基于成果导向理念的环境工程CAD教学改革探析

摘  要：环境工程CAD（Computer Aided Design）是环境工程专业的核心课程之一，具有实用性强、应用广的特点。通过分析，在环境工程CAD教学过程中存在实际绘图与专业绘图的“最后一公里”未打通、线上线下资源协同融合亟需加强及学生专业实践和专业知识储备不足等问题，该文基于成果导向教育（Outcome-based Education，OBE）理念，探讨环境工程CAD教学改革的具体措施过程。期望提高课程教学效果，同时也为环境工程专业同类课程教学提供参考。

关键词：环境工程CAD；成果导向教育；教学改革；改革措施；实践能力

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）09-0149-04

Abstract： Computer Aided Design （CAD） for Environmental Engineering is one of the core courses in Environmental Engineering Major， which is practical and widely used in industry. Through analysis， the problems existing in the teaching of Environmental Engineering CAD include the unconnected "last hurdle" between actual drawing and professional drawing， requirements for urgently enhancing the collaborative integration of online resources and offline ones， and the deficiencies of students' professional practice and expertise stocks. Based on the concept of outcome-based education（OBE）， this paper discussed the concrete measures of Environmental Engineering CAD teaching reform， which hopes to improve the effectiveness of Environmental Engineering CAD teaching and also provide references for teaching similar courses in environmental engineering.

Keywords： Environmental Engineering CAD; outcome-based education; teaching reform; reform measures; practice ability

环境工程CAD（Computer Aided Design）课程是环境工程专业的一门专业必修课程。该课程将计算机技术应用于环境工程专业，在介绍计算机辅助设计知识的基础上，以环境工程设计实例为范例，重点介绍AutoCAD绘图软件应用于环境工程设计的基本使用操作与方法。同时，给学生提供较多课堂实践训练的机会，使其更好地掌握基础操作。此外，学生还需学习环境设计专业图纸绘制及绘图规范，以期能够完成环境工程三废处理中构筑物、平面布置和高程布置的绘制，提供质量较高的工程设计图纸。

成果导向教育（Outcome-based Education，OBE）强调以学生为中心、以学习成果为导向，注重学生的知识、能力和素质的协调发展[1-2]。至今，OBE理念已形成了一套比较完整的理论体系和实施模式，以“学生需要掌握什么”为教学的出发点进行反向设计，在教学中注重培养学生的自我探索和自我学习能力，课后充分反思教学存在的不足并在后续教学中进行持续改进。在OBE教学模式中，学比教更重要，关注的重点是“学生学到了什么”和“是否成功”。让学生明白所学知识的实际应用价值，锻炼学生发现、分析和解决问题的能力，进而提高学生综合实践能力，培养学生的专业技能和职业素养[3-4]。目前，大部分高校的CAD课程处于以“教”为中心的模式，教师课堂讲授为主，学生作业练习为辅，课程开放性较差，在教学活动中难以形成以学生为中心、让学生主动探索和学习、真正掌握专业所需技能并能够解决问题的局面[5]。因此，如何基于OBE的新型理念，打破传统教学模式下学生被动接受知识的局面，打造环境工程CAD的高效课堂并改善实际教学效果，成为亟需解决的关键问题。

一  环境工程CAD教学现状及存在问题

环境工程CAD课程与工程实际应用密切相关，该课程除了让学生掌握AutoCAD软件的应用范围、基础操作和制图规范外，还需让学生学会结合环境工程专业知识设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程并绘制图纸，培养学生的创新实践能力[6]。但在实际的课堂教学中，以下问题严重影响课程的教学效果。

（一）  实际绘图与专业绘图“最后一公里”未打通

环境工程CAD的教学内容具有抽象性，要求学生具有一定的空间想象力和几何知识，其课程教学环节主要包括课堂讲授、学生讨论、学生作业练习、上机实践和学生展示等。在环境工程CAD的课堂讲授中，老师通过PPT教案内容讲解进行专业知识普及，使学生理解并掌握本门课程的相关理论知识。同时，通过介绍CAD软件基本操作命令，学生上机绘图及布置CAD绘图练习作业，强化学生的CAD应用能力和熟练掌握相关的设计方法。这种教学方式虽然教学速度快、信息量大，但课堂上老师与学生缺乏有效互动，容易使学生陷入枯燥、乏味的学习状态，不利于激发学生创新思维和主动思考[7]。课程结束后，学生虽能够掌握基本绘图命令，绘制出老师所给的图纸，但也只能够照猫画虎。学生只是单纯地使用操作命令绘图，没有将CAD课程学习与环境工程专业充分结合及彻底理解绘图意义。对学生来说，绘制出环境工程领域专业图纸还有一定难度。学生并没有真正掌握设计方法和绘制专业图纸的技能，实际绘图离专业绘图还有较大的距离[8-9]。

（二）  线上线下资源协同融合亟需加强

线下的CAD教学内容主要集中于基本绘图命令和实际上机绘图操作，由于CAD软件功能繁多、操作复杂，学生难以在有限的线下课堂时间内熟练掌握软件应用[10]。此外，即使学生能在课堂上听懂老师讲授内容，但在自己绘图时也会遇到诸多困难。例如，学生在课堂上学习了一些CAD的实体绘图命令和编辑修改命令，但因一时记不住或操作不熟练，造成短时记忆遗忘，学生在课后需花大量时间回忆具体绘图命令，并进行重复绘图操作以加深记忆。课堂上的知识教授和实际上机绘图操作并没有紧密结合，导致大幅度降低课堂的教学效果[8]。线下课堂由于课时的限制阻碍了CAD教学内容的全面性。相比之下，线上有大量的CAD专业教学资源（如土木工程网、给排水网和建筑龙网等），这些线上资源图文并茂，有专业讲解绘图步骤，逻辑清晰、讲解透彻，并附有系统的设计图纸。学生可以利用这些线上资源库，巩固线下课堂所学知识。然而，多数学生没有利用好线上的CAD教学资源，使这些线上资源并没有充分发挥其作用。

（三）  学生专业实践和专业知识储备不足

环境工程CAD课程着重强调与环境工程专业的紧密结合，要求学生深刻理解工程制图在环境工程中的应用及熟练使用AutoCAD软件绘制典型处理工艺流程图和典型处理工艺总平面图。通过CAD课程教学培养学生运用各种手段查阅、使用技术资料的能力及掌握环境工程设计的基本流程和方法。但该课程往往开设过早，学生的专业实践和专业知识储备不足，造成许多学生对计算机辅助设计课程的认知存在偏差，对CAD软件的运用只是单纯地停留在操作学习上，没有将软件应用与环境工程专业知识和专业技能进行有效结合[11-12]。同时，专业认知较少会影响学生对课程教学讲解内容的掌握。学生只是单纯地记住绘图操作，遇到问题解决方法单一重复，没有把软件变成自己专业设计上的辅助工具，这与环境工程CAD课程教学要求背道而驰[13]。

二  环境工程CAD教学改革措施分析

针对以上环境工程CAD教学存在的问题，本文结合OBE教学理念提出以下教学改革措施。

（一）  建立以学生为主体的教学模式

该门课程在机房内进行上机操作，每名学生都可以通过实际操作对课程实例进行反复练习，真正掌握所学知识，实现学生能力从模仿范例绘制到独立完成专业图纸绘制的提升。教学可以分为“知识讲解→操作示范→学生练习→交流讨论→提高创新→总结反思”六个步骤，如图1所示。

首先，在学生初步接触AutoCAD软件的阶段，教师要充分发挥引导作用，以典型案例为教材，通过明确目标、具体绘制和成果获得的过程传授学生CAD软件的基本编辑知识。再布置简单基础的绘图任务，教师进行操作示范，学生在观看教师示范的过程中加深对软件界面的认知。让学生通过模仿范例的方式对所学知识加以练习，以便快速熟悉基础操作，巩固基础知识，并使学生树立信心。

其次，加强师生互动、生生互动，给学生展示自我的机会。可以设置学习互助小组，通过组内的交流和讨论，解决部分学生存在的问题，增强学生的自觉能动性，加深学生的课堂参与感。并且在每一次布置任务后，以小组为单位在课堂上分享本次任务中的主要知识点和难点，激发学生独立思考的能力，培养学生严谨的工作态度和精益求精的学习风气。通过与同学的交流讨论以及老师的答疑解惑，学生可以发现自身操作不当之处并解决实操中存在的疑惑，总结整理后可找到最便捷的操作方式，达到对知识的熟练掌握。

最后，在学生熟悉软件界面和基本绘图命令以后，可以布置一些难度较高的任务，让学生结合自身独立思考及与同学小组讨论完成任务，保证学生在知识系统化和把握整个绘图过程的情况下进行画图操作，进而才能对课程知识融会贯通。教师应引导学生主动去图书馆或互联网上查找相关知识，培养学生努力学习的意愿和付诸努力的恒心，启发学生实践创新的意识，通过学生自身的发散思维将课堂知识加以延伸扩展，增强学生经过自身学习完成目标的能力。培养学生在操作练习或完成绘图任务后进行及时反思，对不足之处进行针对性练习的习惯，学生可以在查缺补漏的过程中加深对软件操作的熟练度，进而锻炼自我反省和自主学习的能力。同时，教师在课后需针对学生的目标达成度来寻找授课过程中的短板，以便进行复盘与反思，并在日后教学过程中改进，达成教学目标。

（二）  线上学习优势与线下学习实践有机融合

纸上得来终觉浅，学生在课堂进行学习的时间终究是有限的，因此应鼓励和督促学生在课余时间进行知识的预习及复习。

1）可以将一部分较基础的课程内容以视频或PPT的形式展现，并利用云课程、群共享的方式督促学生课前学习，借助互联网的优势加深学生的自主学习能力。线下教学时在课堂上为学生提供更多的时间进行练习，用于锻炼学生的空间感及识图绘图能力，并根据学生练习中出现的问题进行针对性的答疑。

2）该课程以培养学生分析和实际操作能力，把学生培养成应用型人才为目标。因此教师在教学过程中，应重视学生学习的自觉能动性及实际应用能力，通过“雨课堂”等平台布置基础操作任务及大作业，定期进行学生能力水平测试，将学生的平时学习过程纳入最终成绩的考核，在不增加学生负担的前提下，对学生起到有效的监督指导作用，以便更好地完成教学目标。在课后练习内容方面，结合环境专业实际案例，挑选需要学生进行思考、仔细审图后才能绘制正确的图纸，增强学生将所学知识付诸应用的能力。

3）课程大作业以小组形式完成，并在课堂上以PPT形式进行汇报，学生将自己对专业知识的理解与感悟以图文的形式进行展现，教师可以根据图纸通过提问的方式检查学生对基本命令及专业绘图规范的理解程度。学生进行PPT合作制作与讲述的过程，即是对自身学习知识的汇总与自省的过程，也是将自身理解进一步深化于心的步骤。能够清楚地将自己的理解讲演并向老师同学展示，不但培养了学生的演讲表达能力，提高学生的自信心，也能促进学生对课程理论的进一步理解与掌握。