水利ZDM课程教学问题分析及教学改革思路探索

李玉芳 李东升 王春霞 乔长录

［摘           要］  水利ZDM是为培养农业水利工程专业学生学会使用现代工具而设置的课程，要求学生修完该课程后能应用ZDM软件解决一些复杂的农业水利工程问题，并能够理解其局限性，从人才培养方案、教材内容、教师工程素养、学生学习兴趣等角度对水利ZDM授课过程中存在的问题进行了分析，并提出了教学改革思路。

［关    键   词］  水利ZDM；教学现状；改革思路

［中图分类号］  G642                    ［文献标志码］  A                  ［文章编号］  2096-0603（2023）35-0153-04

自开展“工程教育专业认证”以来，“工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理、终身学习等12个要素”被明确作为毕业生应获得的知识、能力和素质指标[1]。农业水利工程专业也被列入教育部公布的可认证专业名录，旨在确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，为相关工程技术人才进入工业界从业提供预备教育质量保证[2-3]。因此农业水利工程专业培养方案和教学大纲都是紧紧围绕这12个培养目标设置的。其中，“使用现代工具”是毕业生须具备的重要能力之一，要求学生能够“针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性”[4-5]。水利ZDM就是为培养农业水利工程师学会使用现代工具而设置的课程。

一、水利ZDM课程教学的重要性

ZDM软件是基于AutoCAD平台开发出来的专业辅助设计软件，内容涉及建筑、土建结构、水工、机、电五大专业。其中，农业水利工程建设中常用到的功能模块有：绘图，钢筋绘制及材料统计，管网水力计算，实体开挖计算，堤、渠纵横断面绘制。这些模块充分考虑了水利专业设计、施工人员的专业思维和设计习惯，图形和数据有密切的关联功能，大大提高了材料統计和工程量计算的效率，在水利工程建设中给施工、设计人员带来了很大方便，提高了工作效率[6-9]。因此，该软件在设计院、施工单位被广泛应用。是否能熟练掌握该软件的功能，也成为评价工程人员职业素养的基本要求之一。为使学生较快地适应工作岗位需求，农业水利工程专业将水利ZDM课程作为专业方向课，为培养学生执业能力、快速适应工作岗位要求奠定基础。水利ZDM课程内容包括：ZDM软件的安装、界面操作、绘图及设计计算功能。该课程目标是通过课程学习使学生掌握ZDM软件的使用原理、方法和操作技巧，并理解其局限性，并在后续课程设计、毕业设计环节中，能够运用该软件解决一些复杂问题；同时培养学生认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风，以及自学能力、分析问题和解决问题的能力。

由于水利ZDM不是一门孤立的课程，和计算机辅助设计、测量学、灌溉排水工程学、水工钢筋混凝土、水利工程施工、水工建筑物、节水灌溉技术以及各课程实践环节有密切衔接关系，所以授课质量会受到课程知识的衔接、课程时间安排、教师综合设计实践能力、相关教师配合情况的影响。为保证水利ZDM授课效果，使学生切实掌握ZDM软件的使用方法并用于解决农业水利工程问题，本文分析了这些因素对授课过程的影响，以期在后期授课过程中能避免类似问题，或者减小这些因素对课程的影响。

二、水利ZDM授课过程存在的问题

（一）水利ZDM课程与相关专业课程不能有效衔接

ZDM软件主要解决各类农业水利工程设计、计算、制图效率的问题。因此必须对工程设计理论、设计标准、设计方法有清晰的认知，才能保证设计成果正确。这就要求学生在学习水利ZDM课程的时候，先学习相关的专业课程。学生在掌握设计理论和设计方法以后，才能正确应用ZDM软件，否则设计成果和设计目标将大相径庭，也就无法体现专业软件的优越性。而在培养方案的实施过程中发现：水利ZDM课程在大三下学期开设，计算机辅助设计、测量学等课程在大二下学期开设，灌溉排水工程学、水工钢筋混凝土在大三下学期开设，节水灌溉技术、水工建筑物在大四上学期开设。这种课程安排模式出现了水利ZDM课程与专业课程的脱节，学生对学过的课程容易遗忘，而对未学习过的课程难以理解。水利ZDM授课教师也很难在有限的课时内补充相关的设计理论和设计方法。除此以外，传统软件教学以使用操作为目的，不注重软件设计的底层逻辑和工程问题与专业软件的有效衔接，导致学生认识不到专业判断的重要性和软件的局限性而过度依赖软件。一旦专业判断不准确，就会出现软件应用错误，最终影响设计成果。

（二）缺乏ZDM软件相关的高质量教材

ZDM软件是一款小众软件，该软件附有说明书，但是该软件说明书仅侧重于描述单个命令或者模块的功能和应用，缺乏对某一具体工程制图、设计、计算的系统应用描述。所以，需要授课教师根据专业需求，以某类工程项目为背景，将ZDM软件的绘制、计算、设计功能和水利工程项目设计理论、设计方法、设计标准、规范结合在一起讲解。这样才能实现水利工程专业理论知识与工程实践内容的有机结合，实现指导学生使用现代工具解决复杂工程问题的目标。而目前市面上很难找到符合要求的教材，需要教师通过自己的研究和设计，编写合理的培训教材，以保证基本的教学质量。

（三）水利ZDM课程与实践教学不能高效结合

水利ZDM课程是一门应用性、综合性很强的课程。学生只有在反复的工程实践中才能摸索出其中的技巧和方法。所以，在整个培养环节中，不仅仅授课教师要给学生提供实践机会，其他相关课程教师应该给学生提供尽可能多的实践环节和实践场景，以加强该软件的熟练应用。目前，该专业能为学生提供的实践环节有课内实训、生产实习、课程设计和毕业设计。由于缺乏水利ZDM的实训教材，实训内容往往依据教师个人理解而设置，所以存在不规范、与工程实践结合不紧密等问题。虽然课程设计、生产实习和毕业设计可为学生提供应用ZDM软件的时机和条件，但部分课程设计和毕业设计指导教师尚缺乏应用ZDM软件的能力和意识，且为了避免学生抄袭，仍然采用传统的手工绘图、计算方式，使得学生的ZDM软件应用能力难以得到提升。

（四）授课教师缺乏应用ZDM软件的工程经验

水利ZDM涉及灌溉排水工程学、水工钢筋混凝土、节水灌溉技术、水工建筑物等多门专业课程，这就需授课教师掌握这几门课程的核心内容，将相关设计理论、设计方法、设计规范与软件应用融会贯通。但是，本专业教师大多是硕士、博士毕业后直接进入高校进行教学，没有农业水利工程设计、施工、管理经历，因此缺乏工程师的思维训练过程和工程实践经验，往往就软件的单个命令或者功能进行介绍，难以将软件功能和工程设计原理、设计方法、设计规范进行融会贯通。这就导致学生学习内容停留在浅层次的应用，而与工程应用还有很大距离。虽然大学有政策要求新进年轻教师至少有为期半年的工程实践锻炼经历，但是在以科研项目、学术论文为主要指标的考核制度下，年轻教师很难有动力、脚踏实地的花时间去提高工程实践能力。这也是目前高校普遍缺乏双师型教师的一个重要原因，更是影响学生实践能力的一个原因。

（五）学生缺乏学习兴趣和动力

ZDM软件是基于AutoCAD平台开发出来的专业辅助设计软件，所以要求学生熟练掌握AutoCAD的基本功能。但是学生对AutoCAD及相关制图知识的掌握参差不齐，加上一些课程的缺位，导致学生在没有掌握工程设计原理和设计方法的情况下应用ZDM软件，无法体验传统设计方法和软件应用之间的差异，以及该软件的高效性。除此以外，学生与实践单位的工程师接触较少，无法直接了解社会需求，意识不到该课程的重要性。加上一些学生对部分应用原理和方法存在理解困难，进而失去学习兴趣和动力。

（六）课程考核难度大

上机实验操作是考核学生掌握ZDM软件功能的重要途径。但是，ZDM软件有很多功能模块，主要集中在快速绘图、钢筋绘制及材料统计、管网水力计算、土地整理、实体开挖计算、堤、渠纵横断面绘制。完成1个模块的制图和设计，至少需要2～3个小时。要考核完所有的模块，则需要10个小时以上的考试时间。所以，无论采用闭卷考试还是开卷考试，都要经历一个很长的监考时长。对于老师和学生来讲，都存在很大困难。如果将这些考核放在平时的练习中，又会出现抄袭，授课教师很难在繁杂的图形和数据中一一检查到位。所以，对学生的应用水平难以做出准确的判断。

三、关于水利ZDM课程的教学改革探讨

水利ZDM课程组对ZDM软件如何与专业课程高效结合进行了深入的思考，认为水利ZDM课程应从培养方案、教材内容、人才培养目标、教师工程素养等几个方面来进行教学改革。

（一）优化人才培养方案、保证水利ZDM和专业课程的高效衔接

专业人才培养方案是高校落实人才培养总目标、组织开展教学活动、安排教学任务的规范性文件。要求课程体系结构合理、课程前启后继、产学相结合。由前述分析可以看出，欠合理的培养方案会使课程体系出现学习逻辑上的矛盾，对课程教学产生影响。因此，农业水利工程专业人才培养方案修订时，应尽量将水利ZDM课程和灌溉排水工程学、水工钢筋混凝土、节水灌溉技术、水工建筑物等课程安排在同学期。待学生掌握相关农业水利工程设计理论、设计方法、设计规范后，再开设水利ZDM，学生能更好地理解ZDM应用流程，同时能在这些课程设计中加以有效应用。

（二）科学设置教学内容，编制高质量教材

农业水利工程兼具工科和农科特点。所以，该专业培养的人才应该具备跨学科的综合能力，以适应新农科和新工科背景下的人才培养要求。而教材是教学内容的载体，因此是提高教学质量的基础。对于“水利ZDM”这种与专业应用紧密结合的课程，应用性很强。因此，采用教材时，要兼顾考虑教材的专业性和应用性。但是，ZDM软件是我国工程设计人员研发的设计成果，和Autocad软件相比，仍然属于比较小众的软件，其面向对象也主要是有专业和Autocad基础的工程师。因此即使该软件手册只是简单的功能手册，工程师也比较容易掌握软件功能。而对于缺乏专业基础、不能熟练掌握Autocad软件的学生来讲，则指导功能有限。因此，编制高质量教材是改善学习效果、提高学习效率的重要途径之一。在无教材的情况下，则要求授课教师在有限的课时内选择与农业水利工程专业密切相关的内容作为授课内容，并基于这些模块功能，适当补充相关工程的设计原理、设计方法、工程案例、课后练习，以满足教学目标。

（三）将ZDM软件应用与实践教学有效结合

实践是检验学习效果、培养专业素质、锻炼专业意识的重要途径。尤其是对于一些应用性较强的课程，必须与实践教学相结合，才能达到相应的教学效果和教学目标。因此，授课教师在课程设计、毕业设计中，应让学生用ZDM软件完成部分设计工作，将水利ZDM软件应用与理论课程的实践教学过程有效结合。但是，在实践教学管理环节，往往存在指导设计的教师不熟悉设计软件的问题，或者学生利用软件设计成果易复制的特点相互抄袭的问题。此时，须指导设计的教师和ZDM软件的授课教师联合指导课程设计，加强设计软件的应用，并对设计软件应用能力单独考核。同时，指导设计的教师要给学生提供更多设计参数资料，以避免设计成果的同质化。

（四）提高水利ZDM授课教师的工程素养

教师是知識的传授者。只有教师具备工程意识、工程思维，才能将这种意识和思维传递给学生。因此，增强授课教师的工程素养是提高水利ZDM授课质量的保障。这就要求教师真正做实工程实践锻炼工作，积累工程实践经验，不再以书本为中心，不再以单一课程为中心，而是从系统工程的角度来理解这门课程。同时，课程组也可以聘请校外有工程实践经历的工程师授课，现场讲解如何使用专业软件解决实际工程问题以及专业软件的局限性。这种校企联合授课的模式不仅将更多的工程意识、工程思维和工程案例带进课堂，还加强了学生对课程的重视程度，拓宽了学生视野，提升了学生处理复杂工程问题的能力。

（五）激发学生学习兴趣和动力

学生缺乏学习兴趣和动力的很大一部分原因在于不了解该软件应用在职业生涯中的重要性，以及自我学习水平与其他高校学生的差异。授课教师在水利ZDM授课过程，应该列举大量的工程实例来介绍该软件的实用性和应用价值，帮助学生理解学习该课程的意义和目的，并顺利将设计原理和设计方法导入课程的学习当中。除此以外，学科竞赛作为面向大学生的专业赛事也能强化和提升学生综合能力。与水利ZDM课程密切相关的竞赛有“全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛”等赛事。该类比赛通常以专业工程图为赛题，考核学生的读图、识图、制图和计算的能力。如果能以此为平台，以赛促学，不仅能锻炼学生解决实际问题的能力，还能激发学生的学习兴趣，增强学生的成就感。对另一部分实践能力弱的学生可以起到警示的作用，使学生意识到同学之间的差距并意识到自身能力不足与补差的必要性。尤其是，对于大二、大三未选修水利ZDM课程的学生，可以更早地了解学习该课程的必要性。由于比赛内容较为单一，不能反映ZDM的所有应用范围，所以还需给学生提供更多的生产实践机会，让学生切实体会ZDM在生产实践单位的应用情况和职业能力要求，激发学生内在学习兴趣和动力。

（六）开放教学资源，提高学生自学能力

终身学习是工程教育专业认证通用毕业要求中的重点之一。学生只有具备了自主学习和终身学习的意识，才能通过不断学习新事物适应社会发展的新阶段。因此，专业课程教学模式应紧跟技术发展和社会需求。但是，很多大学生习惯于灌输式教学，缺乏独立思考的意识和精神。如何扭转学生的这种思维模式，引领学生开启自学意识，培养终身学习的习惯，也是水利ZDM授课教师须要考虑的问题。授课教师可以开放部分教学资源，将ZDM软件操作视频上传至网络教学平台供学生反复学习，再根据学习模块布置学习任务、检验学习效果；也可以给学生推荐与课程相关的专业网站，让学生了解专业人士在应用该软件时会出现什么问题，促使学生有意识地结合学习内容去分析和思考。在掌握学生自学情况后，教师可基于学生学习薄弱点在后续课程中进行答疑解惑，起到帮助、学生自学的作用。

（七）改革课程考核模式，提高学生学习效率

基于前述水利ZDM课程特点可知，软件功能模块多，细节要求高，很难通过普通考核形式达到课程考核要求。而日常的考核又因软件应用的可复制性特性，难以避免出现学生之间的抄袭现象。为了解决以上问题，同时提高教师的指导效率和学生的自学能力，教师可以将考核过程分为日常考核和期末考试考核。日常考核主要集中在上课过程，考核学生的自学能力和对软件基础操作的能力。即：教师在课前发布预习任务和指导视频，学生以小组学习的形式开展课前预习。上课时，教师随机抽取小组要讲解的内容，并要求学生通过视频为大家讲解ZDM软件应用原理和方法。学生讲解不全面或者有误的地方，由小组成员补正。仍然存在问题时，教师进一步讲解，直至授课内容补充完整，达到课程目标。基于以上教学过程，教师已经对每个小组的自学能力和掌握程度有一个初步掌握，即可对每个小组成员进行评分。期末考试考核主要考核学生的综合运用能力。考核时，要求学生掌握所有的知识模块，但是考试时，采用抽题的方式，随机给学生发放试题。这种形式既扩大了考核范围，又避免了试题量过大，老师批改难度高、考核不全面的问题。

四、结束语

在新农科和新工科背景下，工程教育面临新的机遇和新挑战。专业软件是各个行业实现工程设计、提高工作效率的重要工具，而设计理论则是支撑设计成果质量的核心。因此，让学生在学校就应尽量掌握专业软件的设计原理和应用方法。对于授课教师，则应针对课程教学问题进行分析并不断改进、注重专业理论知识与专业软件的有机融合。而融合过程离不开各个影响要素之间的组织、协调。当两者能有机融合时，学生的软件应用能力和工程设计能力都会相应提升，同时可以缩短适应新岗位的时间，更快地达到企业对专业人才的需求。

参考文献：

［1］刘思远.工程教育专业认证与课程内容建设：实践诉求、标准与机制［J］.黑龙江高教研究，2021，39（7）：32-36.

［2］王修贵，夏富洲，伍靖伟.以专业认证理念推动农业水利工程专业建设［J］.高等农业教育，2018，309（3）：60-63.

［3］龚萍，刘洪光，何新林.工程教育专业认证的实践与发展思考：以石河子大学农业水利工程专业认证支持条件为例［J］.教育教學论坛，2018，354（12）：218-220.

［4］徐汉勇，雷鸣，唐仁华.基于工程教育专业认证的《PKPM结构软件应用》课程教学研究［J］.长沙大学学报，2019，33（05）：45-48.

［5］赫庆彬，周志博，翟中文.ZDM软件在某灌区渠道设计中的应用［J］.水利水电工程设计，2021，40（4）：17-19.

［6］烟征，马云峰，李延吉，等.工程教育专业认证背景下Mathematica软件在大气污染控制工程课程设计中的实践探索［J］.当代教育实践与教学研究，2020（10）：147-148.

［7］汪李艳，杨珂，王春娟.ZDM软件在土方开挖工程量计算中的应用［J］.西北水电，2018（2）：46-49.

［8］王娜，朱大明，李新武.基于ZDM软件浅谈土地整治中纵断面图的绘制［J］.安徽农业科学，2015，43（24）：258-260.

［9］邢欣伟，孔聪，吕炎武，等.ZDM软件在堆渣库容计算中的应用［J］.河南水利与南水北调，2022，51（5）：90-91.