在土木工程制圖課程教學(xué)中引入教具
——以AutoCAD為例

潘 馳，秦坤鵬

(貴州師范大學(xué) 材料與建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

0 前 言

畫法幾何與工程制圖是現(xiàn)代工科學(xué)生所必修的科目之一，即使科技在不斷發(fā)展進(jìn)步，計(jì)算機(jī)繪圖逐漸代替了手工繪圖，但對于工科的學(xué)生來說，畫法幾何與工程制圖仍然是必修的內(nèi)容之一，這為后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)知識、計(jì)算機(jī)繪圖打下了知識基礎(chǔ)，也為扎實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等做知識儲備。在畫法幾何與土木工程制圖課程中，隨著土木工程教學(xué)內(nèi)容的增多，難度的加大，畫法幾何的教學(xué)也面臨著越來越多的難題，亟需教學(xué)改革、教學(xué)創(chuàng)新來改變這個(gè)局面。對于畫法幾何與土木工程制圖的學(xué)科教學(xué)，其難點(diǎn)就在于，學(xué)生在學(xué)習(xí)畫法幾何與土木工程制圖課程中關(guān)于三維立體等較為抽象的知識時(shí)，由于缺少成型的空間思維能力，學(xué)生也處在剛剛進(jìn)入大學(xué)的時(shí)段，沒能很好地融入大學(xué)的學(xué)習(xí)。學(xué)生往往“一聽就會，一看就懂，一做就錯(cuò)，一考就傻”[1]。對于這種教學(xué)中的窘境，筆者認(rèn)為，教師應(yīng)該嘗試拓寬教學(xué)思路，引入新的教學(xué)教具—AutoCAD。

1 畫法幾何與土木工程制圖學(xué)科教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 課程投入與實(shí)踐不足

土木工程是一門側(cè)重實(shí)踐練習(xí)的課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺少鍛煉想象力的練習(xí)與實(shí)踐。在如今的畫法幾何與土木工程制圖課程的教學(xué)中，很多教師仍采用黑板或白板教學(xué)，再者加上多媒體綜合教學(xué)，用以輔助概念講解，使得學(xué)生快速理解畫法幾何的學(xué)科知識特點(diǎn)，但部分教師有一個(gè)過度依賴多媒體的習(xí)慣，雖然PPT的使用在一定程度上可以幫助學(xué)生理解一些概念，甚至精心準(zhǔn)備的PPT可以呈現(xiàn)動態(tài)圖像，以便于學(xué)生觀察和理解。但對于更加復(fù)雜的概念與技巧，學(xué)生很難從PPT上獲得。隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的高校采取實(shí)物教學(xué)的方式，不僅讓學(xué)生動手實(shí)踐，還讓學(xué)生有實(shí)物來參考，以減少繪圖的難度。事實(shí)證明，運(yùn)用實(shí)物模擬的方法在教學(xué)中確能加快學(xué)生的理解速度，提升教學(xué)質(zhì)量，例如在講解三視圖、三面投影、標(biāo)高投影時(shí)，見效很快。但是對于土木工程的學(xué)生來講，簡單的物體的三維模型容易購置，但對于復(fù)雜的建筑模型就難以實(shí)現(xiàn)實(shí)物教學(xué)，所以CAD的引入就非常適宜了。對于學(xué)生，實(shí)踐課程不足也是一個(gè)重大的課題，在這門課程中，教師需要在有限的課時(shí)內(nèi)教完學(xué)生大量的知識，就不得不壓縮實(shí)踐課程來完成教學(xué)內(nèi)容。對應(yīng)的實(shí)踐課程不夠，就很難讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)完成一套平、立、剖面的繪制，這需要學(xué)生在整體把握的情況下，把所學(xué)的細(xì)節(jié)知識融入到圖紙中，包括線型線寬、文字的書寫、尺寸線及各種符號的繪制方法等。由于實(shí)踐課程倉促，學(xué)生往往把更多的精力都用在完成任務(wù)中，很難在實(shí)踐課程中形成大量的對繪圖的感悟。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中往往只能記住線型線寬、文字的書寫、尺寸線及各種符號的繪制方法等基礎(chǔ)知識，在識圖繪圖的能力、設(shè)計(jì)意識上，都很難在這門課程中養(yǎng)成的。

1.2 課程內(nèi)容多，難度大

畫法幾何與土木工程制圖課程分為畫法幾何和土木工程制圖兩個(gè)板塊，不同版本的教材有著不同的排序，整體上是按照由易到難，由簡單到抽象排序的。在學(xué)習(xí)點(diǎn)、直線的相關(guān)知識時(shí)，學(xué)生尚能很快接受，但自立體投影開始，包括相貫線、相貫體、軸側(cè)投影、標(biāo)高投影等知識難度的加大，再到后面的專業(yè)知識板塊，有土木工程、市政工程、給排水、道橋工程等，無疑給教學(xué)增加了難度。畫法幾何與土木工程制圖課程學(xué)習(xí)需要學(xué)生有一定強(qiáng)度的空間思維能力，對工科學(xué)生素養(yǎng)的培養(yǎng)，空間思維能力是必不可少的的選項(xiàng)。而畫法幾何與土木工程制圖課程是學(xué)生入門時(shí)所遇到的最能培養(yǎng)空間思維能力的學(xué)科之一。就教學(xué)內(nèi)容的安排上來講，教學(xué)是以教師的知識傳授與學(xué)生枯燥乏味的練習(xí)為主。而對于這門學(xué)科的學(xué)習(xí)，我們的目的不僅要培養(yǎng)學(xué)生能從三維立體抽象出二維直觀，而且要讓學(xué)生能夠從二維圖像中可以在頭腦中形成動畫，具象出三維立體的結(jié)構(gòu)。在課程的學(xué)習(xí)中，教學(xué)目的對學(xué)生繪圖識圖的要求較高，最根本的前體是學(xué)生對專業(yè)要有深刻的理解，而上述能力與認(rèn)識又是新生所難以具備的，這就決定了學(xué)生對這一門課中的識圖與繪圖難能有較好的掌握。

1.3 課后作業(yè)難以形成有效的練習(xí)

學(xué)生對畫法幾何與土木工程制圖課程的基本規(guī)則、基本定理、基本性質(zhì)缺少感性的理解與認(rèn)識，記憶困難，導(dǎo)致學(xué)生容易出現(xiàn)低級錯(cuò)誤。而且，大量的繪圖作業(yè)積累導(dǎo)致學(xué)生匆匆完成，沒有達(dá)到練習(xí)的效果。在教材與授課的排列中，土木工程制圖與畫法幾何既有聯(lián)系又互相獨(dú)立。如果按照教材順序授課，就會有理論內(nèi)容過于集中，抽象概念較多、同時(shí)學(xué)生需要大量繪圖練習(xí)，作業(yè)壓力很大的問題[2]。在課后的作業(yè)布置與練習(xí)中，對于很多學(xué)生來說沒有很大的練習(xí)效果。有許多是目前教師需要深刻思考的，比如現(xiàn)在一些教學(xué)大綱中仍有對仿宋字書寫的要求，學(xué)生花費(fèi)大量的時(shí)間來練習(xí)仿宋字，而在工程應(yīng)用中都采取計(jì)算機(jī)繪圖，而最初的仿宋字的練習(xí)就失去了意義[3]。教師的教學(xué)應(yīng)該緊隨時(shí)代的腳步，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)應(yīng)該是為后來的數(shù)字化資源的掌握做準(zhǔn)備。

2 AutoCAD與畫法幾何與土木工程制圖課程的結(jié)合

課程的授課內(nèi)容應(yīng)該緊扣時(shí)代的脈搏，從學(xué)生的整體培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，僅考慮制圖的知識與技巧是不夠的[4]。應(yīng)該幫學(xué)生建立的，是設(shè)計(jì)意識的提高、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，以興趣帶動學(xué)習(xí)，以學(xué)生為主體，引導(dǎo)其在學(xué)習(xí)制圖、繪圖知識的過程中培養(yǎng)出設(shè)計(jì)意識、創(chuàng)新能力，能夠運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)語言去解決實(shí)際問題，達(dá)到以教促學(xué)、學(xué)以致用的目的。

AutoCAD是計(jì)算機(jī)的一個(gè)輔助設(shè)計(jì)工具，在應(yīng)用時(shí)，不僅要利用其二維功能，而且要利用其三維功能，與課程內(nèi)容緊密結(jié)合，例如運(yùn)用三維技術(shù)創(chuàng)造相貫線、相貫體與三維轉(zhuǎn)二維等。AutoCAD在畫法幾何與土木工程制圖課程教學(xué)中的應(yīng)用有很多，現(xiàn)舉例如下：給出一個(gè)較為復(fù)雜的組合立體實(shí)物或者建筑物實(shí)物，讓學(xué)生畫出它的三視圖是畫法幾何與土木工程制圖課程要培養(yǎng)的能力之一，而教學(xué)過程中，往往由于教學(xué)模具不全，多媒體教學(xué)材料單一，而學(xué)生也是初次接觸，頭腦中并沒有足夠的建筑立體模型，使得教學(xué)有一定的局限性。而CAD的輔助可以解決這一教學(xué)難題[5]。

2.1 CAD形成三視圖案例

打開AutoCAD 軟件(以2010版為例)，打開一個(gè)上課要用的三維模型圖。在本文中，筆者以三維的二層別墅為例，來示例如何使用CAD來快速顯示物體的三視圖或剖面圖。在教學(xué)過程中，教師還是以繪圖課為主，只需教會學(xué)生如何使用CAD的幾個(gè)簡單操作即可。首先，教師應(yīng)該教會學(xué)生如何使用Shift鍵和鼠標(biāo)滾輪搭配觀看立體圖形的各種角度視圖，讓學(xué)生此時(shí)思考，頭腦中是否能抽象出三視圖的具體圖像，然后再利用CAD來輔助思考，學(xué)生可以在CAD中勾選【視圖】中的【視覺樣式】，選擇合適的展示方式，用以輔助思考，方便學(xué)生在頭腦中形成動態(tài)圖像，達(dá)到檢驗(yàn)思維不足、鍛煉空間想象能力的作用。圖1為不同視覺樣式的建筑立體圖。

圖1 不同視覺樣式的建筑立體圖

用CAD呈現(xiàn)立體圖的三視圖步驟如下。

勾選【視圖】和【視覺樣式】這兩個(gè)工具欄，將工具欄調(diào)出；點(diǎn)擊視圖工具欄中的【俯視】，切換到俯視圖界面后，點(diǎn)擊視覺樣式工具欄中的【三維隱藏視覺樣式】，就可得到模型的俯視圖；分別點(diǎn)擊視圖工具欄中的【前視】和【左視圖】，可依次得到模型的主視圖和左視圖；將主視圖、左視圖、俯視圖復(fù)制到同一個(gè)視圖界面，即可得到所求模型三視圖。操作簡單易懂，教師只需教會學(xué)生如何進(jìn)行簡單的操作，即可進(jìn)行引導(dǎo)式教學(xué)。

2.2 利用CAD快速形成剖面圖案例

與三視圖類似，選取一定的操作，可從三維實(shí)體圖形抽離出它的剖面圖來。操作步驟如下。

打開AutoCAD 軟件(以2010版為例)，打開一個(gè)上課要用的的三維模型圖；輸入SOLVIEW命令或者點(diǎn)擊【繪圖/建模/設(shè)置/視圖】；選擇【UCS】坐標(biāo)，設(shè)置圖形比例，指定放置位置，根據(jù)提示選擇視口范圍，指定視圖名稱，完成后選擇【正交模式】，進(jìn)行投影視圖左視圖的創(chuàng)建，同樣根據(jù)提示完成相關(guān)選項(xiàng)的指定；接著選擇【截面模式】，指定需要剖切的節(jié)點(diǎn)，選擇完成后指定剖切投影的方向，再選擇視圖放置位置，指定視圖名稱；選擇【繪圖/建模/設(shè)置/圖形】，選中圖中的所有視口，再回車完成圖形的設(shè)置，這樣所有圖形自動生成到相應(yīng)的圖層中；圖形設(shè)置完成后，剖切視圖會自動產(chǎn)生剖切線。該剖切線如果不是我們想要的線型，可以雙擊該剖切線，選擇預(yù)定義，切換其他線型，最后完成線型的切換。這樣就可以形成我們想要的正規(guī)剖面圖。在畫法幾何與土木工程制圖課程學(xué)習(xí)中并不會遇到這樣難度的剖面圖例題，但這種圖形的展示對學(xué)生的思維的鍛煉以及積極性的促進(jìn)，都有著巨大的好處[6]。

2.3 運(yùn)用CAD直接繪制二維圖形(以剖面圖為例)

畫法幾何與土木工程制圖課程是土木專業(yè)的學(xué)生剛剛進(jìn)入大一的課程，旨在讓他們了解所學(xué)專業(yè)，形成初步認(rèn)識并打好基礎(chǔ)。本文中所提到運(yùn)用CAD作為教具來輔助教學(xué)，主要利用CAD的三維功能，以達(dá)到方便學(xué)生理解學(xué)習(xí)的目的。按照教學(xué)大綱，學(xué)生在大二或者大三才會進(jìn)行CAD的專業(yè)學(xué)習(xí)，所以，制圖課對CAD的講解不宜過多，不可喧賓奪主，并且，必要的，需要向?qū)W生展示CAD的二維功能，畢竟在工程的實(shí)踐運(yùn)用中，還是以二維繪圖為主，以免學(xué)生太過沉浸CAD的三維功能而對繪圖的學(xué)習(xí)造成逆向遷移。在CAD軟件中，可以使用CAD的經(jīng)典模式，根據(jù)對建筑的理解，直接繪制，用以和三維作比較，讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)使用技巧得當(dāng)時(shí)的便捷性。在用CAD繪制圖形的時(shí)候，首先，設(shè)置繪圖環(huán)境，為了打印出圖、比例設(shè)置方便,也為了方便以后修改、查詢，所有的建筑圖紙均以1∶1的比例在AutoCAD中繪制。以下是繪圖過程總結(jié)：①運(yùn)用直線命令繪制定位輔助線:包括墻、柱定位軸線,樓層水平定位輔助線及其他剖面圖的輔助線；②用直線、偏移、多段線、復(fù)制、鏡像、修剪等命令繪制剖面圖樣及看線：包括剖到和看到的墻柱、門窗、樓層、地坪、屋面、樓梯、臺階及坡道、欄桿、檐口、雨篷、樓梯、各種線腳等內(nèi)容；③運(yùn)用線性標(biāo)注命令及連續(xù)標(biāo)注命令標(biāo)注尺寸。運(yùn)用單行文字工具標(biāo)注文字。

教師可直接打印出CAD圖形來當(dāng)作上課教具，也可給學(xué)生展示部分繪圖過程，通過CAD圖形與手工繪制圖形相比較，方便學(xué)生進(jìn)行繪圖課的學(xué)習(xí)；可提前了解CAD畫圖的過程，從整體上對所學(xué)專業(yè)的繪圖有一個(gè)整體的認(rèn)識、感性的把握。為后面的CAD專業(yè)課也做了初步的準(zhǔn)備，繪圖方面打印出圖紙也更加準(zhǔn)確、直觀。

3 CAD在制圖課上的應(yīng)用討論

CAD輔助教學(xué)的例子不止于此，還有相貫線、立體與立體相貫[7]、標(biāo)高投影、軸側(cè)投影等，都可借用CAD來輔助教學(xué)，本文不再一一舉例。若是教師能夠靈活運(yùn)用，與后面開設(shè)的專業(yè)CAD課程相輔相成，并形成良好的教學(xué)模式，數(shù)字化技術(shù)帶動教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教師在教學(xué)實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)相長；并配以相應(yīng)的評價(jià)模式，在平視成績中明確一定的評價(jià)方式，在外在動力上也形成模式，相信無論是在教學(xué)效率、還是后面將要進(jìn)行的CAD課程學(xué)習(xí)，都會有很好的增益效果。

4 結(jié) 語

在對教學(xué)的探討中，旨在通過對數(shù)字化教學(xué)資源的選取與利用，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)從以教師主講的單向指導(dǎo)的模式而成為一種建設(shè)性的、發(fā)現(xiàn)性的學(xué)習(xí)，方式上從教師主導(dǎo)、傳播知識而到學(xué)生為主體，自已重新創(chuàng)造知識，從被動學(xué)習(xí)而成為主動學(xué)習(xí)。這無疑是鍛煉和提高學(xué)生的信息素養(yǎng)的大好機(jī)會，也是檢驗(yàn)其學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)收獲的最佳方式和途徑之一[8]。制圖與CAD結(jié)合的教學(xué)模式在機(jī)械等工科專業(yè)早有應(yīng)用，且頗具效果。在畫法幾何與土木工程制圖課程教學(xué)中應(yīng)該利用一切能用的工具，開發(fā)更有效的教學(xué)模式，充分發(fā)揮教師對教學(xué)的主導(dǎo)作用以及學(xué)生的主體性。AutoCAD的引入對教師的教學(xué)有著極好的輔助作用，有利于學(xué)生增強(qiáng)空間思維能力、培養(yǎng)設(shè)計(jì)意識、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)科的深度和廣度上增加認(rèn)識途徑，拓寬學(xué)生的視野，更有助于所學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，增加學(xué)生對學(xué)科知識的感性理解，幫助學(xué)生更喜歡自己的專業(yè)，所愛即所學(xué)。

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