《公路CAD》課程的教學模式探討

高傳東

摘要：CAD技術已廣泛應用于土木工程的各行各業(yè)，CAD技術在公路行業(yè)的應用，既牽涉到CAD本身的基礎理論，又涉及到公路行業(yè)的專業(yè)知識。本文針對《公路CAD》課程教學中存在的問題，在認真分析和總結從事道路CAD技術研究和多年教學經(jīng)驗的基礎上，從教學方法和教學模式等方面做出了一些分析和探討，對本門課程的教學具有十分重要的意義。

關鍵詞：公路;CAD教學模式;創(chuàng)新

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）08-0169-02

一、引言

計算機輔助設計，簡稱CAD，為20世紀公認的工程技術領域發(fā)展最為迅速、最引人注目的重大高新技術成就之一，使得工程設計的技術手段發(fā)生了根本性的變化[1]，并且在工程設計領域占有越來越重要的地位。它的內(nèi)涵隨著時代的發(fā)展，特別是計算機及其相關領域技術的發(fā)展而不斷的發(fā)生變化，以其巨大的社會和經(jīng)濟效益在工程實際中占據(jù)越來越重要的地位，它也是工程界的主流發(fā)展方向。在我國，對公路CAD軟件的設計理論和方法的研究還很缺乏，與國外同類軟件相比差距較大。CAD是一種技術，它將計算機迅速、準確地處理信息的特點與人類的創(chuàng)造思維能力及推理能力巧妙的結合起來，為現(xiàn)代設計提供理想的手段，這種技術在對設計過程認真分析后，按照人與計算機各自的特點去完成各自最合適的部分。公路CAD技術的應用，對于加快工程測設進度、提高工程設計質(zhì)量、減輕勞動強度、實現(xiàn)公路設計多目標的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，具有重要的工程意義。公路CAD為一門實踐性和應用性都很強的課程，探討好的適合的教學模式，對于學生的實踐運用能力的培養(yǎng)是非常有幫助的。

二、《公路CAD》課程教學中存在的問題

1.理論不結合工程實踐。公路CAD是一門理論性和實踐性都很強的課程，如果公路CAD課程的學習，脫離實際工程應用，而只是講解CAD技術的理論，往往容易讓學生覺得過于抽象，而喪失學習興趣。相反，如果只是一味地教授學生怎么操作CAD命令的使用，不去進行CAD基礎理論的學習，只能達到會操作工具欄按鈕的程度，至于為什么這么操作，就很難學懂了。

2.內(nèi)容繁多，知識覆蓋面廣。CAD技術在公路工程中的具體應用，其中包括：公路規(guī)劃、勘測設計、施工、管理等，在學術上是多種學科交叉的產(chǎn)物。公路CAD課程所涵蓋的知識內(nèi)容繁多，既包括公路的專業(yè)知識，也包括CAD的原理和應用，從基礎理論的學習，到公路CAD系統(tǒng)的使用、維護及設計等，充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性，而讓學生對每一個知識點都主觀能動的學習，基本很難做到。

公路CAD系統(tǒng)的軟件組成包括一個綜合性的數(shù)據(jù)庫（標準圖、設計規(guī)范、原始數(shù)據(jù)、設計數(shù)據(jù)）;計算及分析軟件包;人機交互圖形處理系統(tǒng)：優(yōu)化設計成果。公路CAD系統(tǒng)的硬件配置包括主機、輸入設備、輸出設備。

3.公路CAD技術對公路工程師的要求全面。公路CAD技術要求公路工程師具備一定的計算機基本知識：硬件環(huán)境計算機硬件組成;程序設計語言及數(shù)據(jù)庫原理;操作系統(tǒng)知識（操作系統(tǒng)是協(xié)調(diào)和組織計算機運行的軟件，它是最底層的系統(tǒng)軟件，是對硬件系統(tǒng)功能的首次擴充，也是其他系統(tǒng)軟件能夠在計算機上運行的基礎，所謂系統(tǒng)軟件，是指管理、監(jiān)控和維護計算機資源的軟件）;使用工具軟件的能力;CAD基礎;計算機病毒知識;網(wǎng)絡知識。

在這基礎上，還要掌握計算機的操作技能，具備使用和維護工程專業(yè)軟件的能力等。

三、《公路CAD》課程的教學模式

針對上述公路CAD課程教學中存在的問題，就如何充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性，提高教學效果，公路CAD課程的教學模式進行如下探討。

1.從基礎理論出發(fā)。公路CAD課程的學習，首先應從公路CAD的基礎理論出發(fā)，學習公路CAD技術應用必須具備的計算機基礎理論知識和公路專業(yè)知識，為下一步進入公路CAD技術的應用做好鋪墊，避免一開始就進行應用軟件系統(tǒng)菜單按鈕的操作學習。公路CAD課程所涉及到的基礎理論技術包括：圖形處理技術，比如自動繪圖、幾何建模、圖形仿真及其他圖形輸入輸出技術;數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換技術;工程分析技術;文檔處理技術;軟件設計技術;等等。計算機圖形和幾何造型技術：計算機圖形和幾何造型技術是運用解析數(shù)據(jù)描述工程實體的點、線和面的位置，然后用幾何造型技術構造工程實體的解析模型，也是CAD系統(tǒng)中的核心技術。數(shù)據(jù)庫技術：描述工程實體的解析模型需要大量的數(shù)字、符號和其他各種信息，統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則組織起來，形成有效的組合體，即所謂的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集和輸入技術：傳統(tǒng)測量方法：經(jīng)緯儀、水準儀、平板儀等進行導線、平面和縱橫斷面的測量，費時費力，很難滿足快速高效CAD的需求?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)采集方法：地形圖數(shù)字化、現(xiàn)代地面速測、航空攝影測量、GPS測量等。設計方案優(yōu)化技術：快速形成多個方案并選擇優(yōu)化參數(shù)、評出最優(yōu)化方案的技術。集成化技術：集成化系統(tǒng)的發(fā)展是當今CAD技術的主要趨向之一，從工程規(guī)劃、設計、施工和管理，可以統(tǒng)一享用共享的地理信息系統(tǒng)和工程數(shù)據(jù)庫，在評價、決策、分析、計算、管理等各方面構成一體化的計算機輔助系統(tǒng)，即CAD系統(tǒng)。智能化技術[2]：智能化技術是CAD系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向，其基本目的是通過分析人類的智能活動，力圖由計算機實現(xiàn)類似的功能。

2.理論與實際相結合。公路CAD是一門理論性和實踐性都很強的課程，學習中要做到理論與實際相結合，只有這樣，才能做到課程學習的融會貫通。切記不要孤立的學習理論和實踐，應在整個學習過程中貫穿學以致用的原則，使學生對理論和實踐有深刻和形象的理解，比如公路路線設計軟件的學習，在學習軟件理論的同時，結合實際的工程案例進行講授，如使用和操作。公路路線設計的CAD軟件產(chǎn)品，系統(tǒng)基于AutoCAD平臺開發(fā)，并采用了先進的特征設計技術和面向?qū)ο蠹夹g，軟件適用于各等級公路的設計，主要功能有：平面線形設計、縱斷面設計、橫斷面設計、土石方調(diào)配、數(shù)字地面模型、三維路線模型等，可自動進行平縱橫圖紙切分、布圖，自動生成平縱縮圖，擋土墻布置圖，等等，可生成各種矢量或EXCEL形式的設計表格，并可隨時查詢或查看各種設計特征和設計數(shù)據(jù)。軟件技術方面的特色有：運行于Windows操作系統(tǒng)上，以AutoCAD為支撐平臺[3];完全采用先進的Visual C++及ObjectArx作為開發(fā)語言和開發(fā)工具;充分利用面向?qū)ο蠹夹g、參數(shù)化設計技術、特征設計技術;實現(xiàn)了專業(yè)設計和工程管理的集成化。設計功能特色有：引入特征設計的思想，將平面線、縱斷面線、橫斷面、表格、標注等作為具有工程屬性及圖形屬性的特征實體，用戶可隨時對其屬性進行編輯修改;可支持任意多個斷鏈（長鏈和短鏈）的處理;可自動按規(guī)范計算超高加寬、生成加寬和超高文件;可根據(jù)用戶要求自動分圖;可對同類圖紙批量輸出;等等。數(shù)字地模及路線三維模型：多種方法采集整理地形數(shù)據(jù)，快速生成三維數(shù)字地面模型;在地模上任意獲取縱橫地形線數(shù)據(jù)，可方便地進行方案比選;自動生成真實三維模型;三維效果圖動態(tài)顯示;全景透視圖及線形透視圖。在講授軟件基礎理論的同時，加上真實的工程案例，既能激發(fā)學生學習的興趣，又能加深學生對知識的理解，達到事半功倍的效果?；A理論的學習就是為了能夠更好地培養(yǎng)學生的實際應用能力，教師在講授公路CAD課程時，如果把實際的工程問題引入到教學中，這樣既能充分的調(diào)動學生的學習興趣，又能培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶W習和工作態(tài)度。

3.有側(cè)重點的學習，分清主次。公路CAD課程所涵蓋的內(nèi)容繁多，知識覆蓋面廣，如果沒有重點的學習，不分主次的學習，很難把這些繁多的知識都逐一的學通，畢竟時間和精力都是有限的。所以，公路CAD課程的學習要有側(cè)重點的學習，分清主次。比如應用軟件單就圖形操作的命令就有幾百個，要全部學通非常困難，而平常圖形操作使用頻率高的命令只有十幾個，把這些使用頻繁的作為重點進行學習，其他的簡單學習，這樣學習就非常輕松了。比如中線設計的理論方法有導線法、曲線法和線元法三種[4]。導線法是首先確定一系列由直線組成的折線作為道路中線的導線（通過“以點定線，以線交點”的原則確定），然后對每個轉(zhuǎn)折點（交點）敷設合適的平曲線，構成完整的道路中心線。曲線法是首先在需要設置彎道的地方根據(jù)地形的要求（約束條件）布設一系列圓曲線（直線被看作半徑等于無窮大的曲線），然后在這些圓曲線之間用回旋曲線或直線連接，構成完整的道路中心線。線元法是首先確定一系列基本元素段，設計路中線的最后位置和形式，根據(jù)這些基本元素來確定。這里的基本元素指的是直線和圓曲線。緩和曲線不作為獨立的基本元素，而只是圓曲線的附屬部分。如果在學習的時候把這三種方法都作為重點，不分主次，很難達到良好的教學效果。

四、結語

隨著CAD技術在公路行業(yè)應用的不斷深入，這項技術所占據(jù)的地位會越來越重要。只有注重理論與應用相結合，側(cè)重于學生應用能力的培養(yǎng)，采用合理的教學方法和教學模式，才能真正激發(fā)學生學習的積極性和主動性，從而提高教學效果。

參考文獻：

[1]楊宏志，于嬌，許金良.道路工程CAD[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]劉敏，羅威.高職《建筑CAD》課程教學改革探討[J].課程教育研究，2015，（6）.

[3]潘兵宏，張弛.公路路線計算機輔助設計與實例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4]朱照宏，符鋅砂，李方，方守恩.道路勘測設計軟件開發(fā)與應用指南[M].北京：人民交通出版社，2003.