應(yīng)用型本科土木工程CAD教學(xué)改革與實踐

曾建仙，趙冬香

（福建工程學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 福州 350108）

隨著國內(nèi)外有很多新開發(fā)的繪圖軟件不斷的涌現(xiàn)，如：建筑草圖設(shè)計類（SketchUp草圖設(shè)計大師）、建筑表現(xiàn)類(Autodesk 3ds Max)、建筑信息化 BIM 模型類(Revit Building、Revit Structure、Revit Architecture)、規(guī)劃設(shè)計類(CityMaker)等[1]，土木工程專業(yè)的計算機輔助設(shè)計(CAD)課程的教學(xué)也迎來了新的挑戰(zhàn)；同時，由于近些年來的應(yīng)用型本科培養(yǎng)計劃的改革在不斷地壓縮課時；因此在應(yīng)用型本科的教學(xué)上（特別是專業(yè)基礎(chǔ)技能課程）需要做必要的改革，以適應(yīng)培養(yǎng)新時期的應(yīng)用型人才的要求。通過總結(jié)長期從事結(jié)構(gòu)設(shè)計和土木工程類專業(yè)的CAD教學(xué)工作的經(jīng)驗，在原任務(wù)驅(qū)動法的教學(xué)方法的基礎(chǔ)上[2]，不斷完善教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方法，以期望尋找合適有效的教學(xué)設(shè)計及實施方法。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

應(yīng)用型土木工程專業(yè)主要特征是以服務(wù)行業(yè)或地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展為宗旨，以技術(shù)學(xué)科為支撐，以培養(yǎng)一線應(yīng)用型人才為目標(biāo)，培養(yǎng)面向行業(yè)，有可持續(xù)性發(fā)展的工程師[3]。 對于有著技能型課程特點的土木工程CAD課程，是應(yīng)用型本科特點的突出表現(xiàn)之一，也是應(yīng)用型土木類本科培養(yǎng)方案中必不可少的專業(yè)基礎(chǔ)課，它的課程體系關(guān)系見表1。

表1 土木工程CAD課程體系

CAD作為土木建筑及其相關(guān)專業(yè)的一門必修課已經(jīng)開設(shè)了十多年，是土木工程制圖重要的組成部分，也是開展土木工程專業(yè)課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性課程，不少土木工程專業(yè)的設(shè)計和科研軟件都設(shè)計了與CAD對接的專用接口，如PKPM、TBSA、3D3S、MIDAS、ANSYS、ABAQUS等。作為一門注重實踐的技能課程，應(yīng)系統(tǒng)熟練地掌握 CAD 操作方面的基本技能，培養(yǎng)解決工程設(shè)計和工程施工的實際應(yīng)用能力，同時也是為進一步學(xué)習(xí)專業(yè)設(shè)計和科研軟件或開發(fā)專業(yè)應(yīng)用軟件打下良好的基礎(chǔ)。然而，土木工程CAD的課程教學(xué)在進行了一系列的改革后，取得一定的成果的同時也存在一些普遍的問題，具體主要表現(xiàn)有以下幾個方面：

（1）在課時設(shè)置上，土木工程CAD課程改革的趨勢揭示了課時減少與應(yīng)用能力教學(xué)內(nèi)容不斷增加的矛盾的事實，給教學(xué)帶來了極大的挑戰(zhàn)。

（2）在教學(xué)方法上，任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方法為大家所接受[1]，但所設(shè)置的教學(xué)實例往往僅為了學(xué)習(xí)軟件而設(shè)置的，即目標(biāo)任務(wù)的學(xué)習(xí)暫缺乏系統(tǒng)性。

（3）在授課內(nèi)容上，在學(xué)時甚少的情況下，軟件操作命令的系統(tǒng)性與實用性的矛盾難以解決。

（4）在學(xué)生的學(xué)習(xí)方式上，學(xué)生疲于記憶命令操作，影響學(xué)習(xí)的動力。

（5）在學(xué)生的能力表現(xiàn)方面，部分學(xué)生因為制圖基礎(chǔ)訓(xùn)練不足，CAD作圖的平面或空間的思維能力有限，影響創(chuàng)新能力與實踐能力[4]。

（6）從畢業(yè)設(shè)計和課程設(shè)計的制圖效果看，制圖不規(guī)范、設(shè)計深度不夠等現(xiàn)象普遍存在。

（7）在學(xué)習(xí)技能的連貫性上，不少學(xué)生反應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計時的CAD技能需要重新復(fù)習(xí)，連續(xù)性欠佳，影響畢業(yè)設(shè)計的樂趣。

（8）從畢業(yè)生就業(yè)的回訪調(diào)查中得知，不少學(xué)生反映應(yīng)該加強CAD的技能訓(xùn)練，以適應(yīng)工作崗位的實際需求。

基于此，對2009、2010、2011級的教學(xué)進行以下的改革嘗試，對緩解教學(xué)改革帶來課時壓縮與授課內(nèi)容增加的矛盾、改善學(xué)習(xí)方法、提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量、培養(yǎng)工程素養(yǎng)起到積極的作用。

2 改革內(nèi)容的設(shè)計

對于應(yīng)用型的土木工程專業(yè)的學(xué)生，除了要求能夠繪制結(jié)構(gòu)施工圖以外，還要求能夠繪制相應(yīng)的建筑施工圖，并熟悉整套施工圖的內(nèi)容。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計上，應(yīng)考慮畫法幾何與工程制圖、CAD和圖學(xué)綜合實訓(xùn)的工程實例的系統(tǒng)連續(xù)性，如將《工程制圖》課程布置的鉛筆圖大作業(yè)的內(nèi)容設(shè)計與本教學(xué)設(shè)計一致或連續(xù)。為此，可設(shè)計一實例工程的整套作品為整體目標(biāo)，即“系統(tǒng)作品樹”；以分專業(yè)施工圖為主干，以各種圖樣為分支，以大樣圖為枝葉，以此類推，設(shè)計成整個系統(tǒng)作品；并以此分類拆解分圖樣，注重設(shè)置圖樣內(nèi)容的在系統(tǒng)作品中的關(guān)鍵點和它們之間的聯(lián)系，設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。設(shè)計過程和步驟分述如下：

（1）介紹某實例工程概況（如展示該工程的照片或效果圖），分別展示建筑施工圖部分和結(jié)構(gòu)施工圖部分整套圖紙，詳細介紹這兩部分施工圖的內(nèi)容；同時可介紹必要的設(shè)計過程和相關(guān)的軟件及接口（特別是結(jié)構(gòu)軟件）。

（2）選擇繪制代表圖樣作為作品關(guān)鍵點，如建筑施工圖的“一層平面圖”，結(jié)構(gòu)施工圖的結(jié)構(gòu)平面布置圖和“節(jié)點大樣圖”，講解圖樣內(nèi)容和成圖過程；并以此拆分成各個訓(xùn)練圖樣實例，如圖1所示。另外，選擇圖樣時應(yīng)注重訓(xùn)練內(nèi)容的分配比例，根據(jù)多次的教學(xué)調(diào)整，擬訓(xùn)練的圖樣的較合理的分配比例，如圖2所示，并按難易程度精選成習(xí)題集。

圖1 訓(xùn)練圖樣實例

圖2 訓(xùn)練樣圖分配比例圖

（3）根據(jù)相應(yīng)的課程大綱和授課計劃，各操作模塊課時比例分配如圖3所示。課時安排上不宜少于24學(xué)時，且課授不宜過于集中。

（4）分課時系統(tǒng)講解操作的內(nèi)容，同時注意介紹操作的系統(tǒng)性，如：歸類介紹同類操作。以點帶面地介紹一組命令操作，這對軟件操作命令的系統(tǒng)性與應(yīng)用性的矛盾的緩解起到一定的作用。

從實施的效果上看，以系統(tǒng)的工程實例作品為背景，并直接以拆分的局部圖樣代替原教學(xué)設(shè)計的實例，不但可以積累相應(yīng)的工程實訓(xùn)的經(jīng)驗，而且可以更直接有效地推廣常用操作方法及其應(yīng)用環(huán)境，較受學(xué)生的歡迎。

圖3 各操作模塊課時的分配圖

3 教學(xué)實施方法

應(yīng)用型本科的實踐技能課程的實施過程應(yīng)該更注重教學(xué)環(huán)境的改革，現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)施環(huán)境允許教師一對一的專門輔導(dǎo)，也可以通過視頻廣播操作演示教學(xué)內(nèi)容。以“系統(tǒng)作品樹”為依托的教授方法，其具體實施步驟：①初級演示；②模仿訓(xùn)練；③試驗輔導(dǎo)；④技巧實現(xiàn)；⑤綜合講解；⑥問題提煉。從初級演示到實驗輔導(dǎo)的環(huán)節(jié)中，應(yīng)注重系統(tǒng)的學(xué)習(xí)操作的具體環(huán)節(jié)，讓學(xué)生得到嚴(yán)格和系統(tǒng)的操作訓(xùn)練，教師在問題提煉的環(huán)節(jié)中應(yīng)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和操作能力，及時在綜合講解中改進教學(xué)方法，調(diào)整教學(xué)進度，使教學(xué)工作真正做到有的放矢，提高課程的教學(xué)效果。最后的技巧實現(xiàn)環(huán)節(jié)是命令的對比和實用規(guī)范操作綜合部分，該部分不但實用，而且能夠引導(dǎo)學(xué)生靈活應(yīng)用命令，積累相應(yīng)的工程經(jīng)驗。具體的教學(xué)實施的過程應(yīng)該注意以下內(nèi)容：

（1）選擇較新的合適的軟件版本來演示，并與教材同步[5]，與時俱進；學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)的過程中目標(biāo)明確，有的放矢，減少由于版本問題帶來不必要的麻煩。

（2）取消多媒體教室授課模式，利用現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)施，直接在機房面授、指導(dǎo)。

（3）應(yīng)同時注重CAD技能的掌握知識面上的廣度和熟練點上的速度[6]。雖然通過結(jié)合實例給訓(xùn)練操作帶來很大的方便，但畢竟操作命令繁多，影響學(xué)習(xí)的動力。以不超過20個常用命令為界限，通過不同的實例重復(fù)操作，達到熟練的程度，不但可以大大提高繪圖速度，而且還可以以點帶面的掌握CAD操作技能。

（4）采用不同的操作實現(xiàn)同一目標(biāo)，可以增強記憶，同時技巧的實現(xiàn)和趣味性實例的實現(xiàn)也可以改善學(xué)習(xí)氛圍。

（5）通過設(shè)計正確的考核方式，鞏固已有的技能和專業(yè)素養(yǎng)；考核內(nèi)容包括（各50%）：短時快速（如1.5小時）完成的典型施工圖和長時完整（如4周）繪制作品樹。前者用于敦促形成良好的繪圖習(xí)慣，后者用于掌握系統(tǒng)作品樹，建立知識構(gòu)架。

（6）構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體[7]，鼓勵學(xué)生參加CAD協(xié)會、組織競賽，參加國家CAD等級考試等。

值得一提的是，在先修的課程（畫法幾何與工程制圖）中掌握制圖規(guī)范和培養(yǎng)解決工程實際放樣的能力的同時，可以充分利用現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備，采用CAD軟件進行演示，如部分習(xí)題以CAD操作示范做講解，對學(xué)習(xí)CAD的技能起到鋪墊作用。

總之，以“系統(tǒng)作品樹”為目標(biāo)的教學(xué)實施方法可以緩解課時壓縮與授課內(nèi)容增加的矛盾,明確軟件操作命令的系統(tǒng)性與實用性矛盾的主次關(guān)系，理清教學(xué)實例與專業(yè)知識系統(tǒng)的關(guān)系，減少學(xué)習(xí)負擔(dān)，增加學(xué)習(xí)樂趣，增強圖形思維能力，有助于積累相應(yīng)的工程經(jīng)驗和素養(yǎng)，更適合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

4 結(jié)論

以培養(yǎng)應(yīng)用型本科土木工程專業(yè)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新實踐能力為目標(biāo)；通過分析當(dāng)前課程教與學(xué)的現(xiàn)狀，設(shè)計出以“系統(tǒng)作品樹”為依托的教學(xué)方法及實施方法；從宏觀上引導(dǎo)學(xué)生繪制關(guān)鍵枝節(jié)的內(nèi)容，從而把握作品樹的總體脈絡(luò)。在成就感的驅(qū)動下，不斷地給作品添加枝葉，可大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和方向性，有助于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時由于樹作品的內(nèi)部聯(lián)系，學(xué)生可以根據(jù)實例內(nèi)容鞏固已經(jīng)學(xué)習(xí)的操作和技巧，甚至融會貫通，培養(yǎng)自我發(fā)展的能力；作為土木工程專業(yè)的學(xué)生，也可以以此構(gòu)建相應(yīng)的專業(yè)知識構(gòu)架，以構(gòu)圖的形式理解專業(yè)知識。

從2009、2010、2011級的300多名學(xué)生的綜合評價中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生更有信心融入自己作品中，更懂得珍惜自己的成果，其平均優(yōu)秀率較2008級提高約5%。良好率提高約7%。

另外，應(yīng)用型本科應(yīng)同步關(guān)注行業(yè)發(fā)展動向，BIM技術(shù)（信息化模型技術(shù)）是當(dāng)前建筑行業(yè)的研究熱點，如何開設(shè)課程，并與行業(yè)規(guī)范同步是進一步嘗試的方向。

[1]魏 屏, 李金偉.基于目標(biāo)分解法解析“土木工程制圖”的研究[J].工程圖學(xué)學(xué)報, 2010, 31(5): 132-137.

[2]魏 旭,王景陽, 謝建榮.建筑CAD課程教學(xué)改革思考[J].實驗室研究與探索, 2011, 30(7): 318-320.

[3]曹建樹, 王殿君, 代峰燕.應(yīng)用型本科“CAD/CAM”課程的教學(xué)改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2010, 29(5): 105-107.

[4]吳啟鳳.制圖課程培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計與實踐能力的措施[J].圖學(xué)學(xué)報, 2012, 33(3): 110-116.

[5]陳潤民.計算機輔助繪圖基礎(chǔ)(第4版)[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2006.

[6]張同偉.土木工程CAD[M].北京: 機械工業(yè)出版社2011.

[7]鄺 明, 李雪梅, 高 悅.“土木工程制圖”研究性教學(xué)方案及實踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報, 2011, 32(5): 61-64.