中国与新加坡工程制图课程的对比和启示

摘  要：工程制图作为一门专业基础课程，其重要性不言而喻。在土木工程领域，工程制图的授课内容主要包括画法几何、AutoCAD及BIM。该文从课程内容、授课方式、作业及考核方式三方面出发，对比国内及新加坡高校工程制图课程的异同点。同时进行相关调研，并进一步总结经验，就如何保持自身优良特点，借鉴国外经验，进行工程制图课程的教学改革做出探讨和建议。

关键词：土木工程；工程制图；新加坡；课程内容；授课方式

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）18-0014-05

Abstract： As a fundamental and practical course of civil engineering， Engineering Drawing is quite important. The teaching content of Engineering Drawing includes descriptive geometry， AutoCAD and BIM. In this paper， comparisons and discussions are conducted from three perspectives， namely contents， teaching methods and assignments to explore the similarities and differences of engineering drawing teaching in China and Singapore. In the meanwhile， relative surveys are conducted. Recommendations are further drawn on how to conduct teaching reform on the basis of maintaining own characteristics while drawing on foreign experience.

Keywords： Civil Engineering; Engineering Drawing; Singapore; course content; teaching method

工程制图（Engineering Drawing）是土木工程专业基本课程之一，在各国课程体系中多为必修课程[1]。从概念上而言，工程制图是一种用以指导产品生产或构件制作的技术性手段。在土木工程领域，设计师利用工程制图精准清晰地描述构件及结构的几何尺寸，工程师则通过参照图纸来建造相应建筑[2]。一般而言，工程制图的授课内容主要包括：画法几何（descriptive geometry），AutoCAD （Autodesk Computer Aided Design）及建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）[3]。其中，画法几何是几何学的一个分支。通过一系列特定的技术在平面上用图形表示形体，解决空间几何问题，是工程制图的基础。AutoCAD是由美国Autodesk公司设计研发的专业绘图软件，自1989年推出后，因其易用性及实用性，在设计界迅速走红，如今已被广泛运用于土木工程、机械工程等领域。BIM是生产及处理建筑物理信息和实用功能的数字表征的手段及过程[4]。相对于传统的二维设计，BIM能够以三维的方式更加精准地呈现设计者的意图和建筑的信息。从建筑的设计、施工、运行直至全寿命周期的终结，各种信息始终整合于一个信息数据库中。设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作，从而提高工作效率、节省资源、降低成本，以实现可持续发展[5]。正因如此，BIM课程的重要性也越来越多地受到各个高校的认同。

随着电子信息产业的不断进步，工程制图已经从原先的手工制图逐渐发展为更多依靠计算机的电子制图[6]。在如今大规模基础建设的背景下，如何使学生掌握最新制图技术，使其适应当前产业发展的需要，就成为高校教育工作者们不得不思考的一个重要问题。

笔者曾有幸在国内及新加坡高校（南洋理工大学）教授工程制图。国内的课程体系在创立之初，大量参考了苏联模式。尽管改革开放后，国家与时俱进地做了多次教育改革，但至今仍能在国内大学的培养计划中找到苏联模式的影子。而新加坡作为一个曾经的英国殖民地，其课程及教育体系几乎照搬了英国模式。另一方面，新加坡的人口规模远远小于中国，且发展程度较高，其学生享受到的教育资源也更加丰富。以上两国的国情差异，也同样反映在工程制图这门课程中。本篇文章中，笔者将就课程内容、授课方式、作业及考核方式三个方面，对比并讨论中新两国的工程制图课程的异同点，并总结经验，为此课程的改革提出建议。

一  课程对比

（一）  课程内容对比

在绝大多数国内高校中，土木工程制图通常由三个子课程组成，即画法几何、AutoCAD、BIM，并于不同时段分别开班授课。画法几何作为工程制图的基础，通常被安排在第一学年讲授，占2学分。内容主要包括投影原理、轴测投影、点线面投影、曲线曲面投影、立体的截交线和相贯线及标高投影等。画法几何是一门理论与实践并重、动手操作性较强的课程，往往要求学生进行手绘制图[7]。通过该课程的学习，学生应掌握制图与识图基本方法和基本技能，熟悉国家相关制图标准、规范，熟悉各种基本立体、复杂立体的投影规律。学生需具备较强的空间想象力，能够熟练绘制三视图，并能根据三视图熟练绘制立体图。

根据专业的不同，AutoCAD通常被安排在第一学年（如工程管理专业）或第二学年（如土木工程专业）讲授，占1学分。学生首先学习软件界面及基本操作，图层及线型线宽设置，直线、圆等几何图形的绘制，再学习如何进行书写文字、标注尺寸[8]。通过不断练习加深熟练程度，能够独立完成建筑施工图和平面图的绘制，满足毕业设计的绘图要求。

随着建筑工业化的不断发展，越来越多的国内高校认识到了BIM技术的重要性，相关课程也逐渐被纳入培养计划[9]。作为画法几何及AutoCAD的后续课程，BIM通常被安排在第三学年讲授，占2学分。国内一般采用Revit Structure或Naviswork等软件进行BIM课程讲授。课程内容包括相关软件的应用，梁、板、墙、基础和楼梯等构件的三维结构建模和计算方法，实现冲突管理与动态的四维项目进度仿真的方法。学生应通过该课程培养BIM结构建模和设计的能力，及实现施工项目可视化的能力。

在新加坡，画法几何常与AutoCAD及BIM整合，组成一门名为工程制图和3D建筑信息建模的课程，有些院校也会选择Inventor等软件作为补充。该课程被安排在第一学年，占1学分（Academic Unit），且均为实验课程（Laboratory Course）。课程内容方面，按照画法几何、AutoCAD、BIM的顺序，层层递进，由浅入深。其中画法几何讲授的内容包括工程制图的基本原则、切线原则、第一及第三视角投影、剖视图及等距视图等。学生被要求能够根据立体示意图画出几何体的三视图。AutoCAD则包括点、线及各种几何图形的绘制、旋转、复制和镜像等操作的学习。学生需掌握组合复杂图形的绘制。BIM则要求能熟练运用Revit软件进行结构建模及设计计算。

笔者对所在学院土木工程专业大四124名学生进行关于课程内容的调研，同时委托南洋理工大学李兵教授对其所在院校土木与环境工程大二80名学生进行同样调研。结果显示（图1）中新两国学生均对软件绘图兴趣较高，对传统手工绘图（画法几何）兴趣较低。笔者认为不能以陈旧思想，将学生的选择片面归因于对传统制图技巧的畏难情绪上。而应从当下实际工作所需技能出发，与时俱进，以平和心态看待学生兴趣的转变。这也要求学院在制订培养计划及教师在撰写教学大纲时，注重相关绘图软件的训练。

（二）  授课方式对比

授课方式是工程制图课程的关键一环，关乎着课程能否持续有效推进，学生能否有效获取相关知识。画法几何对于空间想象能力及相关绘图技巧的要求较高，国内高校多选择普通教室作为其授课地点。课程教学分为课堂讲授和课堂练习两部分。教师通过板书或多媒体辅助教学工具讲解投影原理、规律并进行相关案例的解析，学生则依照相应教材进行学习。随着课程的不断展开，课堂练习的时间不断增多。AutoCAD的授课地点则选在机房（实验室）。课程教学分为操作演示和课堂练习两部分。教师通过机房主机投影屏幕至学生电脑，进行相关知识点的讲解及操作流程的介绍。学生亦可参考课本中的步骤分解进行学习。而后学生通过绘制相应图形练习该堂课所授的知识点。BIM的授课地点亦选在机房（实验室）。课程教学分为课堂讲授、操作演示、课堂练习三部分。讲授及演示时，教师以工程项目为依托，结合工程实际案例，使学生掌握教材中Revit Structure、Naviswork等软件的应用方法和原理。课堂练习则包括案例教学及分组讨论。教师选取实际工程案例，并将学生分组，培养学生的团队协作和沟通能力，提高学生分析和解决实际工程问题的能力[10]。

如前所述，新加坡高校多将画法几何、AutoCAD、BIM整合到一门课中讲授。作为一门实践课程，授课地点均在机房（实验室），由实验室工作人员或助教博士（Teaching Assistants）进行讲授。课程教学主要分为操作演示和课堂练习。相对于软件学习部分，画法几何所需教师讲授时间更长，但通常也不超过半节课。AutoCAD和BIM需要的讲授时间往往只占整堂课的三分之一左右。这样，学生就有大量的时间进行自主练习。课堂讲授时，教师通过机房主机投影屏幕至学生面前的电脑上，进行相关知识点的讲解及操作流程的介绍。学生无专用课本，往往采用概括经典教材内[11]知识点及习题讲义进行学习。课堂练习时，教师在课堂内来回走动，针对不同学生的问题进行解答。授课时间短，就要求学生在授课前进行预习。学校的学习网络教育平台提供了按照教学计划划分的学习内容。学生可在网上自主学习，进行小组讨论，并向授课老师留言提问，从而做到线上及线下的良好互动。

如前所述，笔者对所在学院土木工程专业大四124名学生进行关于授课方式的调研，同时委托南洋理工大学李兵教授对其所在院校土木与环境工程大二80名学生进行同样调研。结果显示（图2）中新两国学生均认为教师实例演示是最为有效的授课方式，大部分国内学生（62%）依赖此方式进行学习。除此方式外（42%），相当多的新加坡学生同样依赖于小组讨论（18%）及课堂答疑（25%）进行学习，其比例远高于国内学生。这是因为新加坡高校强调学生的自学与小组间的互动，课堂氛围较为轻松活跃。同时可以看到，两国学生对于较为机械的PPT讲解均不甚喜爱。

（三）  作业及考核方式对比

作业及考核方式是工程制图课程的评价手段，是检验课程成效的必要途径。在此方面，国内一贯较为严格[12]。画法几何注重手绘技能，平时大作业（点线面投影练习、组合体投影练习等）占总成绩40%左右，期末考试则占比60%左右。考核内容主要包括投影基本概念、投影原理和应用，反映在试卷上即为三视图的推导及绘制等。AutoCAD作为一门软件学习课程，考核内容也是软件绘图的水平和速度。其总成绩由平时成绩、期末考试成绩组合而成。平时成绩由出勤及大作业构成，占比较小，而期末考试占比达80%以上。学生们被要求在规定时间内将图纸所示的建筑平面及立面图原样绘制于计算机内。这也是对本课程所学内容的综合考察。对于BIM而言，由于其软件绘图所需工作量较大，故对软件熟练程度的考核往往是以大作业的方式（Revit Structure图元、族）进行，占总成绩的比例约为40%，其余60%则以期末考试的方式，通过选择题、填空题、分析题等考察学生对于BIM的技术应用理论、钢筋混凝土结构和钢结构模型建立与配筋计算、图纸设计与处理、施工进度表的制定等的掌握。