环境与建筑工程制图基础课程教学改革探索

摘  要：环境与建筑工程制图基础作为专业基础课程，要求学生在掌握工程制图的基础上继续学习环境工程CAD（Computer Aided Design）技术。现阶段我国部分高校依旧存在环境工程CAD课程授课内容和形式不完善，导致学生学得到的环境工程制图知识与实际工程衔接不紧密的问题。该文在大力推进新工科建设的背景下，基于OBE（Outcome-based Education）理念探索环境与建筑工程制图基础课程从教师讲授、学生练习、第二课堂成果展示到授课效果反馈的闭环教学过程改革措施，以期提高本课程的教学效果，并为后续的水、气、固等多门专业核心课程的课程设计提供坚实基础。

关键词：工程制图；环境工程；教学改革；OBE；第二课堂

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）06-0136-04

Abstract： CAD （Computer Aided Design） course for environmental engineering is one of the professional foundation courses that needs students to continue learning CAD technology after acquisition of hand-drawn engineering drawings. Nowadays， there are still some colleges and universities that have the problem on building dynamic and update content of environmental engineering lessons， which leads to a poor connections between drawing lesson contents and the actual engineering. Under the background of vigorously promoting the construction of new engineering disciplines， the utilization of OBE（Outcome-based Education） concept in CAD courses for environmental engineering was studied in the paper. The reform measures of closed-loop teaching process from the teachers' lecture， students' practice， the results of outdoor teaching to the feedback of the teaching effect was researched systematically. The conclusions of this paper will help to improve the teaching effect of this course and provide a good foundation for the subsequent course， includingdesigns of many professional core courses， such as water， gas， solid pollution control and so on.

Keywords： engineering drawing; environmental engineering; educational reform; OBE; the secondary class

工程制图课程是国内外工科大学生的重要基础课程。国外工程制图课程的内容设置主要面向工程师的培养，作为学科（专业）基础课程，其在课程内容构成方面针对环境类学科的专业知识相对较少[1]。德克萨斯大学的制图教材Engineering Design Graphics涵盖面较广，课程内容设置既有机械工程设计所需的公差配合、焊接、管道图和电路图等，还编排了矢量图的绘制和各类统计图表的绘制，然而对生态环境类的设计内容相对匮乏；克拉克马斯大学的制图教材Engineering Drawing and Design主要包括了各类的工程图，课程内容增加了水压装备等的设计、结构设计和常用机械加工过程等的介绍，部分内容与水环境类设计相关联，但是针对性依旧较差；普渡大学的制图教材Problem in Engineering Drawing for Design and Production更着重于机械工程设计，授课内容也仅局限于服务噪声装置与设备的设计，涵盖面依旧相对较窄。可见，在世界范围内工程制图课程内容的设置通常会涉及环境工程学科，但是存在关联不紧密、内容覆盖度低的问题[2]。

我国作为世界基建大国，工程制图课程发展迅速且全面。土木建筑类、机械设计类、电气类工程制图的差异化发展相对比较成熟，环境类工程制图在此期间也得到了高速发展[3]。由于环境工程学科涉及的专业内容较广且相对独立性较高，因此导致环境类工程制图课程设置的偏重也各有不同[4-5]。同时，基于OBE理念的教学改革尝试已经在多种环境类专业核心课程中进行尝试，而在工程制图等专业基础课程中的研究相对较少[6-8]。本文以国内近年出版的环境类工程制图教材为切入点，对其课程设置的内容进行分析。近年典型的环境类工程制图教材主要情况见表1。

现阶段环境类的工程制图教材在内容设置方面与环境工程、市政工程和暖通工程专业知识的匹配程度较高，能够很好地服务于各类专业核心课程的课程设计需求[9]。然而，部分教材缺乏相对应的工程案例分析和具体的实际应用场景，使得学生课堂绘制的成果无法与实际工程内容产生紧密关联，最终可能导致学生在完成课堂学习内容后缺乏获得感和成就感。本论文计划以环境与建筑工程制图基础课程教学改革为出发点，结合课程特点，融合OBE教学理念，带领学生进入户外第二课堂，将课程内容、学生作业、实际工程设计内容、项目竣工效果关联起来，在提升学生专业知识的同时，融入大国工匠精神的课程思政内容以增强学生的课程成就感。

一  环境与建筑工程制图基础课程特点

华中科技大学环境科学与工程学院的环境与建筑工程制图基础课程设置在第二个学期，授课对象为环境学院的全体大一本科生。该课程要求学生在完成工程制图基础上，继续开展环境与建筑工程制图基础课程的学习，重点关注学生使用计算机辅助设计制图能力的培养。该课程同时衔接大二和大三学习的专业知识，并为固体废弃物处理与处置、水污染控制工程、大气污染控制工程、物理性污染控制工程和环境评价等专业核心课程的课程设计奠定具有专业属性的工程制图基础[10-12]。

该课程目标主要包括以下三个方面：①在传统手绘三视图、剖视图的基础上，掌握计算机辅助制图的基础知识，包括以AutoCAD为载体掌握该软件的界面和指令，能使用AutoCAD绘制和编辑复杂图形，绘制简单的三维图形；②掌握市政专项规划、污水处理厂和垃圾填埋场、烟气脱硫脱硝设备以及水生态修复工程等环境类工程项目的设计图纸绘制方法；③了解环境类工程制图的最新发展动向，熟悉BIM（Building Information Modeling）模块在环境工程领域的应用，以及AutoCAD与GIS（Geographic Information System）等其他模型软件的联动使用，进一步贴近实际工程应用。

基于上述的主要教学目标，本课程的最新科研成果主要体现在以下方面。①规划设计前沿理念的融入。现阶段环境污染治理已经由单一介质的污染物净化处理上升至多介质中复杂污染物的协同处理处置，大气污染区域联防联控和流域水环境综合治理已经成为主流。因此，将在传统的专项规划设计篇章中引入最新的流域综合治理规划设计理念。②规划设计成果多元化输入和输出。计算机辅助制图常用软件AutoCAD在一定程度上可以表达工程师的思维构想，然而环境工程师在进行工程规划设计时，可能会先依据ArcGis的.shp文件加载地理信息数据，如湖泊地形等数据进行初步设计。然后，将设计内容带入Infoworks或者MIKE模型进行水动力学、水质模型运算等，最后将模型运算结果可视化反馈。因此，引入传统AutoCAD制图软件与模型计算相结合的授课内容。

以上教学目标的达成以及新科研成果在教学过程中的应用，都离不开科学的教学理念作为引导，促使课堂教学内容的落实。

二  基于OBE理念的环境与建筑工程制图基础课程设计优化

结合现阶段国外工程制图课程设置对环境类专业的针对性不强的问题，以及国内环境类工程制图课程注重基本操作，而缺乏现阶段不同类型工程案例的特点，本教学团队基于学习产出的教育（OBE）理念，对环境与建筑工程制图基础课程设置进行优化。通过调研环境类专业对计算机辅助工程制图的需求，结合毕业校友对专业技能的反馈，最终确定本课程的教学思路如图1所示。

环境与建筑工程制图基础课程的主要内容包括三个方面。

（一）  计算机辅助绘图基础

本科生完成画法几何课程学习的基础上，已经掌握了尺规作图和手绘制图的基本操作。为进一步拓展计算机辅助制图的作用与优势，提升学生制图的效率以应对社会对环境工程卓越工程师的新要求，开展计算机辅助制图基础内容的教学。此部分概要介绍环境类工程制图的应用场景，计算机辅助工程制图发展历程，以及主流的计算机辅助制图软件AutoCAD的概况；以AutoCAD软件为载体，介绍AutoCAD工作界面及基本功能，包括AutoCAD工作界面介绍、制图前准备工作、基本命令调用以及基础平面图形绘制等内容；在此基础上，进一步讲述复杂图形绘制及编辑，包括典型构筑物的轮廓绘制、块的构建与分解、图形填充以及图形测量和尺寸标注等内容；之后，对AutoCAD三维图形绘制相关内容进行拓展；最后以工程制图成果展现收尾。

（二）  环境类工程制图应用

在本课堂上掌握AutoCAD软件基础功能和基本操作的基础上，进一步细化延伸至环境类专业可能的应用场景，通过不同类型的工程案例，有针对性地引导读者掌握AutoCAD在不同工程领域的实际应用，涵盖从规划到设计，延伸至施工图等多个流程和环节。其中，以市政专项规划为切入点，结合专项规划涉及的主要作图内容及其制图特点；结合水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废弃物处理与处置等环境工程专业核心课程的设置，开展市政污水处理厂设计及其排水管网设计的教学内容，不仅包含污水处理厂的工艺特点介绍，更偏重于水污染控制工程制图的特点。由于大气污染控制工程中涉及与工程设计相关的内容为环保设备，因此本课程选取燃煤锅炉烟气净化装置和设备的设计作为授课内容，以期为学生展现工程设备制图与土木建筑制图的显著差异性。当今固体废弃物的处理与处置现状要求学生不仅要掌握传统的垃圾填埋场设计，同时还需要掌握垃圾焚烧厂的设计，不仅包含了土建制图，同时也囊括了环保设备制图。河湖水生态修复作为当下我国生态环境事业发展的重要组成板块，其相关设计内容不仅包含了环境工程的专业知识，同时还涉及水利工程计算和市政工程设计的内容，因此河湖水生态修复相关的设计同样具有鲜明的特色。本课程计划邀请有相关项目经验的校外工程师导师为学生进行讲授，一方面让学生了解计算机辅助工程制图的具体应用场景，同时也进一步提升了学生对专业知识的新感知和新认识，以此案例拓展读者的工程应用视野和经验。

（三）  环境类工程制图展望

在学生掌握现阶段计算机辅助工程制图的应用场景后，进一步探索和展望工程制图的发展趋势，包括AutoCAD与ArcGis、Fluent、Ansys等分析计算软件的联用，以及新兴建筑信息模型BIM中多板块的特征和应用。结合环境大数据信息化和智能化发展，以及市场高速发展对专业的需求，综合考虑多方面因素使授课对象的环境工程专业工程制图的理论和实际都处在前沿。

三  第二课堂成果展示交流与反馈