隧道及地下工程專業(yè)CAD課程教學(xué)模式研究

摘要：文章借助問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)當(dāng)前隧道及地下工程專業(yè)CAD課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行了調(diào)研和分析。在此基礎(chǔ)上，提出了以CAD技術(shù)為主線，融專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范、專業(yè)知識(shí)與工程實(shí)踐于一體的CAD課程教學(xué)模式，并開展了初步的教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：隧道及地下工程；CAD教學(xué)；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G6420；TU9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2012）06013603隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和CAD技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助繪圖和設(shè)計(jì)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于隧道及地下工程專業(yè)，并貫穿于工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及養(yǎng)護(hù)管理等全過(guò)程。CAD應(yīng)用能力已成為新一代隧道工程師必備的基本素質(zhì)。在此背景下，隨著高校工程教育改革的推進(jìn)，為了適應(yīng)工程行業(yè)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)模式和CAD技術(shù)的發(fā)展，各高等院校普遍開設(shè)了不同類別、不同層次的CAD課程，使本科生在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)工程知識(shí)的基礎(chǔ)上，能夠掌握現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的CAD應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

CAD課程作為具有學(xué)科交叉特點(diǎn)的基礎(chǔ)課程，其教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法與傳統(tǒng)工程專業(yè)基礎(chǔ)課程差異明顯。如何有效開展CAD課程教學(xué)一直是高校工程專業(yè)探索和研究的方向，并已開展了卓有成效的研究工作［1-4］。其中，針對(duì)專業(yè)CAD課程（如建筑工程、給水排水等）教學(xué)，部分學(xué)者從課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、現(xiàn)代化教學(xué)手段以及實(shí)踐教學(xué)方面進(jìn)行了初步的探討和研究［1-2］。

在問(wèn)卷調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、地下結(jié)構(gòu)CAD等課程教學(xué)中遇到的問(wèn)題及切身體會(huì)，系統(tǒng)提出了以CAD技術(shù)為主線，融專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范、專業(yè)知識(shí)與工程實(shí)踐于一體的隧道及地下工程專業(yè)CAD課程教學(xué)模式，并在實(shí)際教學(xué)工作中進(jìn)行了初步的實(shí)踐。

一、CAD課程教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)研及分析

文章以目前隧道及地下工程專業(yè)中普遍采用的AutoCAD計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件為代表，采用問(wèn)卷調(diào)查的方式，通過(guò)對(duì)278份本科生問(wèn)卷的分析和研究，調(diào)研分析了CAD課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題。（一）CAD技術(shù)總體掌握情況

100%的受調(diào)查學(xué)生認(rèn)為CAD軟件對(duì)今后的工作非常重要，并且希望通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)掌握該工具。雖然受調(diào)查學(xué)生認(rèn)識(shí)到了CAD軟件的重要性，但只有不足一半的學(xué)生使用過(guò)該軟件。其中，27.9%的學(xué)生僅僅會(huì)使用簡(jiǎn)單命令，68.3%的學(xué)生表示可以畫一般的工程圖紙，而自認(rèn)為嫻熟掌握軟件的學(xué)生只有3.8%（圖1）。綜合而言，只有30%的學(xué)生表示其CAD軟件應(yīng)用能力可以滿足未來(lái)工作的常規(guī)需求。雖然學(xué)生普遍意識(shí)到CAD技術(shù)在專業(yè)中的重要性和學(xué)習(xí)的必要性，但由于很多高校大平臺(tái)的本科培養(yǎng)理念，更加重視專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的傳授，CAD能力培養(yǎng)尚顯不足，需要在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法方面進(jìn)一步加強(qiáng)。

圖1CAD軟件的掌握程度

（二）CAD課程教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題

12高等建筑教育2012年第21卷第6期

閆治國(guó)，等隧道及地下工程專業(yè)CAD課程教學(xué)模式研究

第一，教學(xué)內(nèi)容以介紹命令為主，課程缺少連貫性和工程應(yīng)用背景。CAD課程教學(xué)一般是針對(duì)具體軟件，從最基本的命令分步分節(jié)講授。授課內(nèi)容較為單一，教學(xué)效果不好，學(xué)生也許可以熟練掌握各種繪圖命令，但面對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題時(shí)，不清楚如何針對(duì)具體情況合理運(yùn)用CAD技術(shù)（圖2），問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果也證實(shí)了這一結(jié)論。這表明CAD課程教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行，避免僅講授CAD軟件的操作方法，以簡(jiǎn)單命令為教學(xué)內(nèi)容［4］；否則，一方面課程教學(xué)效果難以保證，另一方面也不易有效提高學(xué)生的CAD應(yīng)用能力。

圖2學(xué)生對(duì)于教學(xué)效果的評(píng)價(jià)

第二，CAD課程教學(xué)與專業(yè)知識(shí)和工程實(shí)踐的聯(lián)系不緊密，CAD綜合運(yùn)用能力不足。CAD課程教學(xué)中，演示或作為練習(xí)的內(nèi)容盡管也體現(xiàn)了專業(yè)背景，但往往缺乏系統(tǒng)性和層次性，且與工程實(shí)踐的聯(lián)系不緊密，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這也導(dǎo)致學(xué)生對(duì)CAD技術(shù)與工程實(shí)踐間的聯(lián)系及轉(zhuǎn)化關(guān)系認(rèn)識(shí)不清，不了解CAD技術(shù)在工程實(shí)踐中的作用。

由于隧道及地下工程專業(yè)的特點(diǎn)，工程師需在大量的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范約束下開展設(shè)計(jì)工作，因此，熟悉并踐行這些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也是培養(yǎng)學(xué)生具備專業(yè)工程師素質(zhì)的必要步驟。然而，CAD教學(xué)中沒(méi)有融入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)與CAD應(yīng)用能力培養(yǎng)脫節(jié)。從問(wèn)卷調(diào)查看，學(xué)生對(duì)CAD課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置的期望集中在綜合運(yùn)用和滿足實(shí)際工程需要這2個(gè)方面，如圖3所示。

圖3學(xué)生對(duì)CAD課程教學(xué)內(nèi)容的期望

第三，缺少能體現(xiàn)專業(yè)特點(diǎn)，并融合CAD技術(shù)、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與工程實(shí)踐于一體的教材。目前CAD方面的教材非常多，但多數(shù)集中于CAD軟件自身的使用及操作方面，與幫助文件類似，能體現(xiàn)專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)踐系統(tǒng)介紹CAD技術(shù)應(yīng)用的教材少。

第四，CAD教學(xué)手段相對(duì)單一。常用的CAD教學(xué)手段包括PPT講解及電腦操作演示，而學(xué)生對(duì)CAD課程的授課形式有許多期望和建議，如保存操作視頻、動(dòng)畫演示操作過(guò)程等；因此，CAD課程教學(xué)手段應(yīng)更加豐富。

二、CAD課程一體化教學(xué)模式

（一）主要思路及框架

根據(jù)信息時(shí)代工程設(shè)計(jì)模式與隧道及地下工程專業(yè)CAD教育需求，以提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、綜合分析運(yùn)用能力及專業(yè)工程制圖和設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)，提出以CAD技術(shù)為主線，融專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）與原理、隧道及地下工程專業(yè)知識(shí)及工程實(shí)踐于一體的新型教學(xué)模式，如圖4所示，其主要思路和特點(diǎn)如下：

（1）強(qiáng)調(diào)CAD基礎(chǔ)概念，注重CAD應(yīng)用方法，提高學(xué)生CAD學(xué)習(xí)、應(yīng)用及創(chuàng)新能力。

（2）在教學(xué)內(nèi)容安排、示例設(shè)置及知識(shí)講授方面將專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范有機(jī)融合，除將CAD知識(shí)傳遞給學(xué)生，還應(yīng)注重與專業(yè)知識(shí)、工程實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的銜接，使CAD教學(xué)具有專業(yè)特色。

（3）以完成某一工程實(shí)例為教學(xué)主線，使學(xué)生掌握CAD應(yīng)用過(guò)程中各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的主要命令及實(shí)現(xiàn)方法，理解并掌握從CAD圖紙到實(shí)際工程的信息傳遞、轉(zhuǎn)化過(guò)程，培養(yǎng)應(yīng)用CAD技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。

（4）追蹤最新的CAD技術(shù)、軟件成果，以及CAD技術(shù)在隧道及地下工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，講授CAD基礎(chǔ)知識(shí)及操作技能的同時(shí)使學(xué)生充分了解CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和行業(yè)動(dòng)態(tài)。

（5）培養(yǎng)學(xué)生CAD創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力。

圖4隧道及地下工程專業(yè)CAD課程一體化教學(xué)模式

（二）主要工作內(nèi)容

1.隧道及地下工程設(shè)計(jì)模式及地下工程CAD教育需求分析

借助多種手段分析、研究地下工程設(shè)計(jì)模式及教育需求，確立地下工程CAD課程教學(xué)的目標(biāo)，及時(shí)、動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，緊跟CAD技術(shù)和工程實(shí)踐需求。例如，對(duì)隧道及地下工程相關(guān)設(shè)計(jì)院（所）或施工建設(shè)單位調(diào)研，總結(jié)歸納當(dāng)前隧道及地下工程在設(shè)計(jì)、建造過(guò)程中對(duì)CAD技術(shù)的需求點(diǎn)，進(jìn)而有針對(duì)性安排教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。

2．專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及典型工程案例圖集的收集、整理

收集、整理現(xiàn)行的相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合地下工程專業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)知識(shí)，將專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及原理分解為CAD教學(xué)中相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)（標(biāo)注樣式、行業(yè)約定俗成的圖形表達(dá)方法等），便于后續(xù)逐步融入課程教學(xué)。同時(shí)，收集盾構(gòu)隧道、山嶺隧道、沉管隧道等典型地下工程案例圖集，結(jié)合教學(xué)知識(shí)點(diǎn)整理，使之系統(tǒng)化，以此作為課程背景，實(shí)現(xiàn)CAD技術(shù)與工程實(shí)踐有機(jī)融合。

3．一體化教學(xué)模式的貫徹

在實(shí)際教學(xué)中，以實(shí)際隧道及地下工程為背景，以CAD—實(shí)際工程圖紙為主線，融CAD知識(shí)、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范與原理、地下工程專業(yè)知識(shí)及工程實(shí)踐等內(nèi)容于一體，實(shí)現(xiàn)知識(shí)逐步銜接、融合及深化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和CAD應(yīng)用能力。

4．配套教材的建設(shè)

建設(shè)融CAD技術(shù)、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、地下工程專業(yè)知識(shí)及工程實(shí)踐等內(nèi)容于一體的地下工程CAD教材。

三、結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合CAD課程教學(xué)實(shí)踐，系統(tǒng)提出了以CAD技術(shù)為主線，融專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范、專業(yè)知識(shí)與工程實(shí)踐于一體的隧道及地下工程專業(yè)CAD課程教學(xué)模式，并在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行了初步的教學(xué)實(shí)踐，實(shí)踐表明：該模式具有優(yōu)勢(shì)和可行性，教學(xué)效果良好。通過(guò)一體化教學(xué)模式，學(xué)生能深刻掌握CAD基本概念和方法，將專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等貫穿CAD應(yīng)用全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)與CAD技術(shù)有機(jī)結(jié)合，滿足工程實(shí)踐需要。該教學(xué)模式對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和專業(yè)素質(zhì)，培養(yǎng)社會(huì)發(fā)展所需的高素質(zhì)人才具有積極作用。

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編輯周沫