成果导向教育模式下环境工程CAD课程改革与实践

白少元 解庆林 游少鸿 黄亮亮 靳振江

摘 要：通过对近5年来环境工程专业毕业设计图纸及课程设计图纸的问题查阅发现，工程思维缺乏、图形绘制规范化欠缺是学生绘制图纸中最为普遍的两个问题。在此情况下，利用成果导向性理念对课程的教学内容及考核方式进行调整，以调动学生学习绘图的热情，课程改革后学生绘图水平得到显著提高。

关键词：成果导向教育；环境工程CAD；毕业设计图纸；工程思维；制图规范化

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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计算机绘图系统是目前国际上应用最为广泛的绘图工具，环境工程CAD作为环境工程专业的必修课程，具有很强的实践性质，环境工程制图设计涉及到的图件种类和类型较多，并且贯穿于设计绘图、制造、施工、安装、操作和管理过程中，是专业知识和能力的重要和必要的体现手段[1，2]。在校学生对CAD绘图能力的掌握程度会直接体现在其课程设计及毕业设计质量上，也将进一步影响到学生未来在环境工程领域的专业发展。在此情况下，我们引入成果导向教育理念（Outcome based education，简称OBE，也通常被称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育）对环境工程CAD课程进行改革与实践。

一、课程改革思路

在环境工程CAD课程改革与实践过程中，首先锁定OBE的四个核心问题[3，4]：（1）想让学生取得的环境工程CAD学习成果是什么？（2）为什么要让学生取得这样的学习成果？（3）如何有效地帮助学生取得这些学习成果？（4）如何知道学生是否已经取得了这些学习成果？其次，是对四个问题的解决途径进行构思。然后，根据设计的改革途径对四个问题进行逐个实践。最后，检验改革成果。具体来说：

1. 想让学生取得的环境工程CAD学习成果是什么？为什么要让学生取得这样的学习成果？为回答这两个问题，我们基于对用人单位的调查、校友意见反馈及近五年来学生在毕业图纸中凸显的问题的综合汇总，对环境工程CAD课程教育成果进行了梳理，并以此为导向，制定了环境工程CAD的课程目标。

2. 如何有效地帮助学生取得这些学习成果？我们通过遴选授课内容、有针对性的优化课程内容、改革考核方式等途径，帮助学生取得预期的学习成果。

3. 如何知道学生是否已经取得了这些学习成果？对于这个问题，主要通过课程考核及随后学生在相关专业课程（如水污染控制、大气污染控制、固体废物处理处置等）的课程设计、毕业设计图纸的质量反馈，对教学效果进行跟踪评估，以确定学生是否取得预期效果。

二、课程设计及毕业图纸中凸显的问题

通过开展环境工程专业课程设计及毕业生近五年来毕业设计中的图纸质量复查工作，对绘图中出现的问题进行综合分析发现，图纸中的问题主要集中在学生缺乏工程思维和绘图不规范两个方面。

（一）缺乏工程思维

水污染控制类课程一直是环境工程专业的重点课程，相关内容的毕业设计数量比例最大；其次是固体废弃物的处理处置及大气污染控制类相关课题。以水污染控制类毕业设计中污水处理厂/站设计为例，图纸中的问题主要集中在以下三个方面：

1. 學生虽然能够根据设计规范或设计手册准确计算出工艺中各构筑物的尺寸，并利用CAD将各单元构筑物绘制成平面布置图，并且各构筑物长、宽等尺寸准确，但是构筑物之间的距离却随手为之，或宽或窄，没有考虑构筑物间道路的实际宽度。另外，多数设计未绘制厂区围墙，造成各构筑空间定位及厂区总体占地面积估算的不准确；或者即便设置围墙，但对于厂区大门及侧门的开设位置没有考虑实用性（通常厂区正门应开设在里办公区域较近的位置，而侧门开在与污泥较近的位置，从而便利于厂区的生产生活），并且没有考虑风向及与市政道路的衔接。

2. 虽然污水处理各单元构筑物均通过计算得到，但厂区中附属构筑物如综合楼、化验室、鼓风机房等的设计则很随意，其尺寸大数与《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准 CJJ31-89》《城市污水处理工程项目建设标准》等规范中相关数据相差甚远。通过调查发现，学生并未查阅相关标准，而是根据整体布局随意勾画。

3. 在厂区管线的铺设上，仅考虑构筑物之间的污水管道、污泥管道及曝气管道的连接与设置，并未考虑厂坪标高、铺设埋深等，而且管道位置仅为示意图，并非经计算得来。此外，多数同学对于污水处理厂的雨水管道、厂区生产生活用水及产生的污水未进行设计。

另外，设计图纸还体现出学生功能分区意识不清，生活、工作、生产区混淆，也不注意建筑物的南北朝向及不顾风玫瑰图的指示，将综合楼设置在下风向位置。

（二）绘图不规范

对照《建筑给水排水制图标准》（GB/T50106-2010）对往年毕业设计图纸进行查阅还发现，多数同学的毕业图纸中存在或多或少不规范的地方，主要体现在以下几个方面：

1. 缺少图纸说明及目录

在工程设计图纸中，一套图纸中的第一幅通常为图纸说明及目录，主要注明工程规模、占地、工艺、各构筑物指标、投资、图纸顺序等内容，但往年毕业设计图纸中则缺乏该部分内容。

2. 绘图比例不规范

《建筑给水排水制图标准》GB/T50106-2010中规定了水处理厂平面图、水处理构筑物平面和剖面图等的常用比例。但学生为将构筑物充满图纸，使布局看起来协调，常采用1：120、1：280、1：1400、1：5300等非标准比例，更严重的是标示比例为假想比例。一般情况下，若从图纸美观的角度考虑，学生可以通过改变材料表或说明的位置等进行调整，而非采用更改设计图为非标准比例的方式。

3. 文字样式及线型不规范

建筑设计图纸中的字体多选用长仿宋体（仿宋GB2312），在字体高度上，也是按照文字标示的级别，依次设置文字高度：如1.8、2.5、3.5、5.0、7.0mm等。但检查发现，部分设计图纸并未按要求选用CAD的长仿宋体（仿宋GB2312）；或者即便设置为仿宋体，但并未设置字体的长宽比例，造成字体样式的不规范；在文字高度上，未按照文字级别有层次的选取文字高度等。

在线型选择上，一般推荐采用汉语拼音字母来区分管道类别，在线宽的选择上，按规范中要求的0.25b、0.5b、0.75b、b（b为0.7或1.0mm）来设置不同级别的线宽。但检查发现，有学生仅采用简单的实线、虚线、点划线等来表示污水管道、污泥管道、曝气管道等，在线型较多的平面图中，便出现了线体混杂，难以识别的问题；此外，在线宽的选择上，也未按照绘图规范来选择线宽。

4. 标示不清楚

一般图纸中的标注应包括建筑物及围墙的角点坐标、管道位置坐标、圆形构筑物的圆心坐标、构筑物及建筑物的长宽尺寸、构筑物间尺寸距离、地坪标高等内容；对于管道来说，除线型使用应规范外，还应标明管径、走向、埋深、管道交叉位置、上下两管道的管底和管顶标高等信息；而对于雨水管道，还应标明检查井位置等。但检查中发现，以上所述标注多数不完全。

5. 图纸说明不完整

每张设计图纸应设置材料表，列清名称、规格、单位、数量、材料、备注等信息；说明文字中应注明绘图单位、设计规模、占地、绿化率、图纸比例等内容，而检查的图纸中多标注不完全。

三、课程改革

根据课程设计及毕业图纸中凸显的问题，结合社会需求，主要从授课内容、考核方式两方面入手，引导学生标准化、规范化制图。授课过程以教师示范、讲授、引导为主，调动学生学习绘图的积极性，提升学生自主学习的能力水平，以有效地帮助学生取得预期的学习成果。

（一）调整授课内容

在以往环境工程CAD授课过程中，主要以教材及辅助教材为主，采用的教材主要包括《环境工程CAD应用技术》（第二版，潘理黎，化学工业出版社，2012）、《中文版AutoCAD工程制图》（2010版，崔晓利主编，清华大学出版社，2010）、《环境工程制图与CAD》（2014版，张晶，化学工业出版社），按照书中案例，重点在于讲解各图形构建的绘制方法和绘图技巧上。因此，课程内容改革的重点在于：在学生熟练掌握绘图方法和绘图技巧的前提下，培养学生制图的规范化和基于工程思维的制图能力。

在此思路的指导下，改革后的课程内容：以环境工程类专业图集的绘制为主，教材为辅，实现教学内容案例化。教师首先利用8个学时讲授AutoCAD软件基本二维图形的绘制方法，结合对简单图形的练习，使学生掌握以下内容：（1）新建、保存新图形；（2）绘图坐标系设置；（3）基本设置，如显示控制、画线（直线、复线、多义线等）设置、坐标输入、画圆和圆弧等；（4）掌握辅助绘图工具的使用，包括：缩放、平移、缩放与实时平移的快速转换、对象捕捉、对象追踪、栅格捕捉、正交、查询图形信息、绘图单位的设置、绘图界限设置；（5）熟练掌握绘制及编辑图形方法，如对象的选择方式、删除和恢复、移动和旋转、复制和镜像、对齐、比例缩放、延伸和拉伸、偏移和阵列、倒圆角和直角等。另外，在绘图过程中，鼓励学生利用不同绘图命令进行同一图形的绘制方法：如绘制中国结，可以采用绘制弧线的方法、绘制圆形剪切的方法或直接采用多段线进行绘制，以此锻炼学生自主思考和探索的能力。

学生掌握基本绘图和编辑工具的使用后，将学生引入环境工程专业图集的绘制阶段。首先向学生展示水污染控制、固体废物处理处置、大气污染控制图集，介绍每幅图的特点，需要注意的实际问题，并提醒学生利用工程思维思考图纸绘制中的细节问题；而后再选择代表性图件，由学生进行临摹绘制。绘制专业图之初，首先向学生系统讲授绘制专业图集的步骤，包括设置绘图环境、建立图层、设置字体样式、标准样式、表格样式、图纸布局、比例及打印出图等；绘图过程中，适时穿插讲授块的定义和特点、处理块的相关命令、块的属性定义和编辑、外部参照的引用和管理、图案填充方法、填充编辑技巧、用对象特性管理器编辑图案填充等内容。

（二）绘图规范化的培养

专业图纸绘制过程中，首先培养学生良好的绘图习惯，如同类图件绘制在同一图层中，而后根据学生的绘图进度，适时讲解《建筑给水排水制图标准》（GB/T50106-2010），并及时纠正学生图纸中的文字、线型、标准、比例等的不规范问题，以培养和强化學生绘图的规范化。

四、考核方式及學生自主思考能力的培养

OBE教育理念强调在教师的启发与指导下，通过成果导向教学模式为学生搭建起通往成果的发展平台，让学生产生强烈的求知欲望，从而激发学生自主学习的积极性[5]。因此，环境工程CAD成果导向教学模式改革考核方式，改变以往成绩评定以试卷或上机绘制简单图形为主的考核方式，而是以过程评估加以替代。具体来说，在授课过程中，根据课时数量为学生安排几次专业图纸临摹绘制的作业，设置每幅图的评分标准，并以这几次作业成绩为依据进行总成绩评定。

每次作业以打印出图形式上交，让学生深刻了解到显示在电脑屏幕上的图形与打印在图纸上的图形的差异，从而掌握由图形绘制到最后出图的整个过程。图纸上交后，任课教师根据《建筑给水排水制图标准》（GB/T50106-2010）规范，写明图纸中的优缺点，并逐一对学生图纸作业中的问题进行标示，根据制定的评分标准进行打分。每次作业结束后，向全班同学展示优秀的绘图作业，并总结每次作业的典型问题。

五、教学改革效果

课程内容及考核方式的调整，充分激发了学生学习绘图的兴趣，尤其是每次作业发下去后，都引起学生热烈的讨论。学生除了上课时间外，在课下也能主动练习图纸的绘制。甚至出现了学生自发组织的由本学院不同专业和年级学生参加的绘图比赛，绘图积极性空前高涨。总之，课程改革后，学生的课程设计和毕业设计图纸质量显著提高。

六、结束语

环境工程CAD课程致力于培养学生利用计算机进行辅助设计的理论与动手能力，学生通过课程的学习，能够使用CAD软件进行环境工程专业图纸的设计、绘制及成套出图工作。通过对近5年来环境工程专业毕业设计图纸及课程设计图纸的查阅发现，学生绘制图纸中普遍存在工程思维缺乏、图形绘制规范化欠缺等问题。在此情况下，利用成果导向性理念对教学内容及考核方式进行调整，充分调动了学生学习制图的热情，使学生制图水平得到显著提高。

参考文献

[1]周继军，陈纳.环境工程CAD课程的教学实践探索[J].河南工程学院学报：自然科学版，2010（01）：69-72.

[2]汤茜，任百祥，杨春维，等.环境工程专业CAD课程教学改革的研究与实践[J].廊坊师范学院学报：自然科学版，2013（01）：111-113.

[3]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014（02）：29-34.

[4]李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：7-10.

[5]王志伟，孙路.应用型本科院校教师教学能力提高途径探析[J].黑龙江高教研究，2013，35（05）：106-108.