《暖通CAD》课程教学改革探索与实践研究

宋桂梅

（山东科技大学土木工程与建筑学院，山东 青岛 266590）

《暖通CAD》是笔者所在学校建筑环境与能源应用专业的一门专业拓展课，该课程实践性强，与本专业行业规范、制图标准联系紧密。本课程通过讲授AutoCAD以及专业绘图软件，让学生掌握CAD软件的基本命令及操作方法，绘制工程图形的常用操作技巧，掌握利用CAD在专业设计中进行辅助性设计的方法，并且掌握基本的暖通施工设计与制图规范，了解相关的国家标准，为课程设计、毕业设计阶段的学习以及今后的实际工作奠定良好的基础。

1 《暖通CAD》课程教学现状及存在问题

1.1 课时少、任务多

《暖通CAD》是一门培养学生识图、绘图，提升工程实践能力的一门专业基础课程。随着17版教学方案实施，《暖通CAD》由原来64学时（上课36，上机28）减少为32学时（上课16，上机16），在有限的32个学时的教学计划中，需要学生较好掌握绘图软件AUTOCAD，熟悉天正暖通软件，了解相关的制图标准，同时了解BIM(Building Information Modeling)技术。而学生对CAD原理与应用几乎是零基础，要在有限的课时内完成较多的教学任务，同时，要保证良好的教学质量，势必要对现有的教学手段进行改革，探寻合适的教学内容和教学方法。

1.2 课堂教学效率低，学生学习主动性差

在传统的CAD课程教学中，普遍采用“课堂理论先行+机房实践练习”的教学模式。在课堂讲授过程中，教师边操作边讲解，由于课时少，为了在有限的教学时间内完成规定的教学任务，教师需要加快上课的节奏，讲解更多的命令。学生对软件不熟悉，经常会跟不上老师的操作步骤，在教学过程中，教师和学生之间缺少互动，学生处于被动学习状态，学生感觉枯燥，教师也感觉乏味，教学效果不佳。同时，由于课堂理论课和上机实践课一般要间隔2～3天，到上机操作时课堂讲授的大部分内容已经被遗忘，学生上机练习前需要先回忆课堂上教师讲授的教学内容，再进行重复性练习，这种教学方缺乏吸引力，导致学生知识掌握不全面，不利于工程实践能力的培养。

1.3 绘图不规范、识图能力弱

课程讲授过程中，过多地强调CAD基本命令和操作，没有融入相关的的制图标准和绘图方法，导致学生识图能力弱，绘图缺乏规范性。学完该门课程后，学生能熟练绘制出老师给出的图纸内容，而不能熟练地绘制出符合专业制图标准的专业图纸。从后续课程的设计阶段学生学生提交的图纸来看，主要存在以下问题：出图比例任意、没有建筑物的尺寸标注、设备和管道的线型线宽设置不符合制图标准的要求、字体太小看不清、设备的定位尺寸标注不全或者标死、风管或水管穿越电梯间、流程图和平面图画法一致等。

1.4 考核评价方法单一

传统的CAD考核方式一般由平时成绩和期末成绩两部分组成，平时和期末分配比例为2:8，平时成绩主要依据学生课堂出勤率以及课堂问题的回答情况进行评定，期末考核采取上机绘图方式，一般给出一张图，让学生在规定的时间内完成，根据其完成的程度和准确率进行评分。这种考核方式不能调动学生平时学习的积极性，学生普遍轻视平时的上机实践，而更多采用考前突击和机考拷贝其他同学的文件的方式进行备考。而《暖通CAD》课程是一门实践性很强的专业拓展课程，这种单一的考核方式不利于学生工程实践能力的培养。

2 《暖通CAD》课程中的教学实践探索

为解决以上教学中存在的问题，笔者进行了以下多种教学改革和探索。

2.1 优化教学内容，修订教学大纲，满足新培养方案需要

CAD命令很多，但在专业绘图中，用的最多的是一些CAD二维操作命令，而大部分同学在课程设计阶段都用专业绘图软件进行绘图。结合本课程“学时少，任务多”的实际情况，对CAD 教学内容进行压缩，仅讲授本专业中使用频率高的基本操作命令，重点结合施工图识读讲解专业绘图软件的使用方法。经过对教学内容优化整合，本课程的授课内容与课时安排见表1。

表1 授课内容与课时安排

调整后的《暖通CAD》主要由3个模块组成：AutoCAD基本操作，建筑视图基础知识和专业制图。CAD基本操作着重讲授CAD二维绘图操作命令的综合应用、处理技巧；建筑视图基础知识主要讲授《房屋建筑制图统一标准》中对制图的各项规定以及建筑施工图的识读；专业制图主要结合本专业各个方面讲授相应的制图标准、规范及图例、制图的基本方法以及利用专业绘图软件绘制相应的施工图。

2.2 线上和线下相结合的混合式教学模式，弥补课堂学时不足

2020年年初，“新冠”疫情爆发后，为响应国家“停课不停学”的号召，许多院校开展了各种形式的网上教学与答疑，但单纯的线上教学缺乏师生互动，对学生的听课效率和知识掌握情况无法精确把控，与传统课堂相比，线上教学需要学生有更强的自我控制力和学习自觉性。针对本课程“学时少，内容多”的现状并结合线上教学的优缺点，《暖通CAD》采用线上和线下相结合的混合式教学模式。

借助网络教学平台，录制或上传一些优秀的CAD软件和专业绘图软件的教学视频，同时分享上课的PPT课件，制图标准和完整的施工图等资料供学生参考学习。在课堂教学前，根据教学进度，要求学生登陆课程网站观看下次课堂教授内容的教学视频，对所学内容进行预习自学。在线下的课堂教学中，教师针对线上学习及上机操作存在的问题进行演示讲解，通过提问、讨论，让学生讲解并实地动手上机操作，检查自学情况，营造一种热烈的课堂气氛，提高学生学习的主观能动性。

另外，充分利用现代发达的信息技术，建立了暖通CAD学习QQ交流群，学生在课下学习过程中遇到问题时，可随时在群里进行师生互动交流，完成答疑解惑。这种互动交流可以成为课堂教学的补充，尤其是当课堂教学的学时比较紧张时，更显示出其优越性。

2.3 将BIM技术融入CAD课程教学，通过信息化教学手段提高教学质量

在暖通专业中，施工图主要以二维平面图为主，对于比较复杂的冷热源机房等施工图，学生要通过平面图、轴测图、剖面图及图纸说明进行识读。这就需要学生具有一定的三维空间思维能力和专业知识积累，才能读懂施工图，在接下来的设计中学以致用。

BIM(Building Information Model)即为建筑信息化模型，是建筑行业的重要发展趋势，BIM具有可视化、协调性、模拟性、优化性、信息完整性等特点。BIM技术的最大特点是将二维施工图绘制与三维立体模型建立有机融合，软件使用者在交互界面的每一个操作都能直接在二维图纸和三维模型上同步体现。另外，在暖通设计中，对于一些管道分布比较密集复杂的冷热源机房以及地下车库等，可以用BIM软件进行“碰撞”检查并进行修改，避免在以后施工中出现返工现象。

为了让学生对两种软件融汇贯通并提高效率，本课程采用CAD软件与BIM软件相结合的方式，在上课过程中穿插讲解两种软件的操作方法。在讲解CAD二维操作命令时，同时介绍在BIM常用的Revit软件中如何实现这些操作命令；在专业识图环节，根据已有的二维施工图，利用Revit软件建立对应的三维立体模型，在课堂上将二维施工图和三维模型进行对照讲解，通过旋转、剖切三维模型、生成局部的剖面图，观察局部细节，使学生更加直观地理解机电设备的构造、管道和设备的连接方式、管道在空间的布置和走向；在讲授专业制图时，如风管平面图的绘制，可让学生分别用天正暖通和Revit软件进行绘制，比较两种软件的优缺点。

将BIM技术引入CAD课程教学中，可以即时形象地展示设计的三维效果，提高学生识图、画图的能力，培养学生的空间想象能力，增强学生对暖通设计的理解，提升学习效率和教学质量，增加了课程的操作性、趣味性。

2.4 采用多元化课程考核方式，提高学生的学习积极性

课程考核是课程教学活动的必要且重要环节，不仅可以检验教师的教学效果，同时也是学生学习方向的指挥棒。为了激发学生的学习积极性，提升学生的工程实践能力，《暖通CAD》采用多元化的考核方式，加大平时成绩在总评成绩中所占的比例，具体评定见表2。

表2 课程考核成绩评定表

课堂表现主要根据学生平时的出勤率、上机表现以及课堂回答问题情况来确定。线上学习根据学生课前预习的情况和完成的质量来确定。大作业根据课程的教学进度进行设置，例如，建筑施工图的识读，绘制采暖平面图和系统图以及空调平面图和系统图等。建筑施工图的识读要求学生将识图过程录制成视频，在规定的时间内在网络教学平台上提交，绘制的专业图纸按照一定的比例放在标准图框内打印出来，最后上交纸质图纸。期末考试为上机操作考试，参照实际的采暖工程或空调工程项目的图纸，让学生进行分析并在规定时间内完成图纸的绘制，根据完成的情况以及是否满足制图标准的要求进行评定。

2.5 以制图标准为导向，提高绘图的规范性

工程图纸是工程技术界交流的语言。规范的图纸才能将设计者的设计理念和意图传达给工程技术人员，这就需要设计者严格按照制图标准进行绘图，而国家制图标准在图样的画法、字体、图幅、比例、尺寸标注、图线等各方面都有详细规定。

在课程第一讲中，首先说明暖通CAD不是单纯学习AutoCAD软件，强调专业制图标准在绘图过程中的重要意义和作用，并把与本专业有关的7个制图标准上传到网络教学平台，让学生了解和熟读每本制图标准的具体内容和规定。在讲授CAD基本操作命令时，例如比例、字体、标注、图层、线宽线型设置，结合相关制图标准讲解；在平时上机过程中，时刻提醒学生按照制图标准的规定进行绘图。在大作业环节，要求学生把每次作业所绘图纸按照一定比例放在标准图框中打印出来，上交的时候，授课教师对照纸质图纸指出绘图不规范的地方并要求进行修改，深化其对制图标准的理解，培养良好的绘图习惯，为以后的课程设计和毕业设计奠定基础。

3 结语

《暖通CAD》是一门理论与实践相结合，实践占主导的专业拓展课，传统的教学已经无法满足最新专业人才培养目标的要求。为了顺应专业发展的需求，培养学生的创新精神和实践能力，本文对传统CAD教学现状进行了分析，找出课程教学存在的问题。针对这些问题，从优化教学内容，引入最新的BIM软件技术和新的教学方法、改变课程的考核方式等方面对该课程教学进行了探索和实践，并取得了良好的教学效果。