模型制作在大學(xué)工科實踐教學(xué)中的應(yīng)用與探索

張?zhí)旌? 李清富 王鵬

［摘要］大學(xué)工科教學(xué)存在專業(yè)理論抽象，內(nèi)容更新快，實踐性強的特點，到施工現(xiàn)場學(xué)習(xí)又會產(chǎn)生經(jīng)濟費用以及時間、安全等問題。本文探索將沙盤仿真模型制作應(yīng)用于大學(xué)工科實踐教學(xué)，形成獨特的體驗式教學(xué)方法，使同學(xué)們在模擬實踐中學(xué)習(xí)新的知識，使得教學(xué)更加直觀，無法用語言文字表達的隨著社會科學(xué)技術(shù)的進步，教育教學(xué)的工具和手段也有了新的變化，教學(xué)手段、方法以及教學(xué)環(huán)境的發(fā)展和變革，必然帶動教學(xué)思維的擴展，并引起概念性的變革，這是對新技術(shù)、新方法的一種簡單適應(yīng)，也產(chǎn)生出新時代新的思維方式。本文針對傳統(tǒng)大學(xué)工科課堂教育中教學(xué)手段單一、形式枯燥的特點，探索將模型制作應(yīng)用于工科課堂教學(xué)和實踐教學(xué)，直觀的教學(xué)方法使一些無法用語言文字表達的過程以動態(tài)模擬的形式表達出來，更容易使學(xué)生理解，由于需要自己動手更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時避免了到施工現(xiàn)場而產(chǎn)生的經(jīng)濟費用以及時間、安全問題。

一、大學(xué)工科教學(xué)的難點分析

大學(xué)工科課程的教學(xué)存在著這樣一些難點：講解專業(yè)理論時抽象枯燥，學(xué)生難以理解；內(nèi)容更新快，更注重實踐性，由于難學(xué)難懂，無法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，造成畢業(yè)生專業(yè)技能的下降。依照目前的“填鴨式”課堂教學(xué)方法，在學(xué)習(xí)中學(xué)生并沒有建立起合適的專業(yè)模型，一時無法將實踐與理論建立起聯(lián)系,思維限于問題表面,不能透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，容易受到條件的干擾，一旦把握不住實質(zhì)，提煉不出模型，思維過程必然受阻，專業(yè)問題難以解決。學(xué)生由于沒有專業(yè)知識的積累，沒有專業(yè)的實踐，缺少程序化的思維演練過程，而教材中的實例往往不能滿足要求，缺乏實踐的過程而單單掌握理論，理論就成為一種無用的記憶。長此以往，學(xué)生就只會就題論題，隨意套用公式，這必將形成思維上的枷鎖，越是解決不了越是不愛思考，進入惡性循環(huán)的學(xué)生當(dāng)然認(rèn)知發(fā)展緩慢。可見，工科專業(yè)教學(xué)必須重視從感性上升為理性的過程，即重點抓住圖像、圖景、實際操作的教學(xué)過程，這樣才能加強學(xué)生的應(yīng)用理解能力的培養(yǎng)，以便提高和解決實際應(yīng)用問題的能力。多數(shù)工科院校實踐教學(xué)基地建設(shè)不完善，學(xué)生實習(xí)也大多是走馬觀花，浮于表面，達不到培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計和實踐能力的效果，可見加強實踐性教學(xué)是目前課程教學(xué)亟待解決的問題。針對這些教學(xué)中存在的問題與難點，嘗試在課程中引入模型制作來解決教學(xué)中面臨的這些問題。

二、模型制作的教學(xué)實踐與應(yīng)用

模型根據(jù)研究對象可以大致分為四類:（1）實體模型；（2）過程模型；（3）條件模型；（4）結(jié)構(gòu)模型。本文研究的仿真沙盤模型屬于第一類和第四類的結(jié)合。沙盤模型是根據(jù)地形圖或?qū)嵉氐匦?，按照一定的比例用泥沙、木板等各種材料堆制而成的模型。沙盤模型最初應(yīng)用在軍事上，常供研究地形、敵情、作戰(zhàn)方案、組織協(xié)調(diào)動作和實施訓(xùn)練時使用?，F(xiàn)在，沙盤模型在人們的實際生活中隨處可見，例如城市概貌、模擬場景、樓盤模型等等，它能夠直觀表達建筑物相對位置、大小、整體景物之間的關(guān)系，具有良好的演示效果。本文將仿真沙盤模型的制作應(yīng)用到大學(xué)道路橋梁與渡河工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，將一些復(fù)雜的設(shè)計過程利用仿真沙盤模型模擬現(xiàn)場，將設(shè)計過程動態(tài)地表現(xiàn)出來，形成獨特的體驗式教學(xué)，使同學(xué)們在模擬實踐中更加輕松地學(xué)到知識，也會激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。將仿真模型的制作應(yīng)用到道路橋梁專業(yè)的道路、橋梁、隧道、港口等專業(yè)方向的認(rèn)知實習(xí)、施工實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)中，通過施工現(xiàn)場和仿真模型的雙重教學(xué)，使同學(xué)們能夠真正鞏固知識和強化技能，提高教學(xué)質(zhì)量。仿真沙盤模型可以使同學(xué)們在體驗式教學(xué)中自己發(fā)現(xiàn)工程勘察、設(shè)計、施工等過程中可能出現(xiàn)的問題,從而分析問題、解決問題，提高學(xué)習(xí)效率，增強學(xué)生的動手能力和團隊合作能力。因此，進行模型制作應(yīng)用于教學(xué)的研究是必要的，并具有一定的理論和實踐意義。

（一）制作方案的設(shè)計

本次應(yīng)用研究主要是針對大學(xué)工科中的道路橋梁專業(yè)課程教學(xué)進行的，根據(jù)道路橋梁專業(yè)不同的課程可以設(shè)計不同的沙盤模型制作方案，盡可能包含課程講述過程中涉及的概念。例如突出道路線形設(shè)計、路基路面橫斷面、路基形式等內(nèi)容可以嘗試制作山區(qū)公路仿真沙盤模型制作；如果是突出橋梁形式可以考慮T型梁橋仿真沙盤模型制作。山區(qū)公路沙盤模型設(shè)計內(nèi)容包括平原區(qū)、山嶺區(qū)、丘陵區(qū)選線工作，道路路基路面設(shè)計，山區(qū)橋梁設(shè)計等，T型梁橋沙盤設(shè)計內(nèi)容包括T型梁橋的配筋設(shè)計，T型梁橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計等，這些模型的制作涉及面廣，要求掌握的道橋?qū)I(yè)知識較多，難度系數(shù)高，可以充分鍛煉學(xué)生的動手能力和團隊合作能力，有利于加深學(xué)生理解更全面的道橋?qū)I(yè)知識點，以下以制作山區(qū)公路仿真沙盤模型為例表述模型制作的簡要過程。

（二）制作方案的確定

本次實踐以道路橋梁專業(yè)三門主干課程道路勘測設(shè)計、路基路面工程、橋梁工程為基礎(chǔ)，通過查閱資料和文獻，經(jīng)過認(rèn)真分析，結(jié)合交通工程道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以教師提供的原始地形圖紙為參考，經(jīng)過設(shè)計計算，最終確定制作一條跨越平原、山嶺、丘陵區(qū)域的公路仿真模型?；静襟E為首先按所選定山區(qū)地形圖，結(jié)合山區(qū)公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，紙上選線定線，進行路基、路面、橋涵工程等內(nèi)容設(shè)計，進行山嶺區(qū)、微丘區(qū)、重丘區(qū)、平原區(qū)公路的線形布置設(shè)計，根據(jù)地形考慮橋梁的設(shè)置，要求進行橋型選擇和布置，然后進行沙盤模型的制作，模型的制作包括：山嶺區(qū)、微丘區(qū)、重丘區(qū)、平原區(qū)公路的制作，道路路基路面設(shè)計制作，河流的制作以及橋梁的制作。

（三）模型制作的流程

在模型制作之前，編寫設(shè)計方案，畫工藝流程圖，還可以先把效果圖用電腦軟件做出來。模型的材料主要考慮造價和易成型的材料，可采用重量輕、易切割、易鑲嵌、不易變形泡沫材料制作山體，輔助材料有人工膠合板、泡沫板、硬紙板、石膏等。具體制作方法：一是根據(jù)垂直比例尺大小確定等高距、材料的厚度，以及基礎(chǔ)等高線。二是等高線的標(biāo)描、復(fù)印與剪裁工作。用彩筆進行標(biāo)描，對等高線進行綜合取舍，在強力海綿材料上復(fù)印等高線時要按由低到高的順序，并標(biāo)明層數(shù)，然后逐層進行沿線切割。三是山體的粘釘工作。用乳膠漆將底層的“梯田”準(zhǔn)確粘貼于底盤上，然后逐層進行疊加粘接，層與層之間套合不好的地方要隨時用剪刀或手術(shù)刀進行修整。對于河流、湖泊，當(dāng)用有機玻璃做原料時，先把湖藍色有機玻璃壓在基準(zhǔn)起算面底下，用乳膠等粘牢，由此構(gòu)成地貌雛形。按照平原區(qū)、山嶺區(qū)、丘陵區(qū)公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對沙盤模型中平原區(qū)、山嶺區(qū)、丘陵區(qū)的公路線形進行制作，先用陶泥在已經(jīng)選好的路線上進行鋪設(shè)，再用石膏和白乳膠涂抹路面，使路面平整光滑，然后用灰色噴漆對制作好的路面進行顏色渲染，使道路模型更顯逼真。按照丘陵區(qū)橋梁設(shè)計要求，對沙盤模型中的橋梁進行制作，制作橋梁的材料有切割刀、膠水、木板、銅絲、噴漆等，先用切割刀對木板進行切割，制作出橋梁的橋面板和支座以及橋面板的護欄，然后用銅絲制作橋梁的懸索，然后用噴漆進行渲染，這樣沙盤模型中橋梁的制作就完成了。

三、模型的修整與評定

模型制作初步完成后，對沙盤模型進行修整、美化，然后以調(diào)查問卷的形式，讓老師和學(xué)生提出沙盤的修改意見，然后按照老師和學(xué)生的建議，再次修改后，最終沙盤模型完成。專業(yè)任課老師可以根據(jù)學(xué)生的作品質(zhì)量，結(jié)合設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，團隊的工作情況評定成績，這個成績可以認(rèn)定為課程平時成績或者是生產(chǎn)實踐成績。

四、結(jié)語

大學(xué)工科專業(yè)教學(xué)的實質(zhì)是培養(yǎng)合格的專業(yè)人才。但是應(yīng)該看到目前的教學(xué)方法無法有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，理論與實踐脫節(jié)，滿堂灌輸?shù)慕虒W(xué)方法扼殺學(xué)生的思維，無助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的實際工作能力。本文通過將沙盤模型制作應(yīng)用于大學(xué)工科道路橋梁專業(yè)教學(xué)實踐，探索新的教學(xué)模式，用以提高和改善教學(xué)質(zhì)量。文中以道路橋梁專業(yè)沙盤模型制作與研究為例，詳細(xì)介紹了沙盤模型制作的過程、方法以及理論。這種學(xué)生親身參與的體驗式教學(xué)方法，彌補了以往工科專業(yè)課教學(xué)表現(xiàn)手段的不足，使抽象的教學(xué)內(nèi)容以實際模型的形式直觀全面反映出來，有利于學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，掌握基本專業(yè)技能，也彌補了目前實踐教學(xué)基地普遍建設(shè)不完善的缺陷。 鑒于工科專業(yè)的特殊性和復(fù)雜性以及工程反映形式的多樣性，建議有條件的院?？梢詫⑦@一教學(xué)方式引入課堂，同時探索體驗式教學(xué)的新方法和新模式。

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［責(zé)任編輯：碧瑤］