用SketchUp妙筆繪制傳統(tǒng)工科新圖景

高強 李曉慶 柏濤

摘 ? ?要：針對水利類專業(yè)課程教學(xué)中存在的不足，主動契合新時期行業(yè)發(fā)展的新需求以及學(xué)生成才就業(yè)的內(nèi)在期望，聚焦地方院校的培養(yǎng)定位，引入建模技術(shù)，實現(xiàn)建模技術(shù)與專業(yè)課程的融合，及大學(xué)生競賽的延伸拓展，構(gòu)建了基于建模技術(shù)支撐下的學(xué)生專業(yè)培養(yǎng)主線，實踐表明學(xué)生質(zhì)量得到顯著提高。

關(guān)鍵詞：水利類專業(yè);專業(yè)課;建模技術(shù);SketchUp;改革與探索

中圖分類號：G640 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）02-0089-02

一、前言

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及模擬技術(shù)的發(fā)展，高等教育的教學(xué)理念及教學(xué)方式已然發(fā)生巨大的變革。這些先進的技術(shù)手段將被用于營造師生互動的友好學(xué)習(xí)環(huán)境，呈現(xiàn)更為直觀的教學(xué)素材以及提供更便利的學(xué)習(xí)手段和豐富多彩的共享資源庫等諸多方面。技術(shù)革命為我們實現(xiàn)教育目標帶來了手段上的便捷和多元的選擇[1]。水利類專業(yè)是傳統(tǒng)工科專業(yè)，專業(yè)課在專業(yè)人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用，在“水工建筑物”課程中嘗試引入建模技術(shù)（SketchUp草繪大師軟件），繼而引發(fā)一系列的課程教學(xué)探索和改革。

二、專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

當前教育教學(xué)改革的重點之一就是推進“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變[2]，在這個轉(zhuǎn)變過程中教師主要解決兩方面的問題：一是“師傅領(lǐng)進門”，即如何培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)知識和專業(yè)的興趣，是實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的前提和基礎(chǔ);二是“個人修行”，即如何培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識，并提升自主學(xué)習(xí)的成效，以實現(xiàn)終身學(xué)習(xí)。而現(xiàn)實專業(yè)課教學(xué)中此兩方面均缺乏積極的引導(dǎo)和成體系的促進，主要表現(xiàn)在以下三個方面。

（一）“根深蒂固”的傳統(tǒng)教學(xué)模式亟待改變

水利作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，專業(yè)領(lǐng)域的新技術(shù)、新型式、新材料的研發(fā)和市場認可到工程應(yīng)用不但周期長，而且因工程問題的獨特性限制了技術(shù)的普適性等特點，造成了專業(yè)知識和專業(yè)設(shè)計理論的更新緩慢，教材體系和內(nèi)容很難支撐現(xiàn)實的需求和發(fā)展。因此“以教師為中心”的教學(xué)模式比較普遍。如何借助教育教學(xué)新理念和依托新技術(shù)實現(xiàn)“以學(xué)生為中心”教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變不僅是水利類專業(yè)，也是傳統(tǒng)工科專業(yè)面臨的普遍問題。

（二）建筑物空間建構(gòu)能力偏弱是專業(yè)學(xué)習(xí)的隱性障礙

由于學(xué)生的“空間建構(gòu)”能力相對較弱，造成專業(yè)教師授課時往往“言之有物”，而學(xué)生卻“云里霧里，不知所云”。甚至到了課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計階段學(xué)生還一直在糾結(jié)如何認識和想象建筑物的空間結(jié)構(gòu)和相互空間關(guān)系。可想而知，缺乏對建筑物結(jié)構(gòu)的基本認知和想象，水工建筑物的工作方式、設(shè)計理論、設(shè)計思想就成了空中樓閣，無從落地。建筑物空間建構(gòu)能力弱項直接影響到工科學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)及創(chuàng)新活動[3]，對其職業(yè)生涯也將產(chǎn)生重要影響。

建筑物空間建構(gòu)能力偏弱，有水利工程及水工建筑物遠離人們?nèi)粘Ｉ?，學(xué)生感性認識缺乏的因素;更深層次的原因是低年級圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)完成后，其延續(xù)應(yīng)用及拓展未充分進行甚至中斷，腦科學(xué)中所謂的“多用則靈，不用則廢”即是如此。因此，在專業(yè)課程中延續(xù)圖學(xué)教學(xué)的成果，勢必會大幅提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，繼而進一步增強學(xué)生的就業(yè)競爭力。

（三）專業(yè)學(xué)習(xí)引導(dǎo)持續(xù)力缺乏

追逐新奇、敢于冒險、不斷嘗試是大學(xué)生的青春特征，在專業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)自我是學(xué)生心中的美好愿景。專業(yè)教師也是盡其所能向?qū)W生展現(xiàn)專業(yè)領(lǐng)域的高科技、新技術(shù)、新材料的信息，期望這些刺激不斷沖擊學(xué)生的大腦并產(chǎn)生積極的反應(yīng)。學(xué)生會在內(nèi)心涌起學(xué)習(xí)的沖動，并或多或少地進行初期的探索活動，但由于學(xué)生的建模興趣和探索活動未與專業(yè)學(xué)習(xí)相結(jié)合，缺乏持續(xù)引導(dǎo)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的成效不高，學(xué)生專業(yè)獲得感體驗不足，最終導(dǎo)致絕大多數(shù)學(xué)生均是以“半途而廢”收場。

三、教學(xué)改革探索與成效

水利類專業(yè)作為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的優(yōu)勢專業(yè)，圍繞著應(yīng)用型地方院校的培養(yǎng)目標、培養(yǎng)規(guī)格及服務(wù)面向，持續(xù)進行著教育教學(xué)的改革和探索[4]。2016年首次在“水工建筑物”課程中引入SketchUp以來，并逐漸應(yīng)用到后續(xù)的專業(yè)課及實踐教學(xué)中。在學(xué)生間已形成了自主探索、相互交流、榜樣引領(lǐng)的自主學(xué)習(xí)氛圍，并將這種學(xué)習(xí)模式與影響擴散到更為寬廣的領(lǐng)域和范圍。

（一）建模技術(shù)與專業(yè)課程的融合

基于建模技術(shù)的虛擬空間的游戲，復(fù)雜結(jié)構(gòu)及建造過程模擬的視頻信息大量進入學(xué)生的日常生活，成為工科學(xué)生的興趣點之一。最初“水工建筑物”課程引入

SketchUp軟件的目的就是將學(xué)生的興趣點引導(dǎo)至專業(yè)學(xué)習(xí)，對建筑物結(jié)構(gòu)和構(gòu)造有更為清晰的認識，更好地理解建筑物的工作條件及工作方式，并提出相應(yīng)的設(shè)計原則和解決方案。如：通過重力壩三維建模，得以理解平面應(yīng)變問題的概化原理;對在壩體上設(shè)置橫縫對地基不均勻沉降造成的原因及解決方案將會有更深刻的認識;分離壩段的設(shè)置對重力壩細節(jié)構(gòu)造止水系統(tǒng)的作用及布置的認識就可以實現(xiàn)“水到渠成”。

“水電站”課程進行三維建模從結(jié)構(gòu)認識延伸到了施工領(lǐng)域，不但實現(xiàn)了對尾水管層、水輪機層、發(fā)電機層、發(fā)電廠房層的分層結(jié)構(gòu)認知，而且充分理解了整個水電站的建造順序及設(shè)計要求。后期還引導(dǎo)學(xué)生使用Revit軟件探索解決水電站內(nèi)部管道布設(shè)的碰撞問題。

畢業(yè)設(shè)計中要求學(xué)生借助建模技術(shù)來表現(xiàn)設(shè)計成果，學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的興趣，初期主要是學(xué)生自主學(xué)習(xí)，現(xiàn)已發(fā)展成以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師專業(yè)指導(dǎo)為輔的學(xué)習(xí)模式。2020年在畢業(yè)設(shè)計中應(yīng)用建模技術(shù)的學(xué)生比例已達到15%以上，涉及樞紐工程整體建模、復(fù)雜結(jié)構(gòu)銜接、建造施工演示、地基開挖及工程量計算等諸多方面。在此過程中學(xué)生專業(yè)獲得感得到滿足，對下一屆學(xué)生產(chǎn)生了專業(yè)學(xué)習(xí)的積極影響。

（二）建模技術(shù)向競賽活動的延伸

搭建大學(xué)生競賽平臺，引導(dǎo)學(xué)生參與競賽活動。“以賽促學(xué)、以賽促練、以賽促創(chuàng)”是當前各高校教學(xué)改革熱點之一[5]。因此，將學(xué)生建模技術(shù)的學(xué)習(xí)也向相關(guān)賽事活動進行拓展延伸。在大一階段進行校級的工程制圖大賽，為課堂理論教學(xué)的補充與提升;在大二階段舉行校級CAD大賽，覆蓋全校所有的工科學(xué)院學(xué)生，為通用技能的鍛煉和拓展應(yīng)用;到大三、大四年級階段參加全國“高教杯”全國大學(xué)生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽，為專業(yè)工程實踐能力的掌握和專業(yè)認知。2019年，佳木斯大學(xué)學(xué)生在建模組競賽單元獲得2個一等獎、3個二等獎，團體第四名（二等獎）的好成績。大學(xué)生競賽平臺豐富了實踐教學(xué)形式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和參與工程實踐活動的興趣，學(xué)生通過競賽對通用技能的掌握和創(chuàng)新能力有顯著提高與改善。

（三）構(gòu)建學(xué)生培養(yǎng)主線

經(jīng)過不斷教學(xué)探索和實踐，建模技術(shù)的引入在促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)方面取得了顯著成效，逐漸構(gòu)建和完善了一條學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的培養(yǎng)主線。即以建模技術(shù)為紐帶，將前序課程延伸，向后續(xù)課程拓展，將相關(guān)課程緊密聯(lián)合成為一個體系，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)、教師適度引導(dǎo)的方式貫穿于本科四年教學(xué)中，其培養(yǎng)體系框架如下（以“水工建筑物”課程為例）。

該培養(yǎng)主線分為三個層次。首先，建模技術(shù)應(yīng)用的圖學(xué)基礎(chǔ)知識與技能的準備。即：“畫法幾何”課程中重點掌握繪圖基本原理和技巧，“水利工程制圖”面向工程，增加學(xué)生感性認識，“水工CAD”課程中強化3D建模的實訓(xùn)。其次，是將圖學(xué)教學(xué)成果與專業(yè)結(jié)合，通過建模作品的展示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。即在“水工建筑物”課程中引入建模技術(shù)（SketchUp軟件），改變原來教師課堂講解的教學(xué)方式，讓學(xué)生將學(xué)與用結(jié)合，進行各種類型和形式的水工建筑物3D建模，在建模過程中理解和體會建筑物組成、構(gòu)造以及相互關(guān)系。最后，在實踐課程中提供展示和應(yīng)用平臺，引導(dǎo)學(xué)生進行深層次的專業(yè)化學(xué)習(xí)。即在“水工課程設(shè)計”和“水工畢業(yè)設(shè)計”中，讓學(xué)生應(yīng)用CAD（二維）、

SketchUp（三維）、Revit、Civil3D軟件進行工程設(shè)計和成果展示，既夯實學(xué)生二維平面設(shè)計的基本功，又適應(yīng)工程設(shè)計三維化的水利行業(yè)新需求。

在具體的每門課程中，教師可以感受到學(xué)生自主學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力來源于專業(yè)學(xué)習(xí)成效的展現(xiàn)以及專業(yè)獲得感。學(xué)校及教師的首要工作就是要制造情景、營造氛圍、打造平臺、適時引導(dǎo)、激勵保障，這樣“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式就逐漸形成了。

四、結(jié)語

水利類專業(yè)作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，面臨新時期的行業(yè)發(fā)展需求以及學(xué)生期望成才的自身要求，借助新興技術(shù)讓其重新煥發(fā)新活力是教育者破題的路徑之一。通過對水利專業(yè)課程教學(xué)的實踐與探索，興趣引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)熱情;專業(yè)浸潤，促進自主學(xué)習(xí)，收獲專業(yè)成就感;最終促進了學(xué)生學(xué)習(xí)主體地位的逐步形成，學(xué)生的就業(yè)競爭力顯著增強，從而達到課程教學(xué)改革的最終目的。

參考文獻：

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[4]唐新軍，蘇枋，馮勇，等.適應(yīng)市場需求的水利與土木工程類專業(yè)人才培養(yǎng)模式探討[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2008，（4）.

[5]龍曉楓，伍健，田志龍，等.競賽活動對大學(xué)生能力提升的影響：來自湖北高校的證據(jù)[J].高等工程教育研究，2019，（6）.

編輯∕李夢迪