環(huán)工《建筑概論與制圖》“教-測(cè)-識(shí)-繪”教改實(shí)踐

李 響，范心韻，薛 罡，高 品，劉亞男，余 陽(yáng)，劉振鴻

(東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620)

20世紀(jì)70年代末期，我國(guó)環(huán)境專業(yè)教育和環(huán)境生態(tài)保護(hù)事業(yè)同時(shí)起步；最早依托土木學(xué)科和給水排水工程專業(yè)設(shè)立的環(huán)境工程專業(yè)具有鮮明的土木工程背景(如：同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等)；同期歐美國(guó)家大部分環(huán)境學(xué)科下也設(shè)置了土木建筑專業(yè)，使環(huán)境工程本科專業(yè)亦具有典型的土木工程學(xué)科和專業(yè)特點(diǎn)[1]。在我國(guó)具有水利、紡織、冶金、化學(xué)化工等行業(yè)背景類的高校后期設(shè)置的環(huán)境工程專業(yè)中，為培養(yǎng)符合社會(huì)需求的工程化人才，土木建筑成為教學(xué)和人才培養(yǎng)體系中不可或缺的方向，奠定了專業(yè)工程實(shí)踐基礎(chǔ)。發(fā)展至今，土木建筑已成為環(huán)境工程專業(yè)的重要支撐方向之一[2]。

隨著生態(tài)文明發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求的提升，當(dāng)前環(huán)境工程專業(yè)和學(xué)科已跨界土木建筑、化學(xué)化工、生態(tài)、生物、熱物理、動(dòng)能等多個(gè)學(xué)科和專業(yè)，形成了典型的交叉學(xué)科專業(yè)特征，賦予了環(huán)境工程本科專業(yè)新的人才培養(yǎng)內(nèi)涵，工程創(chuàng)新和相應(yīng)的工程化教育已成為未來(lái)人才培養(yǎng)的趨勢(shì)[3]。土建作為環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要支撐方向，更需秉承與生態(tài)環(huán)境保護(hù)發(fā)展動(dòng)態(tài)有機(jī)結(jié)合的理念，在教學(xué)和人才培養(yǎng)過(guò)程中不斷創(chuàng)新，著力以全新的方式提升學(xué)生自學(xué)、實(shí)踐與創(chuàng)新的主觀能動(dòng)性，夯實(shí)人才培養(yǎng)工程實(shí)踐基礎(chǔ)[4]。為此，在剖析國(guó)內(nèi)開(kāi)設(shè)建筑及制圖類課程現(xiàn)狀與問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出《建筑概論與制圖》“教-測(cè)-識(shí)-繪”四維教學(xué)改革思路并進(jìn)行了實(shí)踐，希望對(duì)環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量提升有所裨益。

1 環(huán)境工程專業(yè)開(kāi)設(shè)建筑及制圖類課程現(xiàn)狀與問(wèn)題

迄今為止，我國(guó)開(kāi)設(shè)環(huán)境工程專業(yè)高校近400所，在環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科排名前77所高校中，有51所開(kāi)設(shè)了建筑類課程(包括：建筑概論、土建概論、房屋建筑學(xué)、土木工程概論、工程測(cè)量、建筑測(cè)量、環(huán)境工程施工設(shè)計(jì)、泵站設(shè)計(jì)等)，占比約66% (圖1)。絕大部分環(huán)境工程專業(yè)(約91%)開(kāi)設(shè)了CAD制圖類課程，這是環(huán)境工程課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)中必不可少的基本功及工具軟件。深入分析發(fā)現(xiàn)，16所985高校(約占26所的62%)，16所211高校(約占23所的70%)和19所其他高校(占比68%)開(kāi)設(shè)了建筑類課程，985高校開(kāi)課率低于211高校的原因可能是其更偏重研究型人才培養(yǎng)，而211高校更重視工程型人才培養(yǎng)。環(huán)境學(xué)科評(píng)估為A類的高校開(kāi)課率(82%)大大高于B類環(huán)境學(xué)科(59%)和其他類(68%)，可見(jiàn)A類環(huán)境學(xué)科重視學(xué)生土建知識(shí)及實(shí)踐能力。建筑類特色高校開(kāi)課率(85%)高于非建筑類特色高校(63%)，這與建筑特色高校中的環(huán)境學(xué)科起源于建筑土木系有關(guān)，結(jié)合建筑高校特色，在環(huán)境工程學(xué)科培養(yǎng)方案中延續(xù)建筑類知識(shí)。東部及沿海地區(qū)高校開(kāi)課率(74%)高于中部地區(qū)(69%)、東北地區(qū)(63%)及西部地區(qū)(50%)，這與東部沿海地區(qū)率先發(fā)展、中部崛起、東北振興、西部大開(kāi)發(fā)的國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略相吻合，先發(fā)展地區(qū)建設(shè)項(xiàng)目多，需配套環(huán)境污染治理項(xiàng)目，重視培養(yǎng)環(huán)境人才的土建知識(shí)。

圖1 部分環(huán)境學(xué)科開(kāi)設(shè)建筑類課程及制圖類課程的調(diào)研情況Fig. 1 Investigation on the architectural courses and cartography courses offered in environmental disciplines of domestic universities

本校環(huán)境工程專業(yè)旨在培養(yǎng)掌握工程基礎(chǔ)知識(shí)，融入社會(huì)、健康、文化、安全等因素，設(shè)計(jì)環(huán)境污染治理單元，運(yùn)用工程工具和現(xiàn)代儀器分析手段對(duì)工藝構(gòu)筑物進(jìn)行分析的應(yīng)用型人才。《建筑概論與制圖》有力支撐了上述培養(yǎng)目標(biāo)。在已修《工程制圖》、《環(huán)境工程CAD》基礎(chǔ)上，本課程鞏固了工程制圖的基本技巧，傳授了建筑識(shí)圖、設(shè)計(jì)、構(gòu)造知識(shí)，在建筑物的設(shè)計(jì)理念中體現(xiàn)人文情懷及文化傳承，在建筑構(gòu)造中體現(xiàn)安全、可持續(xù)、材料力學(xué)及土木巖土等復(fù)雜工程問(wèn)題；培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用建筑測(cè)繪工具進(jìn)行場(chǎng)地及建筑物高程測(cè)繪，設(shè)計(jì)建筑物的能力；也為后續(xù)《建筑給水排水工程》的室內(nèi)管線設(shè)計(jì)及《工程概預(yù)算》的工程量計(jì)算打下了基礎(chǔ)。結(jié)合本校環(huán)境工程專業(yè)工程化教學(xué)及人才培養(yǎng)目標(biāo)，《建筑概論與制圖》在具體教學(xué)過(guò)程中需解決如下關(guān)鍵問(wèn)題：

(1) “教”與“學(xué)”的有效銜接。在“雙創(chuàng)”社會(huì)背景和教育形勢(shì)下，大幅減少學(xué)分日漸成為高教改革趨勢(shì)。在學(xué)生有限的學(xué)分中，須提高教師的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[5]。教師“教什么”、“教多少”，學(xué)生“學(xué)什么”、“學(xué)多少”，是當(dāng)前工科專業(yè)面臨的共性問(wèn)題。具體而言，在教學(xué)實(shí)踐中，若建筑類知識(shí)與環(huán)境工程專業(yè)不能有機(jī)結(jié)合，極易造成“教”和“學(xué)”的脫節(jié)，面向環(huán)境工程專業(yè)開(kāi)設(shè)建筑類課程，更需結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)問(wèn)題及實(shí)際工程案例，增強(qiáng)“教”與“學(xué)”的有效銜接。

(2) “學(xué)”與“用”的互動(dòng)支撐。工程化教育是工科專業(yè)未來(lái)人才培養(yǎng)的趨勢(shì)，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)達(dá)到“學(xué)以致用”，是教學(xué)和人才培養(yǎng)的要義。具體對(duì)于《建筑概論與制圖》的教學(xué)，學(xué)生在課堂上“學(xué)”到的土建知識(shí)，需要與工程實(shí)踐結(jié)合并熟練用于工程實(shí)踐。在教學(xué)中需有機(jī)結(jié)合課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)土木建筑的距離、高程、位置感等要素的理解，科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生以“用”促學(xué)，以“用”強(qiáng)化實(shí)踐能力，同步提高學(xué)生的土建知識(shí)水平綜合及實(shí)踐能力。

2 《建筑概論與制圖》教學(xué)改革與實(shí)踐

基于上述分析，結(jié)合環(huán)境-土建交叉工程問(wèn)題及教學(xué)實(shí)踐，提出《建筑概論與制圖》“教-測(cè)-識(shí)-繪”四維一體教學(xué)改革與實(shí)踐模式(圖2)，分別由32學(xué)時(shí)2個(gè)學(xué)分的課堂教學(xué)(案例教學(xué)與翻轉(zhuǎn)教學(xué))和32學(xué)時(shí)1個(gè)學(xué)分的實(shí)踐教學(xué)(現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)及機(jī)房教學(xué))組成。課程共有16周，每周2學(xué)時(shí)課堂教學(xué)及2學(xué)時(shí)實(shí)踐教學(xué)。建筑概論覆蓋“教”與“測(cè)”2個(gè)教學(xué)模塊，識(shí)圖制圖覆蓋“識(shí)”與“繪”2個(gè)教學(xué)模塊。4個(gè)教學(xué)模塊相互穿插互補(bǔ)，相互關(guān)聯(lián)，充分體現(xiàn)“教”與“學(xué)”的有效銜接，“學(xué)”與“用”的互動(dòng)支撐。課堂中學(xué)到的建筑知識(shí)可即時(shí)用于實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)化知識(shí)的應(yīng)用性及可操作性。

圖2 《建筑概論與制圖》“教-測(cè)-識(shí)-繪”四維一體教改模式與實(shí)踐Fig. 2 The four-dimension integrated teaching reform plan of “Teaching-Exploring-Blueprint Reading-Mapping”

課堂教學(xué)中圍繞環(huán)境工程與建筑知識(shí)的關(guān)聯(lián)，引入案例教學(xué)，按照“識(shí)圖-設(shè)計(jì)-構(gòu)造”為軸線，邏輯清晰，依次遞進(jìn)，深入淺出。

第一章建筑識(shí)圖10個(gè)學(xué)時(shí)，指導(dǎo)識(shí)圖實(shí)踐。介紹了建筑物總平面圖、立面圖、剖面圖、管線圖紙中的各類制圖符號(hào)和識(shí)圖方法，同時(shí)講解了水準(zhǔn)儀的使用和讀數(shù)方法，幫助學(xué)生更好的理解后續(xù)的《禽畜養(yǎng)殖污水處理廠》設(shè)計(jì)圖紙。與此同時(shí)，開(kāi)展了校內(nèi)建筑物高程測(cè)繪(10學(xué)時(shí))的實(shí)踐內(nèi)容。

第二章建筑設(shè)計(jì)6個(gè)學(xué)時(shí)，指導(dǎo)制圖實(shí)踐。講述了建筑設(shè)計(jì)過(guò)程及平立剖設(shè)計(jì)方法，為學(xué)生設(shè)計(jì)、繪制圖紙?zhí)峁┝死碚撝笇?dǎo)。與此同時(shí)，開(kāi)展了6個(gè)實(shí)踐學(xué)時(shí)的校園總平面圖、管線圖的繪制。

第三章建筑構(gòu)造12個(gè)學(xué)時(shí)，指導(dǎo)建筑物的測(cè)繪實(shí)踐。講授了建筑基礎(chǔ)、墻、梁、板、樓梯、臺(tái)階及其他細(xì)部構(gòu)造；課堂教學(xué)的部分時(shí)間安排學(xué)生匯報(bào)污水廠等構(gòu)筑物的構(gòu)造細(xì)節(jié)。同期，設(shè)置6個(gè)實(shí)踐學(xué)時(shí)紅外測(cè)距儀測(cè)繪校內(nèi)建筑物，理解課堂教學(xué)知識(shí)，6個(gè)學(xué)時(shí)機(jī)房繪制建筑物平立剖面圖。

翻轉(zhuǎn)教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)采用任務(wù)分組方法，充分鍛煉、提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)開(kāi)展的測(cè)繪實(shí)踐活動(dòng)使學(xué)生獲得的建筑參數(shù)又可作為機(jī)房教學(xué)制圖的素材，讓學(xué)生根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)繪制建筑圖紙，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，強(qiáng)化學(xué)生理解建筑中的尺寸和方位概念。教學(xué)過(guò)程既體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的分工合作，又要求獨(dú)立完成圖紙繪制，有力提升了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合理解和應(yīng)用能力。

3 “教”與“學(xué)”的有效銜接

在學(xué)分及學(xué)時(shí)日漸縮減的教改背景下，考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和認(rèn)知過(guò)程，逆向思維，決定教授的內(nèi)容及順序。因此，建筑概論的課堂教學(xué)中融入案例分析，并盡可能結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)知識(shí)[6]。案例教學(xué)是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法，授課教師列舉工程實(shí)例，將典型的項(xiàng)目成果有機(jī)地融合到課程教學(xué)中，讓學(xué)生積極思考，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，開(kāi)闊學(xué)生視野。另外，教學(xué)過(guò)程還需要介紹環(huán)境工程中的土建元素；為了讓學(xué)生在“聽(tīng)故事”的過(guò)程中，理解建筑知識(shí)的背景和涵義，以“識(shí)圖-設(shè)計(jì)-構(gòu)造”為軸線，采用案例教學(xué)，按照從整體到局部，從宏觀到微觀，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的規(guī)律，逐步展開(kāi)知識(shí)點(diǎn)?！敖獭迸c“學(xué)”的有效銜接，規(guī)避了照本宣科的傳授《建筑概論》知識(shí)讓學(xué)生感到枯燥無(wú)味、學(xué)習(xí)興趣降低的問(wèn)題。

如圖3所示，在第一章建筑識(shí)圖的學(xué)習(xí)中，利用環(huán)境工程相關(guān)的“工業(yè)園區(qū)污水處理廠工程-中船九院”和建筑相關(guān)的“無(wú)錫市某住宅小區(qū)-朗詩(shī)地產(chǎn)”等設(shè)計(jì)圖紙。讓學(xué)生從真實(shí)的案例出發(fā)，掌握?qǐng)D紙中的定位軸線、坐標(biāo)、標(biāo)高、尺寸標(biāo)注、線型含義、風(fēng)向玫瑰圖、指北針、比例尺等重要符號(hào)，從圖紙中獲取重要的建筑信息。例如：講解《淀山湖馨香花苑小區(qū)》戶型布局圖時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生作為購(gòu)房者，考慮指北針對(duì)不同戶型的采光影響，加深學(xué)生理解指北針在建筑中的重要意義；解釋樓梯剖面圖的折斷線時(shí)，帶學(xué)生實(shí)地觀察教學(xué)樓的樓梯布局，理解不同樓層折斷線位置不同的原因，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)折斷線和剖面細(xì)節(jié)的理解，提高學(xué)生的空間想象能力；展示水處理構(gòu)筑物的模型與圖紙的對(duì)應(yīng)關(guān)系，清晰展示水的流向與延長(zhǎng)水力停留時(shí)間的方式，聯(lián)系環(huán)境工程專業(yè)，增加學(xué)生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)知和興趣。

第二章建筑設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中，采用真實(shí)的設(shè)計(jì)案例，包括環(huán)境工程的水處理設(shè)計(jì)及污水廠泵站設(shè)計(jì)，土木建筑有關(guān)的上海中心大廈、虹橋機(jī)場(chǎng)、CBD辦公及住宅平面圖設(shè)計(jì)等。將設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)需要考慮的要素、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、布局模式、體型及幕墻融入到每個(gè)案例中。播放《上海中心大廈建筑設(shè)計(jì)》紀(jì)錄片，結(jié)合視頻和學(xué)生一起歸納其中的建筑知識(shí)。引入角色換位模擬，設(shè)計(jì)生活情境[7]，縮小了課堂教學(xué)與真實(shí)生活和工作情境的距離，引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出自己的想法和設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)建筑設(shè)計(jì)的興趣，加深今后工作和生活中對(duì)建筑及戶型的認(rèn)知。例如，在住宅平面圖設(shè)計(jì)中，讓學(xué)生作為設(shè)計(jì)師，為自己的住宅進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮窗、門、墻方位對(duì)通風(fēng)的影響；讓學(xué)生作為售樓顧問(wèn)，推銷介紹自己設(shè)計(jì)的住宅賣點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考。在污水廠平面設(shè)計(jì)過(guò)程中，給定風(fēng)向、道路、河流上下游及周邊住宅位置等約束條件，綜合考慮復(fù)雜工程因素，讓學(xué)生設(shè)計(jì)污水處理廠建筑物及構(gòu)筑物。介紹中西建筑設(shè)計(jì)的差異，凸顯中國(guó)建筑傳統(tǒng)文化以“和”為貴的魅力，達(dá)到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的課堂思政效果。

圖3 《建筑概論與制圖》課堂教學(xué)的案例分析的教改實(shí)踐Fig. 3 Teaching reform of case study in the class of“Orientation of Architecture & Cartography”

第三章建筑構(gòu)造學(xué)習(xí)中，重點(diǎn)學(xué)習(xí)“基礎(chǔ)”構(gòu)造，引入上海中心、上海南北-延安高架橋交叉橋基、上海蓮花景苑小區(qū)住宅倒塌事件、意大利比薩斜塔等經(jīng)典案例。在生動(dòng)的教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生理解地基承載力、地基加固、樁基礎(chǔ)(摩擦樁和端承樁)、地基沉降等概念。在地基施工一課中，講解上海市閔行區(qū)蓮花南路在建樓盤工地發(fā)生樓體倒覆事件，引導(dǎo)學(xué)生思考傾倒原因，解析在樓體前方開(kāi)挖基坑，后方堆積土方，對(duì)樁基產(chǎn)生剪切力，引起樓房整體倒覆，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)地基受力情況的分析能力。強(qiáng)調(diào)在環(huán)境工程施工過(guò)程中需要考慮的若干地基問(wèn)題，分析和解決環(huán)境工程的復(fù)雜工程問(wèn)題。在地下構(gòu)造教學(xué)中，介紹《2030上海老城區(qū)排水規(guī)劃》，構(gòu)建地下海綿城市，拓展學(xué)生視野，讓學(xué)生熟悉自己所處城市未來(lái)的總體規(guī)劃。依托外灘萬(wàn)國(guó)建筑群、上海若干文化歷史建筑(老廠房、田子坊、一大會(huì)址等)為案例，講解墻、梁、樓板、吊頂、樓梯、地震縫等若干概念。以毛坯房到精裝房的住宅裝潢過(guò)程為案例，介紹房屋結(jié)構(gòu)改造，區(qū)別承重墻與隔墻，介紹抹灰中水泥與砂漿比例在貼面磚(2∶1)、地面找平(1∶1)、墻面抹灰(1∶1)、砌墻體(1∶2)、貼地板磚(1∶3)等知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考地暖和吊頂裝修過(guò)程中水、電、網(wǎng)線路埋放順序。

4 “學(xué)”與“用”的互動(dòng)支撐

學(xué)生在課堂上“學(xué)”到的土建知識(shí)，需要與工程實(shí)踐相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)“用”知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐，進(jìn)而鞏固所“學(xué)”知識(shí)。其中“學(xué)”與“用”的相互支撐包括以下3個(gè)環(huán)節(jié)：

4.1 翻轉(zhuǎn)教學(xué)：識(shí)圖實(shí)踐

課堂教學(xué)的第一章識(shí)圖課結(jié)束后，學(xué)生自行分組，每組5～7人，如圖4所示，將東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院完成的《上海申蘭集團(tuán)洪廟牧場(chǎng)設(shè)計(jì)圖紙》等7個(gè)實(shí)際工程設(shè)計(jì)圖紙分配給各組，要求團(tuán)隊(duì)每位成員至少解讀一張圖紙，分工制作PPT，并對(duì)圖紙內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)注示意(含不熟悉的構(gòu)筑物及標(biāo)注)，提高學(xué)生獨(dú)立識(shí)圖能力，讓學(xué)生從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變；同時(shí)團(tuán)隊(duì)合作體現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)需要對(duì)總平面圖、高程圖(工藝流程圖)、構(gòu)筑物剖面圖、污水處理工藝設(shè)施圖、配筋圖、預(yù)埋件圖結(jié)合起來(lái)，整體把握，理順圖紙間的邏輯關(guān)系。采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)法[8]將學(xué)生推向課堂“主角”的地位，要求團(tuán)隊(duì)每位成員上臺(tái)展示成果，分工講解圖紙內(nèi)容。匯報(bào)形式多樣化，鼓勵(lì)學(xué)生在黑板將較難的內(nèi)容繪制出來(lái)，比如某廢水處理構(gòu)筑物的平、立、剖示意圖，并讓學(xué)生提出疑問(wèn)，且上臺(tái)進(jìn)行修圖，突出學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生自主識(shí)圖、演講表達(dá)、主動(dòng)思考等能力。教師可從團(tuán)隊(duì)配合銜接評(píng)估小組總體情況，還可從學(xué)生對(duì)圖紙的講解正誤、細(xì)節(jié)領(lǐng)悟和匯報(bào)邏輯等多角度評(píng)估個(gè)人情況。

圖4 《建筑概論與制圖》翻轉(zhuǎn)教學(xué)的識(shí)圖實(shí)踐與團(tuán)隊(duì)分工Fig. 4 The practice of blueprint reading and teamwork drawing-recognition in the flip teaching of“Orientation of Architecture & Cartography”

4.2 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)：高程及建筑測(cè)繪實(shí)踐

環(huán)境工程構(gòu)筑物設(shè)計(jì)需要考慮地基平整及高程勘察，需要理解高程的重要意義[9]。為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生的距離、高程、位置及方位感，在《建筑概論與制圖》課程改革中，引入了測(cè)繪實(shí)踐環(huán)節(jié)。設(shè)置2個(gè)實(shí)踐任務(wù)：①校園高程及坐標(biāo)測(cè)繪；②建筑物測(cè)繪。

如圖5所示，校園高程及坐標(biāo)測(cè)繪，學(xué)生按照識(shí)圖實(shí)踐的分組安排，挑選校園有高低起伏的地區(qū)，將校園分為6塊區(qū)域，作為測(cè)繪標(biāo)的。借助水準(zhǔn)儀、皮尺、指北針等測(cè)繪工具，對(duì)校園指定區(qū)域進(jìn)行高程勘測(cè)：首先，對(duì)指定校園區(qū)域測(cè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，提前設(shè)計(jì)好站點(diǎn)位置；其次，逐步對(duì)測(cè)點(diǎn)的前、后視點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)及方位角；最后，依次計(jì)算測(cè)點(diǎn)的高程及坐標(biāo)。高程測(cè)繪實(shí)踐要求學(xué)生掌握水準(zhǔn)測(cè)繪儀的使用方法，掌握水準(zhǔn)高程計(jì)算方法，了解建筑物坐標(biāo)法定位方法，利用測(cè)繪儀器估算測(cè)點(diǎn)之間的距離及高程關(guān)系，用水準(zhǔn)儀記錄標(biāo)高并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算所選點(diǎn)坐標(biāo)，以備后續(xù)制備校園平面圖及管道縱剖面圖。高程及坐標(biāo)測(cè)繪實(shí)踐要求閉合差在±4√L mm (L為環(huán)線的水準(zhǔn)測(cè)量路線長(zhǎng)度，km)內(nèi)，閉合差不滿足要求的團(tuán)隊(duì)，需要對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重新測(cè)定。該過(guò)程不僅增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)責(zé)任感，也在實(shí)踐過(guò)程中體驗(yàn)了實(shí)際測(cè)繪方法和過(guò)程。

圖5 《建筑概論與制圖》現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的測(cè)繪實(shí)踐Fig. 5 On-site teaching of surveying and mapping practice in the course of “Orientation of Architecture & Cartography”

建筑測(cè)繪實(shí)踐與課堂教學(xué)第三章同時(shí)進(jìn)行，讓學(xué)生在建筑測(cè)繪實(shí)踐過(guò)程中，帶著需求與問(wèn)題去接觸真實(shí)的窗口、門洞、墻、梁、柱、散水、樓梯等構(gòu)造，利用紅外測(cè)距儀及卷尺，測(cè)量建筑的構(gòu)造，真實(shí)的感受建筑構(gòu)件的物理意義。雖然建筑物和人們生活息息相關(guān)，但學(xué)生可能從未關(guān)注過(guò)樓層的間距到底是多少，樓梯的朝向與間距是多少。通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)建筑物的細(xì)節(jié)構(gòu)造的認(rèn)識(shí)更加具體化，進(jìn)一步鞏固了課堂教學(xué)的知識(shí)。

4.3 機(jī)房教學(xué)：獨(dú)立繪制圖紙呈現(xiàn)測(cè)繪成果

《環(huán)境工程CAD》為本課的先修課程[10]，因此，機(jī)房的制圖教學(xué)重點(diǎn)為如何規(guī)范性繪制建筑圖紙，并根據(jù)測(cè)繪數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)和繪制校園總平面圖和建筑物。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪獲得的數(shù)據(jù)，獨(dú)立完成3項(xiàng)圖紙繪制工作(圖6)：①繪制所測(cè)高程范圍的總平面圖；②繪制管道埋深縱剖面圖；③繪制所測(cè)建筑物平、立、剖面圖。

圖6 繪制圖紙成果Fig. 6 Dispaly of blueprints

學(xué)生根據(jù)高程測(cè)繪實(shí)踐獲得的高程、坐標(biāo)、方位及距離尺寸，繪制總平面圖。為了提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，利用《排水管網(wǎng)》所學(xué)習(xí)的管道坡度計(jì)算方法，應(yīng)用到本課程中，設(shè)計(jì)管道縱剖面圖，要求學(xué)生將20點(diǎn)位以內(nèi)的測(cè)點(diǎn)作為管道檢查井的地面標(biāo)高，計(jì)算管底埋深及標(biāo)高。最后，依據(jù)建筑測(cè)繪實(shí)踐獲得的距離參數(shù)，繪制建筑平面圖、立面圖、剖面圖。其中，需要繪制不同樓層的平面圖[11]。獨(dú)立繪制過(guò)程鍛煉了學(xué)生CAD繪圖技能，培養(yǎng)了工程繪圖的專業(yè)素養(yǎng)。在未來(lái)的環(huán)境工程的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作中，為繪制構(gòu)筑物的總平面圖、高程圖、單體圖奠定了重要基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

《建筑概論與制圖》的教學(xué)改革和實(shí)踐經(jīng)歷了6年的摸索與改進(jìn)。從教學(xué)效果分析，選修的學(xué)生數(shù)量從原來(lái)的十幾名上升并覆蓋全部環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生，甚至還有其他專業(yè)的學(xué)生選修，選修人數(shù)達(dá)到40余人。且反響較好，學(xué)生的評(píng)價(jià)較高。從教改前后的學(xué)生反饋中發(fā)現(xiàn)，原本枯燥無(wú)味的建筑識(shí)圖限制了學(xué)生的主動(dòng)思考，而現(xiàn)在對(duì)圖紙的理解更加形象和功能化；原來(lái)沒(méi)有動(dòng)手實(shí)踐，現(xiàn)在教學(xué)效果體現(xiàn)了學(xué)生測(cè)繪與繪制成果；原來(lái)對(duì)建筑構(gòu)造缺乏興趣的學(xué)生，現(xiàn)在已熟悉了建筑設(shè)計(jì)-施工-裝潢全鏈條過(guò)程。建筑知識(shí)雖看似單調(diào)、枯燥，但把建筑知識(shí)與生活和專業(yè)案例結(jié)合起來(lái)，極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣和主動(dòng)思考能力，實(shí)現(xiàn)了良好的“教”-“學(xué)”銜接；現(xiàn)場(chǎng)建筑測(cè)繪及諸多實(shí)踐環(huán)節(jié)，增強(qiáng)了學(xué)生的參與感、成就感和責(zé)任感，實(shí)現(xiàn)了較好的“學(xué)”-“用”互動(dòng)。通過(guò)靈活的教學(xué)方式，把工程知識(shí)傳遞給學(xué)生，讓學(xué)生感受到建筑知識(shí)與生活、專業(yè)、未來(lái)工作的關(guān)系，為學(xué)生日后從事工程工作奠定了堅(jiān)實(shí)的專業(yè)和人文基礎(chǔ)。

在教學(xué)改革過(guò)程中，還存在諸多問(wèn)題，工程教育強(qiáng)調(diào)以成果為導(dǎo)向是未來(lái)持續(xù)改進(jìn)的方向。例如，任課教師需要提高土木專業(yè)知識(shí)，對(duì)建筑構(gòu)造的解釋需要更專業(yè)，進(jìn)一步提高學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力；現(xiàn)階段教學(xué)使用的水準(zhǔn)測(cè)繪儀是一種比較粗放的土木測(cè)繪儀器，在未來(lái)的教學(xué)實(shí)踐中，可以采用全站儀等更為精確的測(cè)量設(shè)備；現(xiàn)階段繪圖工具CAD以平面繪制為主，未來(lái)的教學(xué)中，可以嘗試CAD矢量圖和三維建模結(jié)合，讓學(xué)生的成果立體化；課程實(shí)踐環(huán)節(jié)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)并行，學(xué)生就實(shí)習(xí)的污染處理單位進(jìn)行測(cè)繪，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)環(huán)境工程中的建/構(gòu)筑物的理解；結(jié)合現(xiàn)階段設(shè)計(jì)院使用的BIM軟件，可以嘗試在教學(xué)中利用BIM軟件作為橋梁，整合《建筑給排水》、《排水管網(wǎng)》、《工程概預(yù)算》及《水污染控制工程》等多個(gè)課程的建筑元素，將學(xué)生的實(shí)踐數(shù)據(jù)、建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)模塊及工程造價(jià)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步提高分析和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。