適時(shí)穿插講授塊的定義和特點(diǎn)、處理塊的相關(guān)命令、塊的屬性定義和編輯、外部參照的引用和管理、圖案填充方法、填充編輯技巧、用對(duì)象特性管理器編輯圖案填充等內(nèi)容。

（二）繪圖規(guī)范化的培養(yǎng)

專業(yè)圖紙繪制過(guò)程中，首先培養(yǎng)學(xué)生良好的繪圖習(xí)慣，如同類圖件繪制在同一圖層中，而后根據(jù)學(xué)生的繪圖進(jìn)度，適時(shí)講解《建筑給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50106-2010），并及時(shí)糾正學(xué)生圖紙中的文字、線型、標(biāo)準(zhǔn)、比例等的不規(guī)范問(wèn)題，以培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生繪圖的規(guī)范化。

四、考核方式及學(xué)生自主思考能力的培養(yǎng)

OBE教育理念強(qiáng)調(diào)在教師的啟發(fā)與指導(dǎo)下，通過(guò)成果導(dǎo)向教學(xué)模式為學(xué)生搭建起通往成果的發(fā)展平臺(tái)，讓學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望，從而激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性[5]。因此，環(huán)境工程CAD成果導(dǎo)向教學(xué)模式改革考核方式，改變以往成績(jī)?cè)u(píng)定以試卷或上機(jī)繪制簡(jiǎn)單圖形為主的考核方式，而是以過(guò)程評(píng)估加以替代。具體來(lái)說(shuō)，在授課過(guò)程中，根據(jù)課時(shí)數(shù)量為學(xué)生安排幾次專業(yè)圖紙臨摹繪制的作業(yè)，設(shè)置每幅圖的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，并以這幾次作業(yè)成績(jī)?yōu)橐罁?jù)進(jìn)行總成績(jī)?cè)u(píng)定。

每次作業(yè)以打印出圖形式上交，讓學(xué)生深刻了解到顯示在電腦屏幕上的圖形與打印在圖紙上的圖形的差異，從而掌握由圖形繪制到最后出圖的整個(gè)過(guò)程。圖紙上交后，任課教師根據(jù)《建筑給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50106-2010）規(guī)范，寫明圖紙中的優(yōu)缺點(diǎn)，并逐一對(duì)學(xué)生圖紙作業(yè)中的問(wèn)題進(jìn)行標(biāo)示，根據(jù)制定的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分。每次作業(yè)結(jié)束后，向全班同學(xué)展示優(yōu)秀的繪圖作業(yè)，并總結(jié)每次作業(yè)的典型問(wèn)題。

五、教學(xué)改革效果

課程內(nèi)容及考核方式的調(diào)整，充分激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)繪圖的興趣，尤其是每次作業(yè)發(fā)下去后，都引起學(xué)生熱烈的討論。學(xué)生除了上課時(shí)間外，在課下也能主動(dòng)練習(xí)圖紙的繪制。甚至出現(xiàn)了學(xué)生自發(fā)組織的由本學(xué)院不同專業(yè)和年級(jí)學(xué)生參加的繪圖比賽，繪圖積極性空前高漲。總之，課程改革后，學(xué)生的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量顯著提高。

六、結(jié)束語(yǔ)

環(huán)境工程CAD課程致力于培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的理論與動(dòng)手能力，學(xué)生通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，能夠使用CAD軟件進(jìn)行環(huán)境工程專業(yè)圖紙的設(shè)計(jì)、繪制及成套出圖工作。通過(guò)對(duì)近5年來(lái)環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙及課程設(shè)計(jì)圖紙的查閱發(fā)現(xiàn)，學(xué)生繪制圖紙中普遍存在工程思維缺乏、圖形繪制規(guī)范化欠缺等問(wèn)題。在此情況下，利用成果導(dǎo)向性理念對(duì)教學(xué)內(nèi)容及考核方式進(jìn)行調(diào)整，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)制圖的熱情，使學(xué)生制圖水平得到顯著提高。

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