基于“環(huán)境—生態(tài)”特色的工程制圖課程教學(xué)改革

程慶霖 何巖 郭翠香

［摘 要］針對環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖課程教學(xué)現(xiàn)狀，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對環(huán)境生態(tài)工程制圖課程教學(xué)目標(biāo)和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，基于“精選內(nèi)容、重視基礎(chǔ)、突出特色、強(qiáng)化實(shí)踐、培養(yǎng)能力”的原則，從教學(xué)手段、方法、內(nèi)容、環(huán)節(jié)以及評(píng)價(jià)體系5個(gè)方面進(jìn)行了“環(huán)境-生態(tài)”特色工程制圖課程教學(xué)改革的探索，并根據(jù)學(xué)生對課程的綜合評(píng)價(jià)和學(xué)生的考核成績進(jìn)行了教學(xué)效果的評(píng)定，同時(shí)在華東師范大學(xué)和上海師范大學(xué)進(jìn)行了1輪教學(xué)嘗試，取得了良好的教學(xué)效果，為我國環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖課程體系的構(gòu)建提供了參考。

［關(guān)鍵詞］“環(huán)境—生態(tài)”；工程制圖；微型設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）15-0032-04

工程制圖是工科專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課，其教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)劣不僅影響學(xué)生的識(shí)圖繪圖能力，而且影響學(xué)生創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)[1-2]。環(huán)境生態(tài)工程作為一門新興專業(yè)，目前包括工程制圖在內(nèi)的一些課程體系的建設(shè)仍處于摸索階段[3-5]?，F(xiàn)有的工程制圖教學(xué)體系主要是基于機(jī)械類或建筑土木類而建立的，“環(huán)境—生態(tài)”工程特色不明顯，缺乏精準(zhǔn)性和針對性。自2016年我國工程教育正式加入《華盛頓協(xié)議》以來，制圖應(yīng)用能力的要求也在不斷提高[6-7]。另外，工程制圖課程教學(xué)課時(shí)少與教學(xué)內(nèi)容多的矛盾也日益凸顯[1-2]。因此，如何實(shí)現(xiàn)工程制圖和環(huán)境生態(tài)工程的有機(jī)結(jié)合以及有效提升相應(yīng)的制圖應(yīng)用能力，是當(dāng)前環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖課程體系有效構(gòu)建急需解決的問題。

一、環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖課程的教學(xué)目標(biāo)和特點(diǎn)

（一）環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖課程教學(xué)目標(biāo)

環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目標(biāo)主要在于講授繪制和閱讀工程樣圖的理論和方法，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和閱讀、繪制工程樣圖的技能，為基于生態(tài)工程原理制定解決生態(tài)環(huán)境復(fù)雜問題的方案奠定基礎(chǔ)。

（二）環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)制圖課程的教學(xué)特點(diǎn)

1.教學(xué)內(nèi)容多，課時(shí)較少

環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖課程教學(xué)內(nèi)容主要包括畫法幾何、專業(yè)制圖知識(shí)和CAD計(jì)算機(jī)繪圖三部分。目前，國內(nèi)相關(guān)專業(yè)工程制圖課程基本為36～54學(xué)時(shí)，教學(xué)任務(wù)繁重而課時(shí)較少，特別是隨著工程制圖技術(shù)的不斷發(fā)展，包括CAD二次開發(fā)軟件（天正軟件、鴻業(yè)軟件、中望軟件等）以及BIM （Building Information Modeling） 等新知識(shí)、新技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的不斷運(yùn)用，工程制圖課程教學(xué)課時(shí)少與教學(xué)內(nèi)容多的矛盾日益突出。

2.理論與實(shí)踐緊密結(jié)合

工程制圖是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，空間思維能力和識(shí)圖繪圖能力的培養(yǎng)離不開大量的實(shí)踐訓(xùn)練。而且，目前的工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生在畢業(yè)5 年后所能夠達(dá)到的職業(yè)和專業(yè)成就水平作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。這就要求工程制圖課程必須將實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)放在同等重要的地位上，進(jìn)一步提升學(xué)生對構(gòu)思、分析和表達(dá)工程問題的實(shí)踐能力。

3.“環(huán)境—生態(tài)”學(xué)科特點(diǎn)鮮明

環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)是伴隨我國生態(tài)文明建設(shè)需求新增的新工科專業(yè)，國內(nèi)高等院校于2013年開始開設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生具備環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)和工程學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和專業(yè)素養(yǎng)。這就需要工程制圖課程突破原有主要基于機(jī)械類或建筑土木類建立的工程制圖課程體系，特別是在專業(yè)制圖部分融入“環(huán)境—生態(tài)”特色，更好地服務(wù)環(huán)境生態(tài)工程人才的培養(yǎng)。

二、基于“環(huán)境—生態(tài)”特色的工程制圖課程教學(xué)改革措施

針對環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖課程的教學(xué)目標(biāo)與特點(diǎn)，本次課程教學(xué)改革立足“精選內(nèi)容、重視基礎(chǔ)、突出特色、強(qiáng)化實(shí)踐、培養(yǎng)能力”的原則，借助現(xiàn)代化信息平臺(tái)，積極和 “互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)相結(jié)合，探索具有“環(huán)境—生態(tài)”特色，科學(xué)、合理、可行的工程制圖課程教學(xué)方法。具體實(shí)施方案如下。

（一）采用多元化教學(xué)手段，優(yōu)化教學(xué)模式，提高學(xué)生參與程度

針對日益突出的教學(xué)課時(shí)少與教學(xué)內(nèi)容多的矛盾，教學(xué)團(tuán)隊(duì)借助現(xiàn)代化信息平臺(tái)（泛雅課堂、大夏學(xué)堂），將微課的教學(xué)模式引入教學(xué)實(shí)踐，將圖幅、比例等專業(yè)制圖規(guī)范內(nèi)容和CAD 繪圖命令、“環(huán)境—生態(tài)”工程設(shè)計(jì)案例等，提前做成微視頻或相關(guān)電子資料上傳至泛雅平臺(tái)，充分利用泛雅學(xué)堂的在線教學(xué)活動(dòng)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效的補(bǔ)充和拓展。

基于江蘇理工學(xué)院（以下簡稱我校）的泛雅課堂平臺(tái)，課前：教師提前1～2天發(fā)布授課內(nèi)容，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，同時(shí)借助QQ、微信以及大夏學(xué)堂交流區(qū)進(jìn)行互動(dòng)、交流；課中：教師根據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)反饋的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，開展有針對性的教學(xué)；課后：學(xué)生完成線上測試或線下作業(yè)，檢驗(yàn)對知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，教師批改作業(yè)并及時(shí)收集學(xué)生的反饋意見，為后續(xù)教學(xué)改進(jìn)提供依據(jù)。通過這種“線上課堂+線下教學(xué)”的模式，可以很好地解決教學(xué)課時(shí)少和教學(xué)內(nèi)容多的矛盾，同時(shí)也可以充分利用學(xué)生的“碎片化時(shí)間”，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。

（二）開展形象化空間思維能力訓(xùn)練，有針對性地解決學(xué)習(xí)難點(diǎn)

工程制圖課程以投影和立體之間的表達(dá)為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生對空間形體的形象思維能力和解決空間幾何問題的能力。立體（三維）、平面（二維）的切換教學(xué)是非常重要的環(huán)節(jié)，也是畫法幾何這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，特別是對于空間思維能力基礎(chǔ)較差的學(xué)生，整個(gè)學(xué)習(xí)過程變得比較困難。因此，如何把繪圖與讀圖這一可逆過程用于空間邏輯思維和形象思維能力的培養(yǎng)尤為重要。

本課程首先利用投影箱，從點(diǎn)、線、面投影開始切入，分析點(diǎn)、線和面的投影規(guī)律和基本畫法（如圖1所示），熟悉它們之間的內(nèi)在關(guān)系。所有幾何形體的求解都可以轉(zhuǎn)化為體—面—線—點(diǎn)，最終都是在求點(diǎn)，因此應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在腦海中形成這一思路，這有助于空間思維快速地形成。

教師指導(dǎo)學(xué)生利用CAD軟件中的三維建模構(gòu)建基本體和組合體，反復(fù)練習(xí)三維物體的二維表達(dá)以及二維圖形的三維重建這兩個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生基于基本投影理論想象、比較和歸類，有助于快速地掌握空間思維方法，建立對基本體的理解。 例如，在基本體被平面截切的教學(xué)中，采用CAD繪制圓錐被水平面和正垂面截切產(chǎn)生的三維立體圖（如圖2所示），幫助學(xué)生理解截切過程中產(chǎn)生的截交線的空間形狀特征，并加深理解截交線的可見性。在組合體三視圖繪圖、讀圖練習(xí)過程中，可以通過CAD繪制形成組合體的各個(gè)單體，并按照定位關(guān)系通過疊加或截切把它們組合起來（如圖3所示），引導(dǎo)學(xué)生反復(fù)對照立體圖和二維投影圖之間的關(guān)系，深入理解繪圖和讀圖的方法，培養(yǎng)空間思維能力。

（三）調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的體系結(jié)構(gòu)，突出“環(huán)境—生態(tài)”特色

精煉畫法幾何的內(nèi)容，構(gòu)建“環(huán)境—生態(tài)”工程案例為主線的教學(xué)體系。工程制圖中畫法幾何部分的主要內(nèi)容包括點(diǎn)、線、面的幾何投影原理與空間關(guān)系。考慮到傳統(tǒng)的制圖教學(xué)以點(diǎn)、線、面、體、組合體為順序開展，看似遵循了由簡單到復(fù)雜的規(guī)律，但由于點(diǎn)、線、面都是十分抽象的空間圖形元素，學(xué)生理解起來并不容易。教師在教學(xué)中調(diào)整了順序，將線、面放在基本立體造型的后面，通過實(shí)體投影引入對特殊位置線與面投影的講解，形象直觀，讓學(xué)生更易于掌握課程知識(shí)。

此外，教師還嘗試將傳統(tǒng)畫法幾何的習(xí)題練習(xí)與CAD繪圖結(jié)合起來，讓學(xué)生通過CAD軟件完成點(diǎn)、線、面的作圖，訓(xùn)練學(xué)生的計(jì)算機(jī)繪圖操作能力。同時(shí)，在有關(guān)視圖、剖視圖、斷面圖簡化表達(dá)方法等的講解中，教師引入了生態(tài)浮床、護(hù)岸、植草溝等知識(shí)點(diǎn)，以提高環(huán)境生態(tài)工程制圖的精準(zhǔn)性。

（四）強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，突出綜合制圖能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)往往側(cè)重于單一圖形的繪制，缺少綜合制圖應(yīng)用能力的培養(yǎng)。本課程的教學(xué)改革進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將原先單一的繪圖命令講解改為以實(shí)際工程案例為主線的教學(xué)。如引入人工濕地、生態(tài)浮床等實(shí)際的環(huán)境生態(tài)工程制圖案例，介紹環(huán)境生態(tài)工程制圖的不同階段和流程，以及對應(yīng)的實(shí)際工程圖樣，充分利用科研工程項(xiàng)目，帶領(lǐng)學(xué)生參觀現(xiàn)場實(shí)際工程，將圖紙和實(shí)物相互對照，讓學(xué)生在實(shí)際工程中體驗(yàn)圖紙所表達(dá)的內(nèi)容，從實(shí)際工程中提升專業(yè)識(shí)圖能力和空間想象能力，并深切體會(huì)識(shí)圖和制圖的重要性。

另外，本課程教學(xué)還引入“‘護(hù)岸帶生態(tài)化改造微型設(shè)計(jì)”。教師向?qū)W生提供護(hù)岸型式、植物配置類型及基質(zhì)選擇依據(jù)等設(shè)計(jì)素材，組織學(xué)生通過小組合作的方式開展微型設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生在制圖實(shí)踐中把理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來。這樣不僅提高了學(xué)生的理論和實(shí)操水平，而且培養(yǎng)了學(xué)生相互合作、解決實(shí)際問題等工程實(shí)踐能力。

（五）完善課程考核評(píng)價(jià)體系，強(qiáng)化實(shí)踐能力的考核

傳統(tǒng)的工程制圖考試模式一般是筆試加CAD上機(jī)操作，這種考核評(píng)價(jià)體系往往使得學(xué)生更側(cè)重于對理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，難以客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的工程制圖實(shí)踐能力。為了改變這種狀況，我校對考試制度進(jìn)行了全面的改革，加強(qiáng)了過程管理，以促進(jìn)學(xué)生深入、靈活地學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生勤于思考，強(qiáng)化實(shí)踐能力的培養(yǎng)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)將該課程學(xué)生的總成績設(shè)置為：（1）平時(shí)成績占40%。其中，學(xué)生出勤情況及課堂表現(xiàn)為5%；線上學(xué)習(xí)情況為15%（包括“線上互動(dòng)”答疑討論模塊中的發(fā)帖數(shù)及在線學(xué)習(xí)時(shí)長、登錄次數(shù)等綜合考查）；作業(yè)為20%（線上與線下其他作業(yè)為15%、微型設(shè)計(jì)為5%）。（2）CAD上機(jī)考試為20%。（3）筆試成績?yōu)?0% 。

三、具有“環(huán)境—生態(tài)”特色的工程制圖教學(xué)改革效果

通過環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖教學(xué)改革，我校的線上課堂+線下教學(xué)的多元化教學(xué)模式不僅改善了當(dāng)前傳統(tǒng)教學(xué)模式下課時(shí)不足的現(xiàn)狀，而且提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及主體地位，學(xué)生和教師互動(dòng)積極，教學(xué)效果也得到了有效的提升。

在2019—2022學(xué)年，筆者開始嘗試在三所不同學(xué)校的環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)對工程制圖課程采用新的教學(xué)方法與教學(xué)安排。通過對實(shí)施后（2019—2020學(xué)年、2020—2021學(xué)年和2021—2022學(xué)年）和實(shí)施前（2018—2019學(xué)年）的學(xué)生評(píng)教結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對課程教學(xué)改革的效果還是認(rèn)可的，教師教學(xué)滿意度由4.675逐步提升至4.931，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣由4.667逐步提升至4.921，課程滿意度也由4.650逐步提升至4.920（如表1所示）。另外，考核成績的對比也表明教學(xué)改革是有效的，考核總評(píng)成績由77.8逐步提升至88.1（如表2所示）。

四、結(jié)語

環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)工程制圖課程是一門既包括理論和專業(yè)系統(tǒng)知識(shí)教學(xué)，又包含較強(qiáng)實(shí)踐能力培養(yǎng)的課程，對于本專業(yè)后期專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。本文從創(chuàng)新教學(xué)模式、完善教學(xué)內(nèi)容體系、突出專業(yè)特色等角度介紹了基于“環(huán)境—生態(tài)”特色的工程制圖課程教學(xué)改革的探索情況，旨在幫助學(xué)生提升解決復(fù)雜環(huán)境工程問題的能力，進(jìn)而滿足環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)的需求，同時(shí)為本專業(yè)課程的教學(xué)改革提供一些建議和思考。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：鐘 嵐］