工程制圖與CAD在現(xiàn)代化信息教學(xué)技術(shù)中的一體化

張勝　郭尤林　黎永索　李柏　劉志斌　蔡鑫

摘要：在高速發(fā)展的現(xiàn)代化信息教學(xué)技術(shù)中，針對工程制圖與CAD現(xiàn)存的教學(xué)弊端，通過合理利用現(xiàn)代化信息教學(xué)技術(shù)，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，改變以往工程制圖和CAD的課程教學(xué)方式，完善工程制圖和CAD的課程考核方式，等等措施，借助現(xiàn)代化信息教學(xué)技術(shù)以實現(xiàn)工程制圖與CAD的一體化教學(xué)，從而培養(yǎng)基礎(chǔ)知識扎實、創(chuàng)新能力與實踐能力強的高級應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞：工程制圖；CAD；現(xiàn)代化信息教學(xué)；一體化

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）35-0152-03

一、引言

隨著國家“一帶一路”倡議的實施和經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，結(jié)合“新工科”專業(yè)人才培養(yǎng)方案，為我國土木類專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求[1]。在新的形勢下，培養(yǎng)和造就一大批創(chuàng)新能力、實踐能力強的高級應(yīng)用型工程技術(shù)人才，是增強我國核心競爭力、建設(shè)創(chuàng)新型國家、走新型工業(yè)化道路的必然選擇[2]。工程制圖是土木類專業(yè)學(xué)生所必須掌握的一門實用、重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。但隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展與普及，工程設(shè)計已經(jīng)進入數(shù)字信息化時代，因此在傳統(tǒng)的手工制圖基礎(chǔ)上有效融入二維繪圖與三維繪圖技術(shù)是時代發(fā)展的需要[3]。CAD技術(shù)是利用計算機強大的數(shù)值計算和圖文處理功能來輔助工程師、設(shè)計師和建筑師等工程設(shè)計人員進行項目規(guī)劃繪圖和數(shù)據(jù)處理的一門計算機應(yīng)用技術(shù)[4]。在各大土木類高校中，基本都開設(shè)了工程制圖和CAD兩門課程。但筆者發(fā)現(xiàn)這兩門課程在現(xiàn)有教學(xué)狀態(tài)下存在很多弊端與不足，因此探索更為科學(xué)的教學(xué)模式勢在必行[5]。結(jié)合筆者教學(xué)經(jīng)驗和研究發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)代教學(xué)中，除了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)外，還出現(xiàn)了很多運行效果良好的信息教學(xué)資源，如“MOOC”、“拇指課題”、“會說話的魔法書”、“超星爾雅”等[6]。這些新的信息教學(xué)方式給學(xué)生的學(xué)習帶來了新的樂趣，同時也起到了很好的教學(xué)效果[7]。因此，如何將現(xiàn)代化信息教學(xué)技術(shù)合理地融入工程制圖和CAD的教學(xué)課堂，即如何實現(xiàn)工程制圖與CAD在合理的信息技術(shù)化教學(xué)中一體化教學(xué)是我們接下來所要探討的問題。

二、工程制圖與CAD課程體系中的教學(xué)現(xiàn)狀

1.工程制圖與CAD課程體系的特點。工程制圖是土木類專業(yè)學(xué)生所必須研修的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它包括兩部分內(nèi)容：畫法幾何、工程制圖。畫法幾何是工程制圖的理論知識，包括對投影、制圖標準等進行總體概括性的制圖，其主要任務(wù)是讓學(xué)生學(xué)習制圖基礎(chǔ)，了解制圖基本知識和一些相關(guān)的國家制圖規(guī)范等[8]。而工程制圖是立足于畫法幾何基礎(chǔ)上的實踐，將理論知識展示于圖紙上，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和邏輯思維能力以及實踐動手能力。CAD技術(shù)主要是為了適應(yīng)現(xiàn)代化的工程技術(shù)，彌補以往徒手繪圖設(shè)計的不足，其以二維繪圖和三維繪圖為主，因具有良好的人機交互界面、便捷的命令輸入方式和可供靈活設(shè)置的出圖方式等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。在教學(xué)中傳授給學(xué)生一些基本繪圖指令等，再通過大量的實踐練習，要求學(xué)生能利用CAD軟件準確規(guī)范地繪制土木工程施工圖[9]。

2.工程制圖與CAD現(xiàn)有教學(xué)存在的弊端。目前，工程制圖與CAD主要有兩種教學(xué)方式：第一種是兩門課程獨立式教學(xué)。這種教學(xué)方式被大部分高校所采用。就我校土木類專業(yè)而言，在大一期間開設(shè)工程制圖，經(jīng)過一年繪圖基礎(chǔ)知識的學(xué)習，再在大二開設(shè)CAD課程。獨立式教學(xué)方式的優(yōu)點在于能讓學(xué)生對繪圖的基礎(chǔ)知識接觸時間長，掌握得更為扎實。但就筆者經(jīng)驗來說，現(xiàn)在大部分學(xué)生習慣了“填鴨式”教學(xué)，自主學(xué)習能力很差，基本屬于應(yīng)付式學(xué)習。雖然經(jīng)過一年的基礎(chǔ)知識學(xué)習，但在應(yīng)用CAD技術(shù)進行繪圖時，學(xué)生把所學(xué)的基本繪圖知識、繪圖要求忘得一干二凈，難以繪制滿足規(guī)范和標準的土木工程施工圖。于是，這種教學(xué)方式不僅浪費了大量的授課時間，也不能達到預(yù)期的教學(xué)效果。第二種是融合式教學(xué)[10]。部分高校以工程制圖的教學(xué)內(nèi)容為主線，將與其相關(guān)聯(lián)的CAD技術(shù)融入相應(yīng)課程的章節(jié)中進行教學(xué)。這種教學(xué)方式的優(yōu)點在一定程度上改變了獨立式教學(xué)浪費授課時間、學(xué)生學(xué)此忘彼等不足之處。其缺點在于，大部分內(nèi)容都只是簡簡單單的說明，并沒有深度剖析繪圖技巧，學(xué)生對基本繪圖知識掌握的并不全面。另外，部分高校在進行融合式教學(xué)的時候忽略了對學(xué)生實踐動手操作能力，一些基本的繪圖能力沒有掌握，如工程字的書寫、學(xué)生繪圖、讀圖能力，這些沒有通過大量的實踐動手練習是無法掌握的。

三、現(xiàn)代化信息教學(xué)技術(shù)中的一體化

（一）改革工程制圖和CAD的教學(xué)體系，將體系科學(xué)化

1.畫法幾何與CAD技術(shù)雙管齊下，在微課中實現(xiàn)CAD基本操作教學(xué)。工程制圖學(xué)包括畫法幾何和工程制圖兩部分。畫法幾何主要講的是制圖的基本知識、基本標準，其中制圖基本知識包括投影和軸線，它的主要教學(xué)目的是鍛煉學(xué)生的空間想象能力[11]。而制圖基本標準是要求學(xué)生掌握一些圖標、制圖規(guī)定等。對于工程制圖來說則是畫法幾何的應(yīng)用，要求學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐。CAD的應(yīng)用又是制圖的一個提升，利用現(xiàn)代信息技術(shù)提高制圖效率和制圖標準。畫法幾何中制圖的基本知識是學(xué)好制圖學(xué)的基石，如果學(xué)生空間想象能力沒有培養(yǎng)出來，那么制圖則成了無源之水、無本之木。同樣，CAD的基本操作也是使用CAD進行較為復(fù)雜圖形繪制的基石。因此，畫法幾何和CAD的基本操作應(yīng)當放在一個學(xué)期來進行教學(xué)。對于畫法幾何，應(yīng)著重講解工程制圖的基本知識，相對應(yīng)的制圖標準和規(guī)范在第二個學(xué)期與手工制圖和CAD制圖相結(jié)合來進行實踐教學(xué)。在工程制圖教學(xué)中，傳統(tǒng)的黑板板書存在一定的局限性，因為畫法幾何中的投影變換、立體表面的交線以及建筑形體的表達方式等具有三維想象要求的內(nèi)容，很難在黑板上向?qū)W生進行傳達，學(xué)生也難以理解。對此，可以采取投影放映或“電子白板+短焦投影”等方式來讓學(xué)生更直觀地了解[12]。相對而言，對二維繪圖所要求掌握的內(nèi)容，筆者建議教師親力親為在黑板上與學(xué)生交流探討。這樣既能培養(yǎng)學(xué)生獨立的思維，更能讓教師在板書的過程中有新的思考。對于CAD基本操作的教學(xué)內(nèi)容，可以采用微課的方式將知識傳授給學(xué)生。CAD的學(xué)習是為了更好地操作CAD軟件，是一門不能只拿著書本聽教師講而學(xué)生自己不實踐動手操作的課程。通過微課教學(xué)，學(xué)生可以直截了當?shù)馗S微課視頻中的教學(xué)一起操作CAD，及時將操作的理論知識轉(zhuǎn)化為實踐，能夠給學(xué)生更為深刻的印象，并且在選擇CAD的微課視頻時，可以選擇畫法幾何中對空間想象能力要求較高的圖形來對學(xué)生進行剖析教學(xué)，這樣一來學(xué)生既可以在微課當中學(xué)習CAD軟件的操作，又能輔助提高學(xué)生的空間想象能力。除此之外，采用微課教學(xué)還可以減輕課堂教學(xué)的學(xué)時，擠出更多的時間讓學(xué)生學(xué)習更多的知識，提高課堂上的學(xué)習效率。

2.工程制圖與CAD技術(shù)的實戰(zhàn)演練。在第二學(xué)期中，應(yīng)對第一學(xué)期所學(xué)的工程制圖和CAD進行制圖實戰(zhàn)演練。這一學(xué)期應(yīng)將畫法幾何中的制圖要求、規(guī)范和標準作為理論知識來進行教學(xué)，這一部分所要學(xué)習的內(nèi)容較為煩瑣、枯燥。將它放入第二學(xué)期與制圖實戰(zhàn)演練相結(jié)合來學(xué)習，將更加的科學(xué)合理，學(xué)生也能在反復(fù)動手操作中對這些基本要求和規(guī)范熟記于心。在這一學(xué)期，當制圖標準、規(guī)范的理論知識學(xué)完之后，學(xué)生基本上可以用一個學(xué)期的時間來進行實戰(zhàn)演練工程制圖的基本要求。工程制圖的要求是練習手工制圖的能力，通過手工制圖，既可以將所學(xué)理論知識運用于實踐，又可以提高學(xué)生的審美能力，如整幅圖形的層次感、線條的流暢性和粗細比例等。除此之外，手工制圖還可以磨煉學(xué)生的心性，對處于浮躁狀態(tài)下的學(xué)生可以起到很好的調(diào)節(jié)作用，能讓學(xué)生更加沉下心來學(xué)習。在繪制手工制圖時，同時可以采用CAD技術(shù)進行制圖，不同的方式將會使學(xué)生對工程制圖有更深的認識，也能夠?qū)こ讨茍D的基本要求起到規(guī)范作用。學(xué)生在學(xué)習CAD的過程中，使用得越熟練，掌握得就越透徹，畢業(yè)工作后進入角色也越快，從而更好地提高了學(xué)生自身的競爭力。

（二）制定合理的課堂體系，調(diào)動學(xué)生的積極性

目前，一堂課的教學(xué)內(nèi)容普遍都是由教師講授，很難調(diào)動學(xué)生的積極性，很多學(xué)生也會因講課時間太長覺得枯燥。針對這個問題，教師應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，只有學(xué)生自己愿意學(xué)習才能讓學(xué)生感受到學(xué)習的樂趣，才能調(diào)動學(xué)生的積極性。教師可以給學(xué)生劃分學(xué)習小組，也可以由學(xué)生自行組隊，分配學(xué)習任務(wù)，學(xué)生以PPT的形式匯報學(xué)習成果。通過這種方式培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，將會使學(xué)生終身受益。在實戰(zhàn)演練的制圖中，教師給定相關(guān)學(xué)習任務(wù)，然后由學(xué)習小組合作完成，并將所完成的手工制圖和CAD制圖制作成PPT，在課堂上向全班同學(xué)匯報成果和交流心得。這樣，除了可以鍛煉學(xué)生的制圖能力外，還可以鍛煉學(xué)生的PPT制作能力以及語言表達能力，對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)具有較大的意義。在現(xiàn)有的課堂教學(xué)體系下，絕大部分學(xué)生適應(yīng)了“填鴨式”教學(xué)，自學(xué)能力差，沒有主動性和積極性，對學(xué)習的興趣也不高。因此，教師可以將一定的評分權(quán)分給學(xué)生，比如：在上述的PPT匯報成果中，當一個小組匯報完本組的學(xué)習成果后，由教師把控，讓學(xué)生對匯報成果進行評價和打分。這樣一來，學(xué)生對學(xué)習有了主觀能動性，學(xué)習興趣自然也會提高。相互評分還可以促進學(xué)生之間的交流，也在某種程度上減輕了教師的教學(xué)壓力。

（三）根據(jù)學(xué)習要求，改善考核方式

第一學(xué)期的畫法幾何側(cè)重于理論知識的學(xué)習，考核方式采用平時成績（30%）+考試成績（70%），平時成績包括日常出勤、上課紀律和作業(yè)完成情況等。但對于CAD操作技術(shù)的微課學(xué)習，可以采用觀看視頻（30%）+章節(jié)課后作業(yè)（30%）+統(tǒng)一試卷考試（40%）來對學(xué)生進行考核，視頻中每間隔一段時間設(shè)置彈出視頻停止播放窗口，要求學(xué)生回答相應(yīng)問題，待問題通過后，視頻繼續(xù)播放，這樣既可以緩解學(xué)生觀看視頻太長而感到疲勞，也可以避免播放視頻的同時又在做其他事情。視頻后的章節(jié)作業(yè)題應(yīng)該由教師經(jīng)常更新，避免學(xué)生到其他網(wǎng)站搜索原題。當然，題目的范圍應(yīng)當不超出視頻中所包含知識的范圍。最后，再由教師統(tǒng)一給出紙質(zhì)試卷來對學(xué)生進行考試，統(tǒng)一考試可以檢驗學(xué)生自身的真實水平，避免出現(xiàn)請人代看、代學(xué)的現(xiàn)象。

對于第二學(xué)期的制圖練習，教師可以通過PPT的展示情況、學(xué)生自評情況以及平時的任務(wù)完成情況來對學(xué)生進行綜合考核。

四、結(jié)論

在現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)高速發(fā)展和普及的背景下，從工程制圖與CAD的教學(xué)改革入手，合理利用信息教學(xué)技術(shù)，將工程制圖和CAD在現(xiàn)代化信息技術(shù)中實現(xiàn)一體化教學(xué)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過學(xué)習團隊利用現(xiàn)代教學(xué)資源來提高自學(xué)能力、團隊合作意識，達到精益求精的目的。通過教學(xué)改革，改變以往工程制圖和CAD的課程教學(xué)體系，制定科學(xué)、合理的課堂教學(xué)計劃，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和能動性，努力提高學(xué)生的學(xué)習興趣，著力完善課程考核方式，從而培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展、社會需求、崗位要求的具有真才實學(xué)的高級應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

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