專業教學過程中融入三維CAD的探索和實踐

張秀明 喬亮

摘要：Auto CAD是目前國際上廣為流行的繪圖工具，它可以用于繪制二維制圖和基本三維設計，廣泛應用于土木建設、工程制圖等方面，也可以應用于機場建設和管理中。在機場凈空課程教學過程中，沒有相關圖形軟件的支持，學生普遍存在理解困難，計算能力和應用能力無從實現的情況，通過探討和實踐，選擇Auto CAD軟件作為輔助教學工具，取得了良好的效果。

關鍵詞：機場;機場凈空;Auto CAD;教學過程

中圖分類號：G712? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）39-0161-02

Auto CAD是目前國際上廣為流行的繪圖工具，它可以用于繪制二維制圖和基本三維設計，無須懂得編程，即可自動制圖，因此廣泛用于土木建筑、裝飾裝潢、工業制圖、工程制圖、電子工業、服裝加工等多個領域。高職教育旨在培養實踐性人才，培養目標是以學生的能力為中心，以理論知識的“必須、夠用”為尺度。我院目前開設Auto CAD課程的專業主要是飛機機電維修、飛機結構維修等，開設課程的目的是使學生掌握飛機零部件的結構、尺寸和比例關系等，CAD以其標準化的制圖過程成為學生學習的良好輔助工具;而其他專業則沒有開設專門的CAD課程。在教學實踐過程中，筆者發現機場類專業的教學過程非常需要相關標準制圖的輔助。對高職學生來說，他們不需要掌握較深的計算機程序開發知識，只要能快速準確地在電腦上繪制CAD圖即可，對他們理解課程、開發繪圖技能和提高工作實踐能力都有裨益。

一、課程中存在的問題

以《機場凈空技術與管理》課程為例，該課程旨在培養民航機場場務專業學生對機場周邊環境控制、機場凈空管理所需的基礎理論知識及操作技能。機場凈空管理的具體知識則是建立在機場凈空的概念上，廣義的機場凈空指機場周邊一個適航、安全的空域，在這一空域中，不僅沒有超高的固定障礙物，也沒有電磁干擾、鳥類、超高樹木、漂浮物、煙霧粉塵、燈光、施工機械、車輛等影響飛行安全的事物。其中鳥類、樹木、漂浮物、煙霧粉塵及施工機械等主要涉及一個管理的概念，范圍要求相對不太精確。但其中機場障礙物限制面對于機場周邊固定障礙物的限制，電磁干擾部分導航設施對于保護區的要求則是有范圍、有高度的立體空間，需要精確到厘米計量。1999年，國際民航組織（ICAO）給出了障礙物限制面，包括起飛爬升面、進近面、內水平面、錐形面、過渡面、復飛面、內進近面和內過渡面的概念和技術參數。我國是ICAO的一類常任理事國，我國機場的修建、管理和使用都要遵循ICAO以及附件的相應規則，同時這些障礙物面的要求也寫進了我國民航法律法規中，限制面有效保護了航班在起飛、進近、落地、復飛和盤旋過程中的越障安全，因此是各個機場凈空管理工作的重要內容。因為這些障礙物限制面的尺寸和坡度與所在機場的飛行區等級和跑道類別相關，因此技術參數復雜，再加上三維立體面對學生空間想象能力的要求，導致教學進展困難，同時影響后續凈空審核部分的開展。主要問題集中在：（1）學生理解困難;其中對于起飛面、進近面和內水平面這種形狀規則的面，學生基本可以理解，并能準確描述;但是對于錐形面、過渡面這種形狀不規則的，邊界由其他面交匯而成的，需要結合多個面來理解其位置的面，學生普遍存在想象不出、描述不準確的問題;（2）由于理解困難和課程特點，學生感覺課程枯燥、不想學;（3）理解力相對較好的學生也會普遍反映參數較多，課后記不住;例如進近面共有三個坡度組成，每段的坡度都不同;（4）障礙物面部分的講解是為實際工作中凈空審核服務的，學生必須在準確理解并記憶障礙物面的基礎上，才能運用比例關系、函數關系計算障礙物超高問題，這一部分基礎不扎實的結果就是計算環節出錯而且學生很難發現問題。

二、三維CAD實踐的引入

針對課程中出現的各種問題，自課程開設之初，筆者就開始嘗試各種方式加深學生的理解和實踐能力，例如嘗試了模型制作、手工圖紙繪制等，相對于傳統的課堂授課方式，效果得到了顯著提升。這些實踐活動對時間、場地和材料的要求比較高，這就要求在教研活動中相關課程的任課教師要集思廣益，探討更好的教學方式，經過多個軟件的比較，例如Sketchup、3DMAX、AutoCAD等，最終選用AutoCAD軟件進行輔助教學。CAD軟件針對我們的課程和學生未來的工作崗位，更多的是強調“必須、夠用”，該輔助教學課程的開設，除了能夠支持學生對《機場凈空技術與管理》課程的學習，同時也支持其他相關課程如《飛行區場地維護基礎》、《工程測量實踐》、《飛行區道面》等。在教學實踐中，課程設置在理論教學中期，上機課時安排約20學時，課程采用講授與上機實踐相結合的教學模式，采用軟件版本為Auto CAD 2007，教學內容主要為Auto CAD操作基礎、基本二維圖形繪制、三維繪圖教學內容與機場障礙物限制面的繪制實踐。課程考核的最終形式為平時成績+最終成果，最終成果需要提交完整版4E級機場凈空圖一套。

三、心得及收獲

兩個學年課程的實踐表明，不僅學生學習效果大幅度提高，而且之前的疑點難點也成了興趣點，甚至有學生反映希望增加實踐部分的課時，在理論課的期末考核中，計算題從沒有開設之前的正確率不足40%提高至目前的80%左右，達到了課程要求。學生的提高表現在以下方面：

1.實例教學，體現了專業特點，培養了學生的興趣和信心。在課程實踐過程中，以全國機場的真實數據為基礎，依據學生興趣選擇某一具體機場，具體參數由學生驗算得出，教師審核后上機繪制，保證了每個學生成果的獨特性和可復制性，在能夠獨立繪制一個機場的前提下，多條跑道、多個機場的繪制都能完成。此外，三維立體效果的展示有效提升了學生的興趣，相對于書本上的平面化參數，學生的成就感可以得到極大滿足，而且在此過程中，學生對反復核對過的數據加深了記憶，不會出現學完即忘的現象。

2.教學內容精選，滿足實際工作需要。CAD在工程類院校中是一門單獨的課程，課時較長，內容涉及很廣，需要單獨指令的反復訓練和功能界面的詳細講解。而在我院的教學過程中，如何將基本的操作和功能在實際運用中介紹給學生，是教師授課的難點。相對于機械制圖的復雜，機場的平面結構是比較簡單的，因此在二維圖形繪制部分，通過繪制機場、升降帶、導航臺位置、標志標線等直接培養學生的動手能力，用到哪些指令講解哪些指令，用到什么界面講解什么界面，以滿足實際工作需要為主。

3.培養了學生創新能力。在三維障礙物面的繪制過程中，同一個圖形效果可以通過多種指令來實現，比如可以通過“剖切”、“拉伸”、“差集”等實現。在授課過程中，教師通過一種方式的演示，鼓勵學生使用多種方式來實現。學生通過自己的思考和實踐，成功實現理想中的效果，有效培養了創新能力。

4.未來技能拓展。在課程的結尾部分，通過地理信息系統數據疊加、EXCEL表格插入、程序設計語言二次開發的演示，讓學生意識未來需要學習更多內容，才能掌握好一個軟件，滿足工作需求。

隨著現代化數字機場的建立，機場的各項工作對從業人員的素質和技能提出了更高的要求，因此在學生的培養過程中，教師必須緊跟崗位的需求，培養有學習能力、創新能力和良好適應能力的人才。本文拋磚引玉，從崗位新需求出發，探索和實踐課程中融入三維CAD的輔助教學過程。對于其他課程的教學設計，我們還要多加探索，為培養更多滿足國家民航發展需求的人才而努力。

參考文獻：

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[2]國際民用航空組織.附件14[Z].2013（07）.

Exploration and Practice of Integrating 3D CAD into Professional Teaching

—Taking Airfield Service Specialty as an Example

ZHANG Xiu-ming，QIAO Liang

（Guangzhou Civil Aviation College，Guangzhou，Guangdong 510410，China）

Abstract：Auto CAD is an international drawing tool.It can be used for two-dimensional drawing and basic three-dimensional design.It is widely used in civil engineering，engineering drawings and other disciplines，as well as in airport construction and management.In the process of airport clearance teaching，without the support of relevant graphics software，students generally have difficulties in understanding，calculation and application.Through the discussion and practice，the teacher finally chosen the Auto CAD software as an assistant teaching tool，and obtained good results.

Key words：airport;airport clearance;Auto CAD;teaching process