《暖通CAD》課程教學(xué)改革探索與實踐研究

宋桂梅

（山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590）

《暖通CAD》是筆者所在學(xué)校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)的一門專業(yè)拓展課，該課程實踐性強(qiáng)，與本專業(yè)行業(yè)規(guī)范、制圖標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系緊密。本課程通過講授AutoCAD以及專業(yè)繪圖軟件，讓學(xué)生掌握CAD軟件的基本命令及操作方法，繪制工程圖形的常用操作技巧，掌握利用CAD在專業(yè)設(shè)計中進(jìn)行輔助性設(shè)計的方法，并且掌握基本的暖通施工設(shè)計與制圖規(guī)范，了解相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，為課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計階段的學(xué)習(xí)以及今后的實際工作奠定良好的基礎(chǔ)。

1 《暖通CAD》課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

1.1 課時少、任務(wù)多

《暖通CAD》是一門培養(yǎng)學(xué)生識圖、繪圖，提升工程實踐能力的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著17版教學(xué)方案實施，《暖通CAD》由原來64學(xué)時（上課36，上機(jī)28）減少為32學(xué)時（上課16，上機(jī)16），在有限的32個學(xué)時的教學(xué)計劃中，需要學(xué)生較好掌握繪圖軟件AUTOCAD，熟悉天正暖通軟件，了解相關(guān)的制圖標(biāo)準(zhǔn)，同時了解BIM(Building Information Modeling)技術(shù)。而學(xué)生對CAD原理與應(yīng)用幾乎是零基礎(chǔ)，要在有限的課時內(nèi)完成較多的教學(xué)任務(wù)，同時，要保證良好的教學(xué)質(zhì)量，勢必要對現(xiàn)有的教學(xué)手段進(jìn)行改革，探尋合適的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。

1.2 課堂教學(xué)效率低，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性差

在傳統(tǒng)的CAD課程教學(xué)中，普遍采用“課堂理論先行+機(jī)房實踐練習(xí)”的教學(xué)模式。在課堂講授過程中，教師邊操作邊講解，由于課時少，為了在有限的教學(xué)時間內(nèi)完成規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，教師需要加快上課的節(jié)奏，講解更多的命令。學(xué)生對軟件不熟悉，經(jīng)常會跟不上老師的操作步驟，在教學(xué)過程中，教師和學(xué)生之間缺少互動，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生感覺枯燥，教師也感覺乏味，教學(xué)效果不佳。同時，由于課堂理論課和上機(jī)實踐課一般要間隔2～3天，到上機(jī)操作時課堂講授的大部分內(nèi)容已經(jīng)被遺忘，學(xué)生上機(jī)練習(xí)前需要先回憶課堂上教師講授的教學(xué)內(nèi)容，再進(jìn)行重復(fù)性練習(xí)，這種教學(xué)方缺乏吸引力，導(dǎo)致學(xué)生知識掌握不全面，不利于工程實踐能力的培養(yǎng)。

1.3 繪圖不規(guī)范、識圖能力弱

課程講授過程中，過多地強(qiáng)調(diào)CAD基本命令和操作，沒有融入相關(guān)的的制圖標(biāo)準(zhǔn)和繪圖方法，導(dǎo)致學(xué)生識圖能力弱，繪圖缺乏規(guī)范性。學(xué)完該門課程后，學(xué)生能熟練繪制出老師給出的圖紙內(nèi)容，而不能熟練地繪制出符合專業(yè)制圖標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)圖紙。從后續(xù)課程的設(shè)計階段學(xué)生學(xué)生提交的圖紙來看，主要存在以下問題：出圖比例任意、沒有建筑物的尺寸標(biāo)注、設(shè)備和管道的線型線寬設(shè)置不符合制圖標(biāo)準(zhǔn)的要求、字體太小看不清、設(shè)備的定位尺寸標(biāo)注不全或者標(biāo)死、風(fēng)管或水管穿越電梯間、流程圖和平面圖畫法一致等。

1.4 考核評價方法單一

傳統(tǒng)的CAD考核方式一般由平時成績和期末成績兩部分組成，平時和期末分配比例為2:8，平時成績主要依據(jù)學(xué)生課堂出勤率以及課堂問題的回答情況進(jìn)行評定，期末考核采取上機(jī)繪圖方式，一般給出一張圖，讓學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成，根據(jù)其完成的程度和準(zhǔn)確率進(jìn)行評分。這種考核方式不能調(diào)動學(xué)生平時學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生普遍輕視平時的上機(jī)實踐，而更多采用考前突擊和機(jī)考拷貝其他同學(xué)的文件的方式進(jìn)行備考。而《暖通CAD》課程是一門實踐性很強(qiáng)的專業(yè)拓展課程，這種單一的考核方式不利于學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。

2 《暖通CAD》課程中的教學(xué)實踐探索

為解決以上教學(xué)中存在的問題，筆者進(jìn)行了以下多種教學(xué)改革和探索。

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，修訂教學(xué)大綱，滿足新培養(yǎng)方案需要

CAD命令很多，但在專業(yè)繪圖中，用的最多的是一些CAD二維操作命令，而大部分同學(xué)在課程設(shè)計階段都用專業(yè)繪圖軟件進(jìn)行繪圖。結(jié)合本課程“學(xué)時少，任務(wù)多”的實際情況，對CAD 教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行壓縮，僅講授本專業(yè)中使用頻率高的基本操作命令，重點結(jié)合施工圖識讀講解專業(yè)繪圖軟件的使用方法。經(jīng)過對教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化整合，本課程的授課內(nèi)容與課時安排見表1。

表1 授課內(nèi)容與課時安排

調(diào)整后的《暖通CAD》主要由3個模塊組成：AutoCAD基本操作，建筑視圖基礎(chǔ)知識和專業(yè)制圖。CAD基本操作著重講授CAD二維繪圖操作命令的綜合應(yīng)用、處理技巧；建筑視圖基礎(chǔ)知識主要講授《房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中對制圖的各項規(guī)定以及建筑施工圖的識讀；專業(yè)制圖主要結(jié)合本專業(yè)各個方面講授相應(yīng)的制圖標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及圖例、制圖的基本方法以及利用專業(yè)繪圖軟件繪制相應(yīng)的施工圖。

2.2 線上和線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，彌補(bǔ)課堂學(xué)時不足

2020年年初，“新冠”疫情爆發(fā)后，為響應(yīng)國家“停課不停學(xué)”的號召，許多院校開展了各種形式的網(wǎng)上教學(xué)與答疑，但單純的線上教學(xué)缺乏師生互動，對學(xué)生的聽課效率和知識掌握情況無法精確把控，與傳統(tǒng)課堂相比，線上教學(xué)需要學(xué)生有更強(qiáng)的自我控制力和學(xué)習(xí)自覺性。針對本課程“學(xué)時少，內(nèi)容多”的現(xiàn)狀并結(jié)合線上教學(xué)的優(yōu)缺點，《暖通CAD》采用線上和線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。

借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，錄制或上傳一些優(yōu)秀的CAD軟件和專業(yè)繪圖軟件的教學(xué)視頻，同時分享上課的PPT課件，制圖標(biāo)準(zhǔn)和完整的施工圖等資料供學(xué)生參考學(xué)習(xí)。在課堂教學(xué)前，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，要求學(xué)生登陸課程網(wǎng)站觀看下次課堂教授內(nèi)容的教學(xué)視頻，對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)自學(xué)。在線下的課堂教學(xué)中，教師針對線上學(xué)習(xí)及上機(jī)操作存在的問題進(jìn)行演示講解，通過提問、討論，讓學(xué)生講解并實地動手上機(jī)操作，檢查自學(xué)情況，營造一種熱烈的課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。

另外，充分利用現(xiàn)代發(fā)達(dá)的信息技術(shù)，建立了暖通CAD學(xué)習(xí)QQ交流群，學(xué)生在課下學(xué)習(xí)過程中遇到問題時，可隨時在群里進(jìn)行師生互動交流，完成答疑解惑。這種互動交流可以成為課堂教學(xué)的補(bǔ)充，尤其是當(dāng)課堂教學(xué)的學(xué)時比較緊張時，更顯示出其優(yōu)越性。

2.3 將BIM技術(shù)融入CAD課程教學(xué)，通過信息化教學(xué)手段提高教學(xué)質(zhì)量

在暖通專業(yè)中，施工圖主要以二維平面圖為主，對于比較復(fù)雜的冷熱源機(jī)房等施工圖，學(xué)生要通過平面圖、軸測圖、剖面圖及圖紙說明進(jìn)行識讀。這就需要學(xué)生具有一定的三維空間思維能力和專業(yè)知識積累，才能讀懂施工圖，在接下來的設(shè)計中學(xué)以致用。

BIM(Building Information Model)即為建筑信息化模型，是建筑行業(yè)的重要發(fā)展趨勢，BIM具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、信息完整性等特點。BIM技術(shù)的最大特點是將二維施工圖繪制與三維立體模型建立有機(jī)融合，軟件使用者在交互界面的每一個操作都能直接在二維圖紙和三維模型上同步體現(xiàn)。另外，在暖通設(shè)計中，對于一些管道分布比較密集復(fù)雜的冷熱源機(jī)房以及地下車庫等，可以用BIM軟件進(jìn)行“碰撞”檢查并進(jìn)行修改，避免在以后施工中出現(xiàn)返工現(xiàn)象。

為了讓學(xué)生對兩種軟件融匯貫通并提高效率，本課程采用CAD軟件與BIM軟件相結(jié)合的方式，在上課過程中穿插講解兩種軟件的操作方法。在講解CAD二維操作命令時，同時介紹在BIM常用的Revit軟件中如何實現(xiàn)這些操作命令；在專業(yè)識圖環(huán)節(jié)，根據(jù)已有的二維施工圖，利用Revit軟件建立對應(yīng)的三維立體模型，在課堂上將二維施工圖和三維模型進(jìn)行對照講解，通過旋轉(zhuǎn)、剖切三維模型、生成局部的剖面圖，觀察局部細(xì)節(jié)，使學(xué)生更加直觀地理解機(jī)電設(shè)備的構(gòu)造、管道和設(shè)備的連接方式、管道在空間的布置和走向；在講授專業(yè)制圖時，如風(fēng)管平面圖的繪制，可讓學(xué)生分別用天正暖通和Revit軟件進(jìn)行繪制，比較兩種軟件的優(yōu)缺點。

將BIM技術(shù)引入CAD課程教學(xué)中，可以即時形象地展示設(shè)計的三維效果，提高學(xué)生識圖、畫圖的能力，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，增強(qiáng)學(xué)生對暖通設(shè)計的理解，提升學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量，增加了課程的操作性、趣味性。

2.4 采用多元化課程考核方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

課程考核是課程教學(xué)活動的必要且重要環(huán)節(jié)，不僅可以檢驗教師的教學(xué)效果，同時也是學(xué)生學(xué)習(xí)方向的指揮棒。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)生的工程實踐能力，《暖通CAD》采用多元化的考核方式，加大平時成績在總評成績中所占的比例，具體評定見表2。

表2 課程考核成績評定表

課堂表現(xiàn)主要根據(jù)學(xué)生平時的出勤率、上機(jī)表現(xiàn)以及課堂回答問題情況來確定。線上學(xué)習(xí)根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)的情況和完成的質(zhì)量來確定。大作業(yè)根據(jù)課程的教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行設(shè)置，例如，建筑施工圖的識讀，繪制采暖平面圖和系統(tǒng)圖以及空調(diào)平面圖和系統(tǒng)圖等。建筑施工圖的識讀要求學(xué)生將識圖過程錄制成視頻，在規(guī)定的時間內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上提交，繪制的專業(yè)圖紙按照一定的比例放在標(biāo)準(zhǔn)圖框內(nèi)打印出來，最后上交紙質(zhì)圖紙。期末考試為上機(jī)操作考試，參照實際的采暖工程或空調(diào)工程項目的圖紙，讓學(xué)生進(jìn)行分析并在規(guī)定時間內(nèi)完成圖紙的繪制，根據(jù)完成的情況以及是否滿足制圖標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行評定。

2.5 以制圖標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)向，提高繪圖的規(guī)范性

工程圖紙是工程技術(shù)界交流的語言。規(guī)范的圖紙才能將設(shè)計者的設(shè)計理念和意圖傳達(dá)給工程技術(shù)人員，這就需要設(shè)計者嚴(yán)格按照制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪圖，而國家制圖標(biāo)準(zhǔn)在圖樣的畫法、字體、圖幅、比例、尺寸標(biāo)注、圖線等各方面都有詳細(xì)規(guī)定。

在課程第一講中，首先說明暖通CAD不是單純學(xué)習(xí)AutoCAD軟件，強(qiáng)調(diào)專業(yè)制圖標(biāo)準(zhǔn)在繪圖過程中的重要意義和作用，并把與本專業(yè)有關(guān)的7個制圖標(biāo)準(zhǔn)上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，讓學(xué)生了解和熟讀每本制圖標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容和規(guī)定。在講授CAD基本操作命令時，例如比例、字體、標(biāo)注、圖層、線寬線型設(shè)置，結(jié)合相關(guān)制圖標(biāo)準(zhǔn)講解；在平時上機(jī)過程中，時刻提醒學(xué)生按照制圖標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行繪圖。在大作業(yè)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生把每次作業(yè)所繪圖紙按照一定比例放在標(biāo)準(zhǔn)圖框中打印出來，上交的時候，授課教師對照紙質(zhì)圖紙指出繪圖不規(guī)范的地方并要求進(jìn)行修改，深化其對制圖標(biāo)準(zhǔn)的理解，培養(yǎng)良好的繪圖習(xí)慣，為以后的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

《暖通CAD》是一門理論與實踐相結(jié)合，實踐占主導(dǎo)的專業(yè)拓展課，傳統(tǒng)的教學(xué)已經(jīng)無法滿足最新專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。為了順應(yīng)專業(yè)發(fā)展的需求，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，本文對傳統(tǒng)CAD教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，找出課程教學(xué)存在的問題。針對這些問題，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，引入最新的BIM軟件技術(shù)和新的教學(xué)方法、改變課程的考核方式等方面對該課程教學(xué)進(jìn)行了探索和實踐，并取得了良好的教學(xué)效果。