环境科学专业工程制图课程教学模式初探

摘要：该文分析了我国高校环境科学专业技术基础课工程制图教学存在的问题，并对该课程在教学内容、教学手段、教学方法和实践性教学环节的创新方面进行了初步探讨，提出了环境科学专业工程制图课新的教学模式。

关键词：环境科学；工程制图；教学模式

工程制图是高等理工学校本科专业的一门重要的技术基础课，是表达和交流技术思想的重要工具。目前，各类理工科专业课程体系中基本都设有工程制图课，各专业均结合本专业的需求和特点，在教学内容设置、教学方法上突出了不同的侧重点，比较传统的有机械制图、土木工程制图、建筑制图等。
随着环境问题的日益突出，与环境污染治理相关的工程项目越来越多，这就要求环境类专业的学生不仅能够掌握污染治理的基本原理、工艺和技术，还要能够将各种污染治理技术用工艺图纸表达出来。学会绘制环境工程图样，读懂复杂的施工图，对环境科学专业的学生将来在管理、科研等岗位更好地工作具有重要意义。同时，也是学生增加就业竞争力的重要条件之一。目前我国的环境工程制图课程还没有形成很好的课程结构体系，很多高校还在沿用机械制图或土木工程制图的教材及教学模式，这些课程在专业知识方面没有很好地与环境专业相结合，课程中所选用的一些图例也没有突出环境工程的特点，这就给学生识读、了解环境专业图样带来了很大的障碍，进而对学生以后进行相关课程设计以及就业造成了麻烦，因此，研究如何改进环境工程制图课程体系、改进教学模式是环境类专业课程中亟待解决的重要问题。
目前，我国高等学校的教学改革正在全面深入进行中。《中国教育改革和发展纲要》指出：“在高等教育的改革和发展中，体制改革是关键，教学改革是核心，培养人才是根本。”我们针对环境科学教学的特点，结合当代科技的动态及市场经济建设的需要，在多年环境科学专业工程制图教学的基础上，参考其他专业工程制图的教学情况，探索出了一套新型的教学模式。

一、当前环境科学专业工程制图教学中存在的问题

工程制图教学的主要任务是培养学生较强的读图能力、图示能力、空间想象能力和绘图技能。针对目前学生在学习制图课时空间想象能力、识图表达能力和完成作业时出现的种种问题，探讨有针对性的教学方法并采取有效的教改措施，是提高工程制图教学效果的当务之急。
纵观近年来的教学实践，工程制图教学过程中存在不少问题，主要表现为：

(一)课时少与教学内容多的矛盾
目前，环境科学等理科类专业开设的工程制图课时数都比较少，一般是40学时左右，有的甚至更少，而教学内容几乎与工科专业的工程制图一样多，不仅包括画法几何、制图基础，还需要介绍环境工程、给水排水工程等相关专业图的识读与表达以及计算机绘图的基本知识，这就造成教学课时不够、学生学习困难两个方面的矛盾。

(二)教学内容与环境专业相关性差
目前大部分学校为环境专业学生选择的教材为《工程制图》、《建筑制图》或《土木工程制图》，教学内容从总体上讲与机械制图相差不多，但环境科学专业与机械专业、建筑专业的要求不同，除适当讲授画法几何学、制图基础和计算机绘图等基本知识外，还应当增加适于环境科学专业的教学内容。

(三)学生的空间想象能力差
在制图教学过程中，经常需要从物体到图形又从图形回到物体的空间思维活动，学生往往想象不出已知视图表达的空间形体，不能顺利地补画视图；想象不出截交线、相贯线的形状，不能准确地判断截交线和相贯线的弯曲趋向，想当然地盲目画线；想象不出较复杂的组合形体的内部结构和形状，错误或不完整地表达形状结构。这些问题给学生识读和绘制环境工艺图纸带来一定的困难。

二、环境科学专业工程制图教学新模式探索

(一)多媒体与直观教学相结合
近年来，随着教学改革的不断深入，制图课的教学内容和教学要求都有了新的调整。为此，传统黑板加粉笔的教学手段已经不能适应当前的教学需要。而以计算机技术为主要特征的多媒体教学方式为制图教学带来了新的生机。
传统教学中所采用的教学媒体只能生成静态图，缺乏生动性和直观性。如果采用多媒体教学，则教学方式可以多样化，对于教学中的重点和难点，配合三维模型和视图，必要时演示动画，可以大大减少学生的理解难度，使得索然无味的理论教学变得生动、直观和可视化。多媒体教学不仅能够极大地提高学生学习的积极性，有效改善教学效果，而且可以大大节省课堂教学中手工绘图的时间，减轻教师讲课的强度，提高教学效率，最终达到提高教学质量的目的。
此外，教师在应用课件时，应针对教学内容和学生的具体情况，结合多媒体教学课件来备课和组织教学内容。课前，教师应提出一些问题，让学生带着问题听课，在讲解概念和开始举例时，应用三维动画将问题讲解透彻，重点和难点内容可适当放慢速度，反复播放。学完一段内容后，让学生回答问题，提出疑问。进一步举例时，应将动画关闭，让学生根据投影图，分析空间情况，培养学生的空间想象力。通过这些交流，刺激学生上课时集中精力听课，同时，教师也能更好地掌握学生的学习情况，安排好下一步教学内容。此外，计算机辅助教学不只限于教学课件的应用，还可以在学生自学过程以及测试、作业答疑等各环节使用多媒体课件，提供每道题的分析与答案，从而使教学效果与学习效率快速提高。

对于不适合多媒体教学的内容，可以采用直观教学(即黑板教学、模型教学)的方式解决。例如对那些需要实物参照，需要教师指导和某些实践的环节，则放到直观教学方式中解决。如截交线、相贯线的作图及分析，采用直观教学，可加强教师与学生的交流，使学生学习中的问题能及时得到解决，达到良好的学习效果。(二)根据环境科学专业的特点进行教学
众所周知，各专业的工程制图的教材都来自机械专业的机械制图，但是，环境专业与机械专业存在很大的区别，零部件的绘制也远没有机械工程领域复杂，根据这个特点，应该对教学内容进行精心安排。
传统的工程制图课一般包括两大部分：画法几何及机械制图，有的增加一章计算机绘图简介，有的还会增加一些建筑工程或土木工程图样。如：建筑平面图、建筑立面图、剖面图、详图、管道图、给排水工程图等。然而，这些内容，既未体现环境科学专业的特点，也难以反映学科当前发展状况。因此，在注重实效、讲求实用、以培养学生能力为主的原则下，我们在2007年修订新的本科生培养方案时，对《环境工程制图》的教学大纲做了调整，把课程内容改为“制图基础、画法几何、环境专业制图、计算机绘图”四个板块。这样的安排既可以让学生掌握工程制图的基本原理和方法，又可以让学生熟悉环境科学专业的制图规律和专业知识。在“制图基础”部分，介 绍《机械制图》国家标准及本专业有关的技术法规，使学生从一开始就养成遵守国家标准的习惯，培养学生认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风。在“画法几何”部分，应合理取舍有关内容。在介绍投影原理时，要遵循人类“从三维到二维”的认知规律，讲授投影方法及空间立体的投影规律，重点在于培养学生的空间想象能力及徒手绘制草图的能力。在“环境专业制图”部分，根据本专业及学科的发展动态，密切联系工程实际，引入新技术、新内容，使学生对工程制图与学科的结合和发展有一个综合的思考。以各种污水处理工艺图和施工图为例，重点提高学生的工程意识和专业工程图的阅读、绘制能力。制图课教师不能只讲授制图理论知识，相关的专业知识和实践经验也非常重要，专业制图无论是绘图、读图还是尺寸标注都涉及到具体的工艺和材料问题，环境专业图件需要多工种、多系统的配合才能完成，教学中不仅要传授制图理论，还要讲解相关的专业知识和背景，这样才能把问题讲清楚，而且对开阔学生的视野，让学生接触实践也有很大好处。在“计算机绘图”部分，介绍先进的绘图软件(主要是AutoCAD)，让学生熟悉AutoCAD制图的环境和界面，掌握环境工程计算机辅助制图的基本方法，能够使用AutoCAD软件绘制各种图形单元，并对基本图形单元进行编辑和尺寸标注；掌握块、层的使用方法；熟悉废水处理工艺图的绘制。通过对软件使用的教学，加强学生计算机绘图的动手能力，切实有效地提高学生运用知识的综合设计水平，体现工程制图的时代性。

(三)加强课程设计教学环节，培养学生的实践能力
工程制图是一门实践性很强的课程，单纯依靠课堂教学难以实现课程的教学目的，尤其是“计算机绘图”部分，如果不进行实际操作，则很难掌握软件的各种功能，如果只是针对软件功能和模块让学生进行计算机操作，虽然可以达到熟悉软件环境、掌握软件功能的目的，但学生的学习过程仍然是被动的，而且也不能形成系统的工程制图概念，更无法让学生了解环境工程专业图纸的特点，无法与环境学科的专业知识挂钩。因此，我们在总结多年教学经验的基础上，在2007年修订《环境工程制图》教学大纲时，不仅从理论知识方面增加了相应的环境专业图样的介绍，而且增加了一周的课程设计。内容主要包括：熟悉CAD制图的环境和界面；练习绘制基本图形单元，并对基本图形单元进行编辑和尺寸标注；练习图层、块的使用方法；阅读、分析给定的环境工程工艺图纸(包括工艺流程图、平面布置图、高程图等)，让学生自己制定绘图方案；在图纸绘制过程中，掌握图层和块在绘图中的灵活应用，掌握尺寸标注的原则和方法；在完成工艺图纸后，让学生分组汇报图纸绘制情况，并由教师进行点评。这样的实践教学环节，可以大大地锻炼学生的动手能力，培养学生分析问题、解决问题的能力，从而做到学以致用、活学活用。
此外，由于本课程实践性较强，因此在考核方式上也必须有所改变，本课程采用理论考试与制图能力考核相结合的方式。理论考试主要考核学生的空间想象能力和空间思维能力，目的是考查学生对制图基本理论的理解程度和应用能力，采取闭卷考试的方式。制图能力考核主要包括平时作业和实践考核两部分，平时作业主要考查学生对制图标准及规范的应用情况，督促学生在绘图过程中时刻遵守国家标准及本专业有关的技术法规，实践考核部分主要是考查学生对计算机绘图的掌握程度，以及独立完成环境专业基本工艺图纸的能力。

(四)采用教学、自学与培训并存的方式
随着我国改革开放步伐的加快，大量外资企业也入驻中国，他们都需要一大批的各类专业技术人才，具有专业技能方面等级证书将成为学生就业的有效竞争工具。一般来说，各种高端CAD软件都是遵循相关国际标准编制的，虽然风格、形式不同，但其内容功能模块等方面，还是具有一定的相通性的，学生一旦掌握了某一种软件，只要稍加努力，便可学会和运用其他的软件。为此，我们鼓励学生参加学习软件培训班，让学生通过培训，强化学习效果，同时获得相应的培训合格证书，为将来就业创造条件。

(五)开阔学生视野，介绍三维绘图方法
CAD极大地丰富了制图的教学内容，改变了制图的教学方法，是一场制图教学的革命。比如，CAD中三维模型的设计就是制图学中没有的内容，而且，随着计算机技术的不断发展，三面正投影图由于直观性不强的弱点，将逐渐被三维模型代替。CAD／CAM技术的进步与推广，也将使CAD制图教学得到进一步的发展。在一些发达国家，UG、Pro－E、Solidworks等先进的三维绘图软件的应用已经很普遍，近几年内，在我国也必将得到普及。随着教学设备和教学技术的改进，我们今后的教学也将会大有作为，我们应该让学生了解更多、更有用的先进技术与技能，提高他们的综合素质，为他们今后进一步的发展打下坚实的基础。因此，在制图教学内容中可考虑适当介绍一些三维绘图软件，以激发学生学习的兴趣。

三、结论

工程制图是环境科学专业必修的基础课之一，但目前普遍存在课时少与教学内容多的矛盾，而且教学内容与环境专业相关性差，学生的空间想象能力也比较差，这些都为环境科学专业工程制图课程的教学带来了困难。为了达到理想的教学效果，在传统教学的基础上，采用多媒体这一教学手段，使学生真正参与到教学中去，成为教育过程中的主体，变被动学习为主动学习，有效地提高了教学质量和教学效率。根据环境科学专业的要求，丰富课程教学内容，结合本专业及学科的发展动态，密切联系工程实际，使学生真正适应环境科学专业的要求。工程制图是一门实践性很强的课程，因此加强课程设计教学环节，培养学生实践能力对于学生掌握这门课程也非常重要。此外，为了培养学生适应社会的能力，鼓励学生参加软件培训班，让学生通过培训，强化学习效果为将来就业创造条件。在教学过程中，适当补充UG、Pro－E、Solidworks等先进的三维绘图软件的教学，让学生学到更多、更有用的先进技术与技能，提高他们的综合素质。