基于“环境—生态”特色的工程制图课程教学改革

程庆霖 何岩 郭翠香

［摘 要］针对环境生态工程专业工程制图课程教学现状，教学团队对环境生态工程制图课程教学目标和特点进行了分析，基于“精选内容、重视基础、突出特色、强化实践、培养能力”的原则，从教学手段、方法、内容、环节以及评价体系5个方面进行了“环境-生态”特色工程制图课程教学改革的探索，并根据学生对课程的综合评价和学生的考核成绩进行了教学效果的评定，同时在华东师范大学和上海师范大学进行了1轮教学尝试，取得了良好的教学效果，为我国环境生态工程专业工程制图课程体系的构建提供了参考。

［关键词］“环境—生态”；工程制图；微型设计；教学改革

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）15-0032-04

工程制图是工科专业一门重要的基础课，其教学质量的优劣不仅影响学生的识图绘图能力，而且影响学生创新能力和工程素质的培养[1-2]。环境生态工程作为一门新兴专业，目前包括工程制图在内的一些课程体系的建设仍处于摸索阶段[3-5]。现有的工程制图教学体系主要是基于机械类或建筑土木类而建立的，“环境—生态”工程特色不明显，缺乏精准性和针对性。自2016年我国工程教育正式加入《华盛顿协议》以来，制图应用能力的要求也在不断提高[6-7]。另外，工程制图课程教学课时少与教学内容多的矛盾也日益凸显[1-2]。因此，如何实现工程制图和环境生态工程的有机结合以及有效提升相应的制图应用能力，是当前环境生态工程专业工程制图课程体系有效构建急需解决的问题。

一、环境生态工程专业工程制图课程的教学目标和特点

（一）环境生态工程专业工程制图课程教学目标

環境生态工程专业工程制图作为一门专业基础课，其教学目标主要在于讲授绘制和阅读工程样图的理论和方法，培养学生的空间想象能力和阅读、绘制工程样图的技能，为基于生态工程原理制定解决生态环境复杂问题的方案奠定基础。

（二）环境生态工程专业制图课程的教学特点

1.教学内容多，课时较少

环境生态工程专业工程制图课程教学内容主要包括画法几何、专业制图知识和CAD计算机绘图三部分。目前，国内相关专业工程制图课程基本为36～54学时，教学任务繁重而课时较少，特别是随着工程制图技术的不断发展，包括CAD二次开发软件（天正软件、鸿业软件、中望软件等）以及BIM （Building Information Modeling） 等新知识、新技术在工程设计中的不断运用，工程制图课程教学课时少与教学内容多的矛盾日益突出。

2.理论与实践紧密结合

工程制图是一门理论与实践紧密结合的课程，空间思维能力和识图绘图能力的培养离不开大量的实践训练。而且，目前的工程教育专业认证以学生在毕业5 年后所能够达到的职业和专业成就水平作为评价指标。这就要求工程制图课程必须将实践教学与理论教学放在同等重要的地位上，进一步提升学生对构思、分析和表达工程问题的实践能力。

3.“环境—生态”学科特点鲜明

环境生态工程专业是伴随我国生态文明建设需求新增的新工科专业，国内高等院校于2013年开始开设，培养学生具备环境科学、生态学和工程学的基本理论、基本知识和专业素养。这就需要工程制图课程突破原有主要基于机械类或建筑土木类建立的工程制图课程体系，特别是在专业制图部分融入“环境—生态”特色，更好地服务环境生态工程人才的培养。

二、基于“环境—生态”特色的工程制图课程教学改革措施

针对环境生态工程专业工程制图课程的教学目标与特点，本次课程教学改革立足“精选内容、重视基础、突出特色、强化实践、培养能力”的原则，借助现代化信息平台，积极和 “互联网+”教学相结合，探索具有“环境—生态”特色，科学、合理、可行的工程制图课程教学方法。具体实施方案如下。

（一）采用多元化教学手段，优化教学模式，提高学生参与程度

针对日益突出的教学课时少与教学内容多的矛盾，教学团队借助现代化信息平台（泛雅课堂、大夏学堂），将微课的教学模式引入教学实践，将图幅、比例等专业制图规范内容和CAD 绘图命令、“环境—生态”工程设计案例等，提前做成微视频或相关电子资料上传至泛雅平台，充分利用泛雅学堂的在线教学活动对教学内容进行有效的补充和拓展。

基于江苏理工学院（以下简称我校）的泛雅课堂平台，课前：教师提前1～2天发布授课内容，让学生自主学习，同时借助QQ、微信以及大夏学堂交流区进行互动、交流；课中：教师根据学生自主学习环节反馈的重点和难点问题，开展有针对性的教学；课后：学生完成线上测试或线下作业，检验对知识点的掌握程度，教师批改作业并及时收集学生的反馈意见，为后续教学改进提供依据。通过这种“线上课堂+线下教学”的模式，可以很好地解决教学课时少和教学内容多的矛盾，同时也可以充分利用学生的“碎片化时间”，使学生实现自主学习。

（二）开展形象化空间思维能力训练，有针对性地解决学习难点

工程制图课程以投影和立体之间的表达为基础，培养学生对空间形体的形象思维能力和解决空间几何问题的能力。立体（三维）、平面（二维）的切换教学是非常重要的环节，也是画法几何这部分内容的学习难点，特别是对于空间思维能力基础较差的学生，整个学习过程变得比较困难。因此，如何把绘图与读图这一可逆过程用于空间逻辑思维和形象思维能力的培养尤为重要。

本课程首先利用投影箱，从点、线、面投影开始切入，分析点、线和面的投影规律和基本画法（如图1所示），熟悉它们之间的内在关系。所有几何形体的求解都可以转化为体—面—线—点，最终都是在求点，因此应引导学生在脑海中形成这一思路，这有助于空间思维快速地形成。

教师指导学生利用CAD软件中的三维建模构建基本体和组合体，反复练习三维物体的二维表达以及二维图形的三维重建这两个环节。学生基于基本投影理论想象、比较和归类，有助于快速地掌握空间思维方法，建立对基本体的理解。 例如，在基本体被平面截切的教学中，采用CAD绘制圆锥被水平面和正垂面截切产生的三维立体图（如图2所示），帮助学生理解截切过程中产生的截交线的空间形状特征，并加深理解截交线的可见性。在组合体三视图绘图、读图练习过程中，可以通过CAD绘制形成组合体的各个单体，并按照定位关系通过叠加或截切把它们组合起来（如图3所示），引导学生反复对照立体图和二维投影图之间的关系，深入理解绘图和读图的方法，培养空间思维能力。

（三）调整教学内容的体系结构，突出“环境—生态”特色

精炼画法几何的内容，构建“环境—生态”工程案例为主线的教学体系。工程制图中画法几何部分的主要内容包括点、线、面的几何投影原理与空间关系。考虑到传统的制图教学以点、线、面、体、组合体为顺序开展，看似遵循了由简单到复杂的规律，但由于点、线、面都是十分抽象的空间图形元素，学生理解起来并不容易。教师在教学中调整了顺序，将线、面放在基本立体造型的后面，通过实体投影引入对特殊位置线与面投影的讲解，形象直观，让学生更易于掌握课程知识。

此外，教师还尝试将传统画法几何的习题练习与CAD绘图结合起来，让学生通过CAD软件完成点、线、面的作图，训练学生的计算机绘图操作能力。同时，在有关视图、剖视图、断面图简化表达方法等的讲解中，教师引入了生态浮床、护岸、植草沟等知识点，以提高环境生态工程制图的精准性。

（四）强化实践教学环节，突出综合制图能力的培养

传统的工程制图教学往往侧重于单一图形的绘制，缺少综合制图应用能力的培养。本课程的教学改革进一步强化实践教学环节，将原先单一的绘图命令讲解改为以实际工程案例为主线的教学。如引入人工湿地、生态浮床等实际的环境生态工程制图案例，介绍环境生态工程制图的不同阶段和流程，以及对应的实际工程图样，充分利用科研工程项目，带领学生参观现场实际工程，将图纸和实物相互对照，让学生在实际工程中体验图纸所表达的内容，从实际工程中提升专业识图能力和空间想象能力，并深切体会识图和制图的重要性。

另外，本课程教学还引入“‘护岸带生态化改造微型设计”。教师向学生提供护岸型式、植物配置类型及基质选择依据等设计素材，组织学生通过小组合作的方式开展微型设计，引导学生在制图实践中把理论与实践有机地结合起来。这样不仅提高了学生的理论和实操水平，而且培养了学生相互合作、解决实际问题等工程实践能力。

（五）完善课程考核评价体系，强化实践能力的考核

传统的工程制图考试模式一般是笔试加CAD上机操作，这种考核评价体系往往使得学生更侧重于对理论知识的学习，难以客观评价学生的工程制图实践能力。为了改变这种状况，我校对考试制度进行了全面的改革，加强了过程管理，以促进学生深入、灵活地学习，引导学生勤于思考，强化实践能力的培养。教学团队将该课程学生的总成绩设置为：（1）平时成绩占40%。其中，学生出勤情况及课堂表现为5%；线上学习情况为15%（包括“线上互动”答疑讨论模块中的发帖数及在线学习时长、登录次数等综合考查）；作业为20%（线上与线下其他作业为15%、微型设计为5%）。（2）CAD上机考试为20%。（3）笔试成绩为40% 。

三、具有“环境—生态”特色的工程制图教学改革效果

通过环境生态工程专业工程制图教学改革，我校的线上课堂+线下教学的多元化教学模式不仅改善了当前传统教学模式下课时不足的现状，而且提高了学生的学习兴趣以及主体地位，学生和教师互动积极，教学效果也得到了有效的提升。

在2019—2022学年，笔者开始尝试在三所不同学校的环境生态工程专业对工程制图课程采用新的教学方法与教学安排。通过对实施后（2019—2020学年、2020—2021学年和2021—2022学年）和实施前（2018—2019学年）的学生评教结果进行对比，发现学生对课程教学改革的效果还是认可的，教师教学满意度由4.675逐步提升至4.931，學生学习兴趣由4.667逐步提升至4.921，课程满意度也由4.650逐步提升至4.920（如表1所示）。另外，考核成绩的对比也表明教学改革是有效的，考核总评成绩由77.8逐步提升至88.1（如表2所示）。

四、结语

环境生态工程专业工程制图课程是一门既包括理论和专业系统知识教学，又包含较强实践能力培养的课程，对于本专业后期专业课程设计和毕业设计的重要性不言而喻。本文从创新教学模式、完善教学内容体系、突出专业特色等角度介绍了基于“环境—生态”特色的工程制图课程教学改革的探索情况，旨在帮助学生提升解决复杂环境工程问题的能力，进而满足环境工程专业教学的需求，同时为本专业课程的教学改革提供一些建议和思考。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 霍光青，史雪松，郑嫦娥.“工程制图”课程教学改革的探索：以北京林业大学为例[J].中国林业教育，2019，37（1）：59-62.

[2] 王艳华.高校工程制图课程教学改革的思考：以环境科学与工程专业为例[J].教育现代化，2018，5（4）：89-91.

[3] 盛连喜，边红枫，何春光，等.我国环境生态工程专业形成过程及专业建设的思考[J].中国大学教学，2018（6）：15-18.

[4] 潘晶，张阳，张蕾，等.环境生态工程专业课程体系建设[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2017，35（4）：456-460.

[5] 王莉淋，罗玲，张延宗.环境生态工程专业人才培养的问题与发展方向[J].西部素质教育，2017，3（14）：156.

[6] 马万征，肖新，李忠芳，等.基于专业认证的《工程制图与AutoCAD》教学改革的研究[J].教育教学论坛，2018（49）：135-136.

[7] 周宗团，曹敏.以工程教育认证为导向的工程制图CAD课程教学改革探索[J].西部素质教育，2018，4（15）：166-167.

［责任编辑：钟 岚］