新工科背景下基于OBE理念的土木工程制图与CAD课程群建设及改革

［摘 要］文章基于新工科建设及OBE理念对土木工程制图与CAD课程群的教学要求，深入分析土木工程制图与CAD课程群的教学现状及存在的问题，从“确立建设及改革目标”“组建结构合理、业务水平高的课程群团队”“构建‘重基础，强应用’的课程群教学内容体系”“改革教学方法与教学手段”“打造以大国工匠精神为主线的思政教育路线”“建立丰富完善的教学资源库”“完善考核评价方式”“以赛促学，赛学相长，激发学生学习兴趣”等多个维度，系统提出了土木工程制图与CAD课程群建设及改革措施。

［关键词］新工科；OBE；土木工程制图；CAD；课程群

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）02-0062-04

一、新工科建设及OBE（成果导向教育）理念对土木工程制图与CAD课程群的教学要求

（一）新工科建设对土木工程制图与CAD课程群的教学要求

新工科建设是中国工程教育应对新技术和新经济发展的重要举措[1]。土木工程属于传统工科，面对新技术、新经济带来的新变革，更加需要适应新形势，主动“升级”。高校土木工程专业人才培养不能再拘泥于传统教学内容和课程体系，忽视新技术给包括土木工程在内的各行业带来的深刻变革，否则培养出来的人才会缺乏应对快速变化的创新能力，失去专业竞争力。

土木工程制图与CAD课程群是培养学生识图、绘图、设计、计算及分析能力的重要课程体系，能为学生成为合格的工程师奠定良好的图学知识及软件应用技能基础。工程图纸是工程界的技术语言，是工程技术人员表达技术思想、交流技术经验的重要工具和资料。阅读与绘制工程图纸是土木工程专业人员的基本技能，同时工程结构的安全必须通过科学合理的计算分析才能得以保证，因此，熟练应用工程结构设计中常用的计算分析软件是一名合格的土木工程师的必备技能。

新工科建设要求土木工程制图与CAD课程群不能拘泥于传统教学内容和课程体系，必须针对新技术、新经济变革，主动“升级”，引入当前行业主流绘图及设计软件，改革传统教学内容及方法，适应新形势发展需要。

随着计算机技术的快速发展以及计算理论的日渐成熟，各类计算分析软件日新月异、层出不穷。除了早期的PKPM、理正，还涌现出盈建科、广厦、探索者等一大批岩土及结构计算分析软件。高校人才培养也必须紧跟行业步伐，积极将行业内新兴的应用较广泛的软件引入课堂，丰富教学内容，并结合软件的内容特点，有针对性地优化、改进教学方法。

（二）OBE理念对土木工程制图与CAD课程群的教学要求

OBE理念要求根据期望达成的学习成果来反思、修订教育教学的内容。为达到成果导向教育的最终目标，教师的教学方法必须不断变革以满足课程需求。在OBE理念中，教学目标（学生预期学习产出）先于教学内容而存在，课程资源开发、学生管理和辅导等活动都要围绕预期目标而展开，实现教育活动由“以教师为中心”向“以学生为中心”的转移[2]。

土木工程制图与CAD课程群的课程设置、教学计划和模式，都应与专业人才培养目标相一致，满足学生能力培养的要求。应用型人才的培养必须在注重图学基础知识的基础上，侧重于土木工程CAD软件的实操应用。

随着经济社会的发展和建筑科学技术的进步，建筑结构形式愈发复杂多样、规模更加庞大，迫切需要大量高素质应用型土木工程人才，并对其结构计算分析能力提出了更高的要求。而基于土木工程制图与CAD课程群传统教学内容及模式培养的学生，难以达到行业企业的能力要求，表现为：应用软件进行辅助制图、设计计算的能力较弱；毕业生由于缺乏实操训练而无法直接将学校所学与工程实际所需有效联系起来，需要接受岗前培训才能上岗实操。因此，土木工程制图与CAD课程群教学必须摒弃传统的强调知识和单一技能传授的教学方法，向促进学生达到预期能力水平的教学方法转变；摒弃教学评价注重“教师教得怎么样”的做法，向注重“学生学得怎么样”转变；摒弃以往教师讲授知识、学生接受知识的固有模式，向以学生应用实践为主、教师释疑解惑为辅的新型实践教学体系转变。

二、土木工程制图与CAD课程群教学现状及存在问题

（一）理论教学存在的问题

现有土木工程专业CAD课程的建设多局限于各门课程内，忽略了课程间的横向联系和交叉综合，未将相关几门课程的内容体系进行整合与优化，以致出现课程之间知识重复、内容脱节、缺乏逻辑性的衔接，课堂教学与实践内容不匹配等问题。这会导致不同课程的任课教师“各自为政”，不能形成团队，学生学到的只是一些孤立的知识点，离综合性应用尚有一定的距离，从而导致课程间的教学合力和整体培养优势不能最大限度地发挥，教学效率得不到最大限度的提高。例如，结构工程CAD课程中天正建筑软件的学习基础是土木工程制图课程中的AutoCAD软件，两门课程间存在部分重复的内容，宜将两门课程合二为一或进行二者之间的协调。

东莞理工学院（以下简称我校）土木工程专业人才培养目标与研究性院校不同，主要培养“懂设计、擅施工、能管理”的复合型、应用型高素质工程建设人才，侧重于培养“以实践能力为主”的应用型人才。因此，土木工程制图与CAD课程群的课程设置、教学计划和模式，必须在注重图学基础知识讲授的基础上，侧重于土木工程专业CAD软件的实操应用。但我校现有的培养方案仅对课程设置进行了宏观指导，缺乏达到培养目标的具体要求和翔实的教学过程设计方案。

（二）实践教学存在的问题

实践教学存在的问题有：部分教师对实践教学不够重视，存在“重理论、轻实践，重课堂、轻课外”的倾向，个别教师甚至将上机辅导、指导课程设计或实习看作课堂教学之外的“辅助性工作”；实践教学内容、环节仍较为零散，无法形成合力，尚需加以有效规划、整合；以教学目标为导向的教学设计理念尚未在日常教学中产生显著的成效；缺乏案例库；等等。

在理论教学与实践教学的衔接方面，由于受到前述部分学生应用能力较弱、部分院系教师与行业联系少、学校管理制度等因素的制约，还存在学生到设计单位实习锻炼机会少等问题，为实践教学带来较大困难和限制。

（三）理论与实践教学共同存在的问题

1. 教学方式上，基本采用以教师讲授或演示为主的方式，忽视了学生在教学过程中的主体地位。由于学生人数多，计算机或软件节点数量有限制，学生基础水平、学习能力、学习习惯差别较大，采用以讲授或演示方式为主的教学方式很难让每个学生都取得满意的学习效果。同时，由于缺乏有效的互动手段，教师得到的反馈信息较少，对学生的实际学习效果缺乏实时了解和把握，无法据此及时调整教学内容和进度。

2. 教学内容上，大多以教材或软件常用功能为本，教师讲授内容不敢超出教材或已掌握版本软件的范围。而教材或软件版本的滞后性导致学生学习到的是有些过时的知识点或旧版软件的功能，对新版软件掌握不够，离能够直接运用所学知识解决实际工程问题尚有较大差距。这与现有教材大多千篇一律或滞后于软件的版本更新等紧密相关。

3. 考核评价方式单一。以考试为主的评价方式尽管在一定程度上可以督促学生学习，也能有效地考查课堂知识的学习效果，但无法体现实操技能学习情况，且传统的考试模式过于刻板，难以激励学生对未掌握的知识进行补充学习。尽管成绩评定含30%的平时成绩，但平时成绩的评定基本上以作业、期中考试为依据，显得较为粗糙，缺乏客观性和科学性。

三、土木工程制图与CAD课程群建设及改革措施

土木工程制图与CAD课程群建设及改革，将以画法几何、土木工程制图、结构工程CAD、路桥工程CAD等课程为载体，在整合教学内容体系和改革传统教学模式的基础上，基于优学院在线课程平台，对教学内容、教学方式、资源积累及考核评价方法进行积极探索创新，构建基于工程项目设计全过程的土木工程制图与CAD课程群教学体系。

（一）确立建设及改革目标

1. 知识与能力目标：以课程群建设为手段，以培养应用型人才为目标，培养学生的实践动手能力、创新意识和综合素质。通过相关课程的教学，要求学生掌握当前土木工程行业常用的计算机辅助设计软件的应用技能（工程制图及结构计算分析），熟练使用AutoCAD、天正建筑、PKPM等软件进行设计与绘图，了解盈建科、广厦等结构软件的基本操作与应用。

2. 素质目标：培养学生基本的工程素养，严谨细致、诚信尽责的制图与设计工作态度和作风；增强学生的工程意识、标准化意识和贯彻执行国家标准的意识；使学生了解工程师应遵守的职业及伦理规范；注重培养学生自学能力，同时培养学生一丝不苟的工匠精神及对土木工程专业的责任感和使命感。

（二）组建结构合理、业务水平高的课程群团队

良好的师资团队是课程群建设的重要基础[3]。通过个人申请、专业背景及教学业务能力考查，我校土木工程制图与CAD课程群共吸纳了7位教师任教不同课程。这7位教师均具有博士学位，且其中3人为具有行业工作经历的双师型教师，保证了课程群教学团队整体的专业与教学水平。课程群负责人为中青年副教授，保证有足够的工作能力与精力指导课程群建设；每门课程由1名副教授与1名青年博士讲师共同任教，将高级职称教师的丰富教学经验及专业水平与青年博士讲师的工作热情相结合。

（三）构建“重基础，强应用”的课程群教学内容体系

围绕培养学生应用各类专业软件进行计算机辅助设计这一能力要求，在课程群教学内容安排上，适当弱化理论内容，强化应用内容；根据“以应用为目的、以必需够用为度”的原则，注重培养和发展学生思维能力，尤其是分析问题、解决问题的应用能力[4-5]。

按照课程群总体目标要求对所有单门课程教学大纲进行重新编排，删除部分与其他课程重复的内容，补充实践环节需要而现行教学大纲缺失的内容，加大重点内容的教学力度。根据调整后的教学大纲编写适用于我校土木工程专业的教材及教学辅助资料，内容上重视理论基础，强化应用能力培养，增加案例教学内容，充实实践应用内容。重新编排的土木工程制图与CAD课程群内容体系如图1所示，包含画法几何等课程的重点教学内容。

1.画法几何：点、线、面、体的平面投影及相对位置关系。培养学生的空间想象和思维分析能力。

2.土木工程制图：钢筋混凝土构件图，钢结构图，房屋建筑施工图和结构施工图，给水排水施工图，道路、桥梁、涵洞、隧道工程图等土木工程专业图的制图规定、方法与技巧；AutoCAD计算机绘图的基本操作、方法与技能等。培养学生阅读、分析和绘制土木类工程图样的基本能力、空间想象能力和思维分析能力。

3.结构工程CAD：运用TArch天正建筑软件绘制建筑施工图的基本操作方法与技巧等；运用PKPM软件进行房屋结构设计（建模、计算、分析）及结构施工图绘制的基本操作方法与技巧等，培养学生计算分析房屋结构及绘制结构施工图的能力；介绍盈建科、广厦等结构计算分析软件的基本操作及应用。

4.路桥工程CAD：运用midas Civil软件进行变截面连续箱梁桥和自锚式悬索桥设计（建模、计算、分析）的基本操作方法与技巧等。培养学生计算分析桥梁结构及绘制结构施工图的能力。

在课程群内容体系中，如图2所示，画法几何通过培养学生的空间想象和思维分析能力，为理解土木工程制图中的平面图形奠定基础，帮助学生建立二维平面投影图形与三维实体之间的映射关系；而土木工程制图中的专业图纸是下一步结构工程CAD和路桥工程CAD进行结构计算分析的建模基础，只有正确识图才能建立准确的计算分析模型；同时，结构工程CAD和路桥工程CAD计算分析完生产的专业图纸需要利用土木工程制图中的制图知识进行绘制、修改完善。

（四）改革教学方法与教学手段

1. 开展全过程案例教学，提高学生的综合应用能力[6-8]。通过工程案例，让学生在实际工程问题中找到课堂所学理论知识的原型，并通过案例分析，提高学生对知识的理解和应用能力，充分调动学生的积极性、创造性，培养学生发现、分析和解决问题的能力。土木工程制图与CAD课程群以一个工程案例为主线贯穿教学始终，保证了教学内容及知识点的连续性与整体性，让学生在日常学习中体会学以致用的成就感。例如土木工程制图中的建筑施工图与结构施工图识图绘图讲解，结构工程CAD中基于课程前期天正建筑软件所绘建筑施工图，后期利用PKPM开展结构设计与分析计算，绘制结构施工图。