工程制圖與識圖技能培養(yǎng)的信息化教學(xué)改革★

周 黎

(武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

工程圖是工程技術(shù)人員進(jìn)行交流的一種無聲語言，工程制圖與識圖技能是高職道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生必須掌握的一項核心技能，它包含了兩方面內(nèi)容：一是工程制圖，二是工程識圖。工程制圖技能是將三維空間形體用二維平面圖表達(dá)出來的能力(三維到二維)，工程識圖技能則是通過二維平面圖識讀三維空間形體的能力(二維到三維)。

工程制圖與識圖技能的培養(yǎng)是一個循序漸進(jìn)的過程，不能期待學(xué)生通過某一門課程或某個學(xué)期的學(xué)習(xí)一蹴而就，要達(dá)到熟練繪制和閱讀工程圖的目標(biāo)，需要進(jìn)行不斷的學(xué)習(xí)和長期的訓(xùn)練，這就要求我們將工程制圖與識圖技能的培養(yǎng)貫穿于整個專業(yè)人才培養(yǎng)過程中。

1 工程制圖與識圖技能基礎(chǔ)訓(xùn)練

我院在道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)的第一學(xué)期開設(shè)了《工程制圖與識圖》課程。作為專業(yè)基礎(chǔ)課，《工程制圖與識圖》課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握工程制圖基礎(chǔ)知識和幾何畫法并能夠作出三維圖形和簡單工程形體的各面投影，培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀工程圖樣的基本能力。通過該課程的學(xué)習(xí)，在學(xué)生掌握了基本的制圖技巧，形成了一定的空間想象能力和形體表達(dá)能力后，再通過后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)來進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生識讀復(fù)雜道路橋梁工程圖的能力。

1.1 《工程制圖與識圖》課程的發(fā)展

《工程制圖與識圖》課程的前身是《土木工程制圖》，它是建設(shè)工程相關(guān)專業(yè)一門非常傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授工程圖學(xué)相關(guān)知識。考慮到高職學(xué)生的崗位實際需求，我們適當(dāng)弱化了圖學(xué)相關(guān)理論的講授，強化了工程識圖和工程制圖技能的訓(xùn)練，大大加強了課程的實踐性。理論教學(xué)內(nèi)容主要包括投影理論，道路工程制圖國家規(guī)范等，除了理論教學(xué)外，還通過大量的教學(xué)案例和實踐訓(xùn)練使學(xué)生熟練掌握工程制圖與識圖技能。

路橋?qū)I(yè)教學(xué)團(tuán)隊的老師們理清了《工程制圖與識圖》課程與《橋梁工程》《路基路面工程》《隧道施工技術(shù)》等銜接課程的關(guān)系，將工程制圖與識圖技能的培養(yǎng)目標(biāo)分解到上述課程中，最終確定了適應(yīng)高職路橋?qū)I(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的《工程制圖與識圖》課程標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 《工程制圖與識圖》課程的教學(xué)難點

常規(guī)的《工程制圖與識圖》課程教學(xué)手段有板書法、課件法、動畫模型法等，但在教學(xué)實踐中均體現(xiàn)出一些不足：

1)板書法。板書法是老師使用教學(xué)用尺規(guī)在黑板上演示作圖步驟的方法。優(yōu)點是繪圖過程表達(dá)清晰，便于學(xué)生模仿學(xué)習(xí)，缺點是作圖耗時太長，在有限的時間內(nèi)無法承載更多的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)效率低，且學(xué)生往往會感覺枯燥，無法提高他們的學(xué)習(xí)積極性。

2)課件法。課件法是目前最常用的教學(xué)方法，優(yōu)點是授課效率高，缺點是實踐性較欠缺，如果不配合相應(yīng)的實訓(xùn)訓(xùn)練，授課內(nèi)容學(xué)生很容易看過就忘，難以形成深層的理解記憶，達(dá)不到靈活應(yīng)用所學(xué)知識的目標(biāo)。

3)動畫模型法。傳統(tǒng)的制圖相關(guān)課程會用到幾何模型來向?qū)W生進(jìn)行展示講解，但由于教學(xué)模型種類太少不能滿足專業(yè)教學(xué)需求，且購買、攜帶、存放幾何模型也非常不便，所以現(xiàn)在很少使用幾何模型，而是更多的使用動畫模型。動畫模型的優(yōu)點是生動、有趣味性、存儲攜帶方便，容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，缺點是制作困難，如果購買服務(wù)的話費用較高且手續(xù)繁瑣，很難及時滿足教學(xué)需要。

除了上述提到的教學(xué)手段方面存在的不足以外，在教學(xué)模式上也亟待改革。《工程制圖與識圖》是一門對形象思維要求很高的課程，經(jīng)過多年教學(xué)實踐經(jīng)驗總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于本門課程的學(xué)習(xí)難點主要在于空間想象能力不足，學(xué)生很難準(zhǔn)確做到二維圖形和三維模型之間的自由轉(zhuǎn)換，解決這一難題的有效途徑是將教學(xué)情境由抽象轉(zhuǎn)變?yōu)榫呦?，同時配合大量實踐訓(xùn)練，學(xué)生見的多畫的多，自然能形成屬于自己的一套方法，這就需要大量的實訓(xùn)課時才能實現(xiàn)。我院的《工程制圖與識圖》課程共52個課時，一方面課時有限，一方面教學(xué)內(nèi)容多任務(wù)重，如何能在有限的時間內(nèi)保證教學(xué)質(zhì)量提高學(xué)習(xí)效率是一個難題。

2 工程制圖與識圖技能專業(yè)訓(xùn)練

通過《工程制圖與識圖》課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了基本的制圖識圖技巧，形成了一定的空間想象能力和形體表達(dá)能力，為接下來的工程制圖與識圖技能專業(yè)訓(xùn)練打好基礎(chǔ)。

道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)涉及包括路、橋、隧在內(nèi)的多種結(jié)構(gòu)類型，每一種結(jié)構(gòu)類型相互獨立又存在多種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，很難用一門課將以上所有結(jié)構(gòu)類型的教學(xué)全部涵蓋，因此我院開設(shè)了《橋梁工程》《路基路面工程》《隧道施工技術(shù)》等專業(yè)課。專業(yè)課主要教授學(xué)生各種道路橋梁相關(guān)結(jié)構(gòu)物的構(gòu)造形式以及施工方法，而識讀工程結(jié)構(gòu)物圖紙是教學(xué)重點之一。

由于專業(yè)課內(nèi)容多、難度高，各種工程結(jié)構(gòu)物的構(gòu)造特別是異形結(jié)構(gòu)構(gòu)造難以找到合適的模型進(jìn)行展示，而學(xué)習(xí)難度的增加也會導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，因此教學(xué)上的困難比《工程制圖與識圖》課程更大。

3 信息化教學(xué)改革與實踐

3.1 信息化教學(xué)手段

總結(jié)工程制圖與識圖技能培養(yǎng)最核心的困難主要是以下幾點：缺少合適的教學(xué)模型；課程時長有限；識圖過程太抽象學(xué)生接受困難。針對這些問題，我們采用了信息化手段予以解決。

1)用三維建模軟件制作符合教學(xué)需要的三維模型庫。經(jīng)過教學(xué)團(tuán)隊討論研究，我們首先將路橋?qū)I(yè)學(xué)生應(yīng)該熟練掌握的幾種工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，然后根據(jù)不同類型的工程結(jié)構(gòu)物按照由淺入深的原則設(shè)計典型教學(xué)案例和實踐項目，再將這些項目分解到各門課程中，由任課老師根據(jù)學(xué)生的具體學(xué)習(xí)狀態(tài)靈活把握。

三維建模軟件主要是用到AutoCAD和Revit兩種，AutoCAD的操作比Revit簡單，Revit的優(yōu)點則是可以參數(shù)化，建出來的模型更精細(xì)。BIM技術(shù)應(yīng)用是未來的發(fā)展趨勢，因此我們今后建設(shè)三維模型庫將更多的使用Revit軟件建模。

2)開展線上線下混合式教學(xué)。線上線下混合式教學(xué)便于學(xué)生課前預(yù)習(xí)課后復(fù)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)效率。另外，我們將教學(xué)重難點錄制成微課上傳到線上教學(xué)平臺提供給學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，解決了課時限制的問題。線上學(xué)習(xí)平臺還能夠記錄每位學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，可以作為考查學(xué)生的參考。

3)注重思維過程引導(dǎo)，化抽象為具象。工程制圖是由三維到二維的過程，學(xué)生比較容易接受；工程識圖則是由二維到三維的過程，需要一定的抽象思維能力，學(xué)生接受起來往往比較困難。在指導(dǎo)識圖方法時，有別于傳統(tǒng)的純理論講授，我們的老師將抽象的識圖過程用三維建模軟件一步一步展現(xiàn)出來，將抽象問題具象化，創(chuàng)建立體模型的過程就是識圖的思維過程，用視覺刺激代替聽覺刺激，既有利于學(xué)生理解，又提高了教學(xué)效率。

3.2 信息化教學(xué)實踐

3.2.1 教學(xué)案例一：補繪形體三視圖中缺少的圖線

補繪形體三視圖見圖1。

1)教學(xué)目的：

a.使學(xué)生掌握識讀三視圖的方法；

b.培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力；

c.訓(xùn)練學(xué)生繪制三視圖的能力。

2)教學(xué)過程：

a.老師一邊講授識圖方法，一邊用AutoCAD軟件建立形體三維模型：首先判斷該形體屬于切割體，是長方體被切割而成(如圖2所示)，長方體三維模型如圖3a)所示，從側(cè)面圖可知，長方體從側(cè)面被切去了一塊(三維模型如圖3b)所示)，從平面圖可知，剩下的部分又被切去了兩個角(三維模型如圖3c)所示)，最后形成的就是目標(biāo)形體。由此完成了該切割體的識讀和三維建模。

b.要求學(xué)生獨立完成三視圖的補繪并檢查作業(yè)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做到心中有數(shù)。

c.使用AutoCAD的多視口顯示功能，將形體三視圖與形體三維模型對應(yīng)起來講解每條圖線的對應(yīng)關(guān)系(如圖4所示)，進(jìn)一步講解三視圖的繪制方法，幫助學(xué)生勘誤，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考(由于AutoCAD三維模型中不可見輪廓線也顯示為實線，因此要注意查看圖線的可見性)。

3)教學(xué)總結(jié)：

要向?qū)W生講解這個形體的三視圖畫法，傳統(tǒng)的教學(xué)方法一般是用理論講授配合ppt展示，但理論講授不夠立體形象，學(xué)生比較難以想象該形體的空間構(gòu)造，如果要制作ppt動畫，過程又比較繁瑣，而且ppt動畫展示動作較快，學(xué)生往往還沒有消化理解就進(jìn)入了下一步，不利于學(xué)生深入思考?，F(xiàn)在我們用三維建模軟件來對該形體進(jìn)行實時建模，將抽象的識圖思維過程形象化，便于學(xué)生準(zhǔn)確接收老師要傳達(dá)的信息，同時提高了學(xué)生的參與感和學(xué)習(xí)興趣。

3.2.2 教學(xué)案例二：識讀橋臺構(gòu)造圖

橋臺圖見圖5。

1)教學(xué)目的：

a.使學(xué)生掌握橋臺結(jié)構(gòu)構(gòu)造；

b.培養(yǎng)學(xué)生識讀工程圖的能力。

2)教學(xué)過程：

a.橋臺可以看作是一個疊加體，由基礎(chǔ)、臺身、臺帽和支座墊石組成，閱讀橋臺圖可以用識讀疊加體三視圖的方法來進(jìn)行。

b.分別看懂基礎(chǔ)、臺身、臺帽和支座墊石的形狀和尺寸，然后看懂各組成部分之間的位置關(guān)系，將它們組合起來就能夠得到完整的橋臺。講授組合體識圖方法的同時，用Revit軟件建立橋臺模型，并向?qū)W生進(jìn)行360°展示，幫助學(xué)生熟練掌握橋臺構(gòu)造(如圖6所示)。

c.橋臺是橋梁工程的重要組成部分，其構(gòu)造比較復(fù)雜，對于高職學(xué)生有一定難度，是學(xué)習(xí)重點也是學(xué)習(xí)難點，因此我們將橋臺的識圖和建模過程錄制成微課，上傳到線上教學(xué)平臺，方便學(xué)生重點學(xué)習(xí)。

3)教學(xué)總結(jié)：

橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，要講清楚橋梁構(gòu)造最好的方法就是使用三維模型。在教學(xué)中用Revit軟件建立橋梁模型，既能夠幫助學(xué)生掌握橋梁構(gòu)造，又能引起學(xué)生對學(xué)習(xí)Revit軟件的興趣，同時方便快捷、省錢省力，再配合微課教學(xué)，就能達(dá)到事半功倍的效果。

4 教學(xué)改革成果

經(jīng)過三年多的教學(xué)改革實踐，我院路橋?qū)I(yè)學(xué)生工程制圖與識圖技能的培養(yǎng)取得了良好效果，學(xué)生完成作業(yè)和實踐項目的情況也有很大改善。我們的學(xué)生于2019年和2020年連續(xù)兩年參加“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(道橋類)，均獲得了團(tuán)體三等獎及多個單項二等獎、單項三等獎的好成績，這是對我們教學(xué)工作的極大鼓勵和肯定。

5 結(jié)語

工程制圖與識圖技能是每位高職道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生必須掌握的一項核心技能，在教學(xué)過程中，要把它講透徹講明白看起來簡單實際很有難度。我們采取的教學(xué)方法取得了不錯的效果，但同時也存在一些問題，比如：某些復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)三維建模困難；部分學(xué)生學(xué)習(xí)主動性較差，線上課程學(xué)習(xí)情況不理想等。我們將繼續(xù)與兄弟院校和合作企業(yè)進(jìn)行交流，在今后的教學(xué)工作中不斷學(xué)習(xí)、改進(jìn)，力爭做到與時俱進(jìn)，為專業(yè)人才培養(yǎng)服務(wù)，為企業(yè)輸送合格人才。