基于CDIO理念的建筑類工程圖學(xué)課程實驗教學(xué)改革探索

劉克非　嚴(yán)永林　易文

摘要：

為提高土木建筑類學(xué)生的工程意識和協(xié)作創(chuàng)新精神，工程圖學(xué)課程教學(xué)應(yīng)更加注重學(xué)生圖形表達(dá)、團(tuán)隊協(xié)作和工程設(shè)計能力的培養(yǎng)。文章結(jié)合傳統(tǒng)的建筑類制圖與設(shè)計課程教學(xué)現(xiàn)狀，構(gòu)建了基于CDIO理念的建筑類工程圖學(xué)課程實驗教學(xué)模式，并在不同階段的教學(xué)中采用不同的教學(xué)方法。結(jié)果表明，基于CDIO理念的建筑類工程圖學(xué)課程教學(xué)新體系，在加強(qiáng)學(xué)生空間思維能力、設(shè)計創(chuàng)新能力和實踐動手能力的培養(yǎng)方面取得了明顯效果，對深化工程圖學(xué)課程教學(xué)改革起到了良好的示范作用。

關(guān)鍵詞：工程圖學(xué)課程；建筑制圖；CDIO；工程意識；教學(xué)改革

中圖分類號：G642423；TU204文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

10052909（2017）01015704

如何有效培養(yǎng)工程技術(shù)人才的創(chuàng)新設(shè)計能力，提高工科畢業(yè)生的圖形表達(dá)、團(tuán)隊協(xié)作和工程設(shè)計能力，是當(dāng)前工程圖學(xué)課程教研人員面臨的重要課題。中南林業(yè)科技大學(xué)建筑制圖教研室結(jié)合該校特點，從傳統(tǒng)建筑制圖基礎(chǔ)課程與專業(yè)設(shè)計課程的結(jié)合入手，基于CDIO理念嘗試對建筑類工程圖學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容與方法、教學(xué)效果的考核與評價進(jìn)行改革，旨在增強(qiáng)學(xué)生的工程意識、創(chuàng)新思維與團(tuán)隊協(xié)作能力，從而達(dá)到提高工程技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的[1-3]。

一、傳統(tǒng)的建筑類制圖與設(shè)計課程教學(xué)現(xiàn)狀

中南林業(yè)科技大學(xué)開設(shè)建筑制圖類課程的專業(yè)較多，除了傳統(tǒng)的土木工程、工程管理、工程力學(xué)、建筑學(xué)、城市規(guī)劃等專業(yè)外，給排水、藝術(shù)設(shè)計、園林、道鐵等專業(yè)學(xué)生也需要學(xué)習(xí)大量的建筑制圖知識。從專業(yè)設(shè)置的情況來看，學(xué)校多個學(xué)科主要培養(yǎng)建筑、土木和景觀的結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品設(shè)計方面的人才，對學(xué)生在構(gòu)型設(shè)計和創(chuàng)新能力方面有較高的要求。當(dāng)前學(xué)校土木類和建筑類專業(yè)工程制圖和設(shè)計課程教學(xué)體系如圖1所示。從整個建筑圖學(xué)課程教學(xué)層次和課程安排來看，在圖學(xué)課程體系中安排了大量三維CAD課程內(nèi)容，各軟件中的設(shè)計與建模操作都是對學(xué)生創(chuàng)新思維與設(shè)計表達(dá)能力的強(qiáng)化培訓(xùn)。但在教學(xué)方案的實施過程中，各專業(yè)和課程大多出現(xiàn)了圖學(xué)課程前后脫節(jié)、難以體現(xiàn)課程間的交叉性和綜合性的問題。其后果是：圖學(xué)體系中的各門課程仍為單科性質(zhì)，學(xué)習(xí)過程中仍以理論分析為主，缺少培養(yǎng)學(xué)生直觀判斷力、工程創(chuàng)新意識和設(shè)計理念的教學(xué)環(huán)節(jié)，難以培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合能力。

三、基于CDIO理念的建筑類工程圖學(xué)課程教學(xué)改革

（一）基于CDIO理念的建筑類工程圖學(xué)課程教學(xué)模式

CDIO工程教育理念的精髓主要體現(xiàn)在實驗與實踐環(huán)節(jié)，對圖學(xué)課程而言，則更多地體現(xiàn)在大二、大三的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課當(dāng)中。已有的研究表明，在工程圖學(xué)和三維CAD技術(shù)融合式課程體系建設(shè)和改革過程中，教師往往

將工程應(yīng)用軟件的操作性指導(dǎo)和訓(xùn)練當(dāng)作圖學(xué)和專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容，以為使用軟件就是教會學(xué)生操作方法，而忽略了大學(xué)本科層次工程圖學(xué)課程教學(xué)應(yīng)達(dá)到對學(xué)生進(jìn)行思維及過程訓(xùn)練的目的[6-8]。有鑒于此，為真正培養(yǎng)與鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新性思維和團(tuán)隊協(xié)作精神，建筑制圖教研室將圖學(xué)基礎(chǔ)課程（部分內(nèi)容）與設(shè)計類專業(yè)課程有效整合，構(gòu)建了基于CDIO理念的建筑類圖學(xué)課程教學(xué)體系與指導(dǎo)模式（圖2），以強(qiáng)化學(xué)生的工程意識與工程素養(yǎng)。

（二） CDIO理念在建筑類工程圖學(xué)課程中的實際應(yīng)用

開展基于CDIO理念的建筑類工程圖學(xué)與設(shè)計課程實踐項目，旨在大一的建筑制圖基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)階段，夯實學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識和繪圖基本技能，除加強(qiáng)徒手繪圖、制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和形體表達(dá)方法（視圖、剖切、斷面）的訓(xùn)練外，在專業(yè)圖部分引入三維模型和形體設(shè)計基礎(chǔ)內(nèi)容，將原有的建筑（或結(jié)構(gòu)）施工圖的簡單抄繪轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂性O(shè)計和創(chuàng)新意識的思考訓(xùn)練。除在CAI課件中加強(qiáng)“結(jié)構(gòu)”和“形體”概念外，在設(shè)計過程中融入簡單的工程材料常識，并鼓勵學(xué)生用三維草圖快速表達(dá)其基本的設(shè)計思想。此為構(gòu)想階段。

在后期的專業(yè)繪圖與分析課程教學(xué)中，尤其是設(shè)計與計算軟件的學(xué)習(xí)中，任課教師可將課程涉及的具體實踐科目設(shè)計成各個獨立的工程項目，并相應(yīng)地

將學(xué)生劃入各項目小組。這些實訓(xùn)項目大多與工程實踐或現(xiàn)實生活相關(guān)，要求學(xué)生從圖學(xué)（或力學(xué)）基礎(chǔ)理論知識入手，結(jié)合設(shè)計項目所處的環(huán)境及相應(yīng)的使用功能要求，設(shè)計出符合實用性、美觀性和經(jīng)濟(jì)性要求的工程結(jié)構(gòu)，在突出創(chuàng)造性設(shè)計理念的同時保持作品的工程應(yīng)用性。在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計的過程中既要特別強(qiáng)調(diào)作品的功能性，不能僅為創(chuàng)新而創(chuàng)新，又要鼓勵和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計熱情，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察和思考問題的能力，避免學(xué)生作品設(shè)計華而不實。此為設(shè)計階段。圖3和圖4分別為不同專業(yè)學(xué)生在此階段設(shè)計或計算的工程結(jié)構(gòu)實例。

CDIO理念中的實施與操作階段旨在培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神和交流溝通能力，也是學(xué)生接觸工程實際問題并進(jìn)行有效實踐訓(xùn)練的階段，即所謂邊學(xué)邊做、邊做邊學(xué)的過程，也稱為“干中學(xué)”。在這一過程中針對設(shè)計階段教師所給出的工程結(jié)構(gòu)項目，利用不同的專業(yè)軟件實現(xiàn)其實體造型，并對構(gòu)件進(jìn)行模擬。在有條件的情況下，教師應(yīng)鼓勵和帶領(lǐng)學(xué)生將設(shè)計和構(gòu)造出的工程實體按一定比例制作成模型，供學(xué)生相互學(xué)習(xí)或作為參加科技創(chuàng)新活動的作品。圖5所示為土木工程專業(yè)學(xué)生用竹片制作的工程結(jié)構(gòu)物模型。

道路CAD課程為道路與橋梁工程專業(yè)最重要的專業(yè)課之一。該課程有24個學(xué)時的上機(jī)實踐課，主要培養(yǎng)學(xué)生對路線及道路相關(guān)設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的能力。為真正培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神，任課教師可將實踐教學(xué)部分的成績考核采用分組完成工程項目的形式進(jìn)行（表1）。在道路設(shè)計中為體現(xiàn)公路這一帶狀三維空間構(gòu)造體的實體造型，提高學(xué)生對三維CAD軟件的應(yīng)用能力，應(yīng)要求學(xué)生對道路的重要路段和重要構(gòu)筑物采用透視圖的形式表達(dá)，并檢驗設(shè)計質(zhì)量，引導(dǎo)學(xué)生將圖學(xué)知識與專業(yè)知識有效結(jié)合，真正做到學(xué)以致用。這種“干中學(xué)”的教學(xué)方式可使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程能力和協(xié)作創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

（三）建筑類工程圖學(xué)與設(shè)計課程教學(xué)改革成果

學(xué)校建筑類工程圖學(xué)課程體系改革自2010年開始至今，已初步完成了實驗班的CDIO教學(xué)方法設(shè)計，將建筑制圖課程與專業(yè)課程中的繪圖或設(shè)計軟件等有關(guān)內(nèi)容，融入設(shè)計型、綜合型的創(chuàng)新實踐項目中，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生完成結(jié)構(gòu)設(shè)計或計算，以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用圖學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)知識的能力。

教學(xué)改革結(jié)出了豐碩的成果，截至2014年底，學(xué)校共有38項大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目獲批立項，其中省級項目12項；獲得包括“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽建筑類比賽、湖南省力學(xué)競賽和湖南省大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型設(shè)計競賽等在內(nèi)的國家級、省級競賽項目獎30余項，其中一等獎6項，二等獎9項，三等獎15項，優(yōu)勝獎/團(tuán)體獎5項；共完成11項相關(guān)的教研教改項目，完成了12門專業(yè)基礎(chǔ)課/專業(yè)課的創(chuàng)新性實驗項目的設(shè)計與教學(xué)；相關(guān)專業(yè)學(xué)生的就業(yè)率連年保持在90%以上。已畢業(yè)的學(xué)生普遍認(rèn)為，基于CDIO理念的工程圖學(xué)與設(shè)計課程教學(xué)改革，對學(xué)生的理論學(xué)習(xí)、實驗技能訓(xùn)練、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)以及實際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和制作能力的提高都有積極的促進(jìn)作用。

四、結(jié)語

對建筑類工程圖學(xué)與設(shè)計課程教學(xué)的改革，主要是按照CDIO教育理念與模式調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容與方法，在此過程中積累了相關(guān)課程項目設(shè)計與教學(xué)方法的經(jīng)驗。這些經(jīng)驗可進(jìn)一步應(yīng)用于建筑類相關(guān)專業(yè)的其他主干課程教學(xué)中，形成建筑類工程專業(yè)學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的整體教學(xué)體系。基于CDIO模式的實驗課程設(shè)計與實踐方法，對其他理工類學(xué)科專業(yè)的教學(xué)改革也具有重要的參考和借鑒價值。

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Abstract：

In order to improve the engineering consciousness and collaborative innovation spirit of civil construction students， engineering graphical teaching staff should pay more attention to cultivating the graphics expression， team collaboration and engineering design ability of students. Combined with the teaching situation of traditional architectural drawing and design courses， based on the CDIO education concept and its characteristics， a new teaching mode was built and different teaching methods were used at different stages. The results showed that the new system can enhance the ability of space thinking， design innovation and practice of students. It also played a good role model for deepening the engineering graphics teaching reform.

Keywords： engineering graphics； architectural drawing； CDIO； engineering consciousness； teaching reform

（編輯王宣）