建筑類工程圖學實踐創新型教學內容與方法的研究與實踐

劉克非， 湯小紅， 吳慶定， 胡勁松

（中南林業科技大學，湖南 長沙 410004）

從當前教育發展的形式和國家的政策導向來看，創新型人才培養的理念已深入人心，創新型人才的培養也是當前教育的根本宗旨，而創新能力培養的核心又是創新思維能力的培養。工程圖學課程的教學目的主要是培養工科學生的形象思維和設計表達能力，為工程設計實踐服務。圖學課程的教學與其它課程一樣，應將學生能力、素質培養放在與知識傳授同等重要的地位；同時，圖學課程是培養學生的空間思維能力，圖學教育對培養、提高學生的綜合素質和能力具有不可推卸的責任。但是在有限的課時內既要完成大量的教學內容，同時又要加強學生的能力和素質培養，若不進行根本性的改革，難以完成圖學課程被賦予的全部任務[1-4]。

隨著建筑、制造行業和圖形處理軟件的快速發展，AutoCAD作圖速度快、精度高、易于修改等優勢已為大家所認同，傳統的構型設計方法已不能滿足要求，三維建模引入制圖課程已成為教學內容改革的大趨勢，國內多所院校都在這一領域開展了卓有成效的探索，也取得了一系列研究和實踐成果[5-6]。

以培養學生的創新性構型設計能力為主要目標，嘗試對建筑類工程圖學的教學內容與方法、教學效果的考核與評價進行改革，提出以構型設計和實踐創新為主線的教學模式，加強空間思維能力、形體構型能力、創新能力和工程意識的培養，用以指導教學實踐，培養新世紀創新型人才。

1 建筑制圖課程體系改革目標與任務

我校學習建筑制圖類課程的專業較多，除了土木工程、工程管理、工程力學、建筑學、城市規劃等專業外，給排水、藝術設計、園林、鐵道等專業也需要學習大量的建筑制圖知識。學校多個學科主要培養建筑、土木和景觀的結構與產品設計方面的人才，這就對學生在構型設計和創新能力上有更深的要求，也對建筑制圖的教學體系、內容與方法提出了新挑戰。一方面，圖學課程是建筑類相關專業學生進入大學后最先接觸的基礎課程，學生的形象思維、構型能力都處于初步形成的關鍵時期，扎實的圖學基礎是學好后續課程的保障；另一方面，在結構模擬軟件和設計軟件飛速發展的今天，二維繪圖和建模方法已難以滿足三維模擬和設計的需求，亟待將三維模型的構造和建模方法引入圖學教學，培養學生的設計理念和創新能力。

本次建筑類工程圖學課程體系改革的根本目標與任務是：

1） 針對當前建筑制圖課程重理論講授，輕實踐操作和設計構思的問題，提出切實可行、能運用于圖學教學的有效教學方法和手段，將圖學課程學習和實踐創新能力相結合，在保證教學質量和教學效果的前提下，探索出一條行之有效的工程圖學教學新體系、新思路。

2） 圍繞建筑類圖學教育的課程性質與各專業特點，構建完整的知識構架和內容體系，使建筑制圖的計算機教學擺脫“針對軟件講軟件”的局面。更為重要的是，建立在“設計”與“創新”理念上的實踐操作訓練，使學生在深刻理解制圖理論之后逐漸掌握快速、準確、具有創新思維和構形表達能力的計算機繪圖、建模、計算與設計方法。

3） 以培養學生的創造性構型設計能力為主要目標，以三維CAD及相應的專業應用軟件為主要工具，加強創新型實驗與實踐項目的訓練，強調學生學習的主體地位，激發學生的求知欲，增強學生的實踐創新素質。

4） 根據學生的實際能力和水平，提出多樣化的、切合實際的、與新教學體系相適應的建筑類制圖課程教學效果考核與評價方法，使制圖教學真正收到應有的實效。

2 以培養創新能力為主線的建筑制圖教學體系

1） 引入三維幾何建模的建筑類圖學課程教學模式

不少院校工程制圖改革方法和效果顯示，“分段式”與“獨立式”教學模式在三維幾何建模教學中具有良好的靈活性和實用性，既能達到培養學生三維造型能力的目的，又可保證二、三維良好共存。

2） 基于三維造型和創新設計的實驗與實踐課程教學模式

強化土木類和建筑類專業學生應用三維軟件構件三維模型的能力，引導學生在第一學年完成《Auto CAD》通用軟件的學習后，在大二、大三的專業課程實驗與實踐中將其與其他軟件和教學內容結合起來學習并應用。

3） 增加和完善各級各類創新型實驗項目的參與實踐

為切實提高和檢驗學生創造性構型設計能力和創新能力，建筑制圖教研組擬定優秀教師組織精良團隊積極參加全國、省內各類創新型實驗設計、建模大賽，將圖學基礎知識、三維構型設計和創新能力有效結合，注重加強學生的素質培養。實施“導師制”培養方法，一個導師帶領一個團隊，應用圖學、力學和其他相關知識，完成設計和計算任務。

4） 改革考核制度，建立新的課程評價指標與方法

根據教學情況及我校學生的學習能力和實際水平，將傳統的課堂作業、大圖評價與其他考核形式相結合，提出符合建筑類制圖課程培養目標和實踐創新型教學體系改革要求的綜合評價形式，確定各評價形式所占的比例。

3 創新型教學體系的實踐與應用

1） 工程圖學教育中三維幾何建模的“分段式”和“獨立式”引入的特點在于不同學期設置不同內容的課程，并與原有工程圖學基礎知識形成完整的新體系，體現“三維”和“設計”的特點。我校傳統的制圖課程主要分為《畫法幾何》（40 學時）、《工程制圖》（40 學時）和《Auto CAD》（24學時）三部分，其中前兩部分的理論教學著重介紹圖學基本知識，培養學生空間想象能力和形體二維、三維構型的正確表達能力。在本次教學改革中，針對不同專業對制圖課程要求的多樣性、不同專業在課程學時和教學內容上的差異性以及后續專業課程的設置情況，教研組分別從09級土木類（土木工程、工程力學）和建筑類（園林、建筑學）專業各選擇了兩個實驗班，圖學課程設置的教學模式有較大的創新，如圖1所示。

在大一的制圖基礎知識課程中，將畫法幾何投影理論知識的點、線、面及其相互關系的圖解內容簡化，強化投影變換部分內容，并將軸測基本作圖方法納入畫法幾何課程內容中，加強學生對軸測草圖和構型設計部分的練習，鍛煉他們的形象思維和工程圖形的設計思想。在課時相對增加的工程制圖課程內容中，除加強徒手繪圖、制圖標準規范和形體表達方法（視圖、剖切、斷面）訓練外，在專業圖部分引入三維模型和形體設計基礎內容，將原有的建筑（或結構）施工圖的簡單抄繪轉變為具有設計和創新意識的思考訓練，除在CAI課件中加強“結構”和“形體”的概念外，還要融入設計過程知識和簡單的工程材料常識，并鼓勵學生用三維草圖快速表達其基本的設計思想。

圖1 建筑類工程圖學實踐創新型課程體系

2） 建筑制圖創新型教學內容與方法的研究重點即為實驗與實踐部分，其主要原因在于我國現在的高等教育已逐漸形成大眾化教育規模，但與精英化教育還相距甚遠。傳統圖學教育中理論基礎扎實而動手、創新能力差的局面仍未根本扭轉，實驗與實踐教學作為培養學生創新精神和實踐能力的重要環節，其質量直接影響工程圖學的整體教學質量。在大二和大三的專業課實踐中，三維CAD及其開發軟件中的設計和建模操作能夠快速且有效地培養和強化學生的創新思維和設計表達能力，因此，非常適用于本次教學改革的實踐中。以工程力學專業為例，該專業學生在后續學習中要接觸大量的有限元分析軟件，這些軟件都與三維CAD有效兼容，在學習的過程中可以較好地實現圖學與專業課程相結合。如在ANSYS上機操作中引導學生直接在AutoCAD軟件中構筑三維模型再導入ANSYS中進行分析和計算，這樣既有助于模型的快速建立和修改，又利于學生掌握命令流的使用，真正實現學以致用，如圖2所示。

在教學內容和方案的實施過程中，需注意的問題（同時也是最難避免）是當前專業軟件教學中普遍存在的“針對軟件講軟件”的現狀。調查結果表明，近年來在如何實現工程圖學和三維CAD技術的融合式課程體系的建設和改革過程中，出現了過多“灌輸式”的教學方法，導致教師經常錯將工程應用軟件的操作性指導和訓練當做圖學和專業課程體系的現代化教學內容，以為講到哪個軟件就是教會其操作命令和使用方法，而忽略了大學本科層次工程圖學及其他課程應達到的“思維及過程訓練”的目的。為真正抓住“思維性”和“創新性”這一主導思想，我們在各專業應用軟件的教學中強調實體三維幾何建模的訓練環節，要求學生在鞏固已學到的圖學知識的基礎上，結合專業知識和創造性思維加以提升，強化學生的創新設計能力。如對園林專業第6學期的《園林小品設計》課，我們要求實驗班的學生在掌握已學習 Auto CAD、YLCAD、Sketch Up和Prianesi等繪圖、設計軟件的基礎上，結合景觀設計理論知識各自進行一個不同的園林小品項目設計，除強調準確應用 YLCAD、Sketch Up在各個層面的設計方法和技巧外，要求學生結合不同的地形和環境對景觀小品進行創造性構思，并在設計過程中建立簡單的模型庫，擬合自己的獨立創新意識。學生在拿到這一開放性題目后開始可能感到無從下手，教師需引導學生在查閱相關資料和案例基礎上，從設計項目所處的環境及相應功能入手，在突出創造性設計理念的同時保持作品的工程應用性。在指導學生設計的過程中既特別強調作品應與功能相結合，不單為創新而創新，又要保留和激發學生的創新設計熱情，培養學生注重觀察、思考問題的能力，避免學生設計出過多華而不實的作品。2周的實踐課程結果表明，與普通班同學相比，實驗班的學生在軟件操作應用和創新設計表達方面均表現出良好的創造性和實踐能力，他們設計的亭、廊架、水榭、牌樓或古塔不僅表現風格多樣、圖示方法規范，還更加符合國家標準，且建模方法獨特，如圖3、圖4所示。這一方面得益于前期圖學知識學習中三維模型和構型設計內容的訓練，另一方面更是指導教師充分引導和指導的結果。

圖2 工程力學專業學生建立的ANSYS三維數值分析模型

圖3 園林專業學生設計的君子亭

圖4 園林專業學生設計的福綠石牌坊

3） 創新型實驗與實踐項目是培養學生動手能力、科學思維、創新素質和協作精神的良好模式，加強創新型實踐項目的建設是實現創新型人才培養的有效途徑。建筑類制圖創新型項目的核心特點體現在教學內容與方法創新和教學形式的創新。第一，創新型實踐內容綜合集成了現代圖學發展中的新知識和新方法，從社會發展、工程實踐及教學改革成果中有針對性地凝練、提取應用性強的內容創新實踐教學，激發學生的求知欲，使學生基于興趣主動參與到學習研究中，在過程中掌握新知識，訓練新方法，并加強其實踐動手能力。第二，創新型實驗與實踐項目的設置形式一般為開放式的，一方面實踐項目內容具有可選擇性，在同類型同層次的實驗中安排一定比例的選修實驗供有精力和興趣的學生選擇，以調動學生的積極性，滿足多元化人才培養需要；另一方面實踐中強調以學生為主體，教師處于主導地位。教學過程中以學生實踐創新能力培養為核心，提出項目設計的基本要求和目標，并啟發和引導學生。學生真正作為主題參與實踐項目的全部過程，獨立思考、創新思維，完成資料查閱、方案設計、計算分析、項目實施到總結報告的全部內容，在完成任務的過程中培養綜合運用所學知識解決實際問題的能力和嚴謹的工作、學習態度，將“實踐”與“創新”理念真正落到實處[7]。

近年來，建筑制圖教研組的教師積極參與并深化各類實踐教學項目和競賽，每年都以立項的形式強化與完善建筑類圖學教學體系的建設，創新實踐教學方法，激發學生的自主創新興趣，引導學生主動參與，增強學生實踐創新素質。在指導模式上借鑒研究生教育中的全程指導思路，采用“導師制”方式實現實踐項目的完成。在實踐創新項目中將圖學教師安排為導師全程負責和指導設計過程，既保證學生在運用圖學知識、繪圖技能和方法遇到困難和疑問時可及時獲得指導，又可對項目實施的深度、創新性、實用性和進度方面加以把握，使學生少走彎路。在指導過程中還應積極運用研討式和引導式的教學方法，注重體現學生在創新項目中的主體性，避免學生在以往的實踐項目中缺乏主動性、過分依賴老師的現象再次發生，讓學生在實踐和創新的過程中掌握知識和技能。

從 2009年實施建筑類圖學教育教學改革以來，教研組先后組織建筑類專業學生參加各級各類創新型實踐競賽 52項，其中在國家級學生競賽中獲得獎項 26項，成果喜人。中南林科大土木工程專業 09級實驗班學生參加第四屆“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽建筑類比賽的獲獎作品（計算機二維繪圖），評委評判結果表明學生在圖層、文字、尺寸的設置和使用，圖塊創建和調用等方面掌握較熟練；所繪制圖樣圖線清晰、字體勻稱、比例適中、布局合理，且完全符合國家房屋建筑制圖統一標準及建筑制圖標準，如圖5所示。

4） 教學效果的評價與考核是檢驗和提高教學質量的重要保證，良好的教學效果考核方案不但能有效鑒別教師工作質量和學生學習效果的好壞，還可為改進教學方法與手段、調動學生追求卓越的學習積極性奠定基礎。為探索與實踐創新型教學體系相適應的課程考核方式，根據建筑類制圖課程的培養目標和本次教學改革的研究內容，對大一實驗班的建筑制圖課程考核方式提出了“課程作業+期末考試+大圖作業+構型設計”的考核方案。該方案的提出與實施緊緊圍繞“培養學生形象思維能力和設計表達能力，為工程設計實踐服務”這一教學改革基本要求，以“使學生成為自主學習者”為指導思想，在操作方法上強調尊重學生的主動性和創造性，最大限度地為學生提供思考、研究和創新的空間[8-9]。具體的考核內容與比例、量化考核結果，如表1、表2所示。從考核結果，通過以上幾種考核形式的綜合應用，實驗班學生的空間思維創造性、專業知識滲透性和開放性都比普通班學生好，尤其在構型設計、建筑物徒手繪制和CAD操作技巧等方面表現出良好的教學效果，學生學習的主動性、合作能力、創新設計能力和繪圖軟件操作能力都得到很大提升，達到了實踐創新型建筑制圖課程學習的目的，提高了教學質量。

圖5 中南林科大土木工程專業學生建筑制圖大賽獲獎作品

表1 建筑制圖課程考核內容與比例

表2 量化考核結果

4 結 論

1） 建筑類工程圖學課程體系改革的根本任務，是培養學生的創造性構型設計能力，構建完整的創新型工程制圖教學體系的知識構架和內容體系，提出切實可行的教學方法和手段，正確考核工程制圖的教學效果。

2） 從理論教學、實驗與實踐教學、創新型實驗與實踐項目等方面實施多樣化的教學方法，可以拓展制圖課程與工程實際應用的相關性，有利于基礎課程與專業課程學習的有機結合。

3） 綜合型的建筑制圖課程考核方式可有效評價與提高教學效果，為改進教學方法與手段奠定基礎。

4） 從切實提高學生的學習質量、綜合素質與創新能力來看，繼續更新教學內容與方法將是一個長期而艱巨的任務，建筑制圖改革理論體系也需不斷探索與完善，改革需要在進一步的實踐應用中不斷推進并成熟。

[1]焦永和, 張 彤, 陳 軍, 董國耀. 第7次普通高等學校圖學教育現狀的調查與研究[J]. 工程圖學學報,2009, 30(3): 168-172.

[2]王國順, 張 旭, 李寶良. 引導與創新理念在“制圖實踐”課程建設中的應用研究[J]. 工程圖學學報,2010, 31(5): 123-127.

[3]李冬梅, 張持重, 張耀娟, 張云峰. 以創新能力培養為目標的設計圖學課程改革的研究與實踐[J]. 工程圖學學報, 2010, 31(3): 161-164.

[4]童秉樞, 高樹峰. 談工程圖學教學中學生創新能力的培養[J]. 工程圖學學報, 2008, 29(6): 1-6.

[5]童秉樞, 易素君, 徐曉慧. 工程圖學中引入三維幾何建模的情況綜述與思考[J]. 工程圖學學報, 2005,26(4): 130-135.

[6]張學忱, 陳錦昌. 三維工程圖學課程和教材的研究與實踐[J]. 工程圖學學報, 2009, 30(5): 139-143.

[7]楊文通, 李 楊, 皇甫平, 張愛平，韓子亮，董克強.以實踐創新為主線的圖學全程教學體系初探[J]. 工程圖學學報, 2006, 27(5): 137-141.

[8]魏 屏, 李金偉. 基于目標分解法解析“土木工程制圖”的研究[J]. 工程圖學學報, 2010, 31(5): 132-137.

[9]劉克非, 張魯平, 尹 鵬. 高校制圖課教學效果監測體系的探索與研究[J]. 華中師范大學學報(自然科學版), 2010, 44(2): 103-105.