用SketchUp妙筆繪制傳統工科新圖景

高強 李曉慶 柏濤

摘 ? ?要：針對水利類專業課程教學中存在的不足，主動契合新時期行業發展的新需求以及學生成才就業的內在期望，聚焦地方院校的培養定位，引入建模技術，實現建模技術與專業課程的融合，及大學生競賽的延伸拓展，構建了基于建模技術支撐下的學生專業培養主線，實踐表明學生質量得到顯著提高。

關鍵詞：水利類專業;專業課;建模技術;SketchUp;改革與探索

中圖分類號：G640 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）02-0089-02

一、前言

隨著大數據、人工智能、網絡技術以及模擬技術的發展，高等教育的教學理念及教學方式已然發生巨大的變革。這些先進的技術手段將被用于營造師生互動的友好學習環境，呈現更為直觀的教學素材以及提供更便利的學習手段和豐富多彩的共享資源庫等諸多方面。技術革命為我們實現教育目標帶來了手段上的便捷和多元的選擇[1]。水利類專業是傳統工科專業，專業課在專業人才培養中起著舉足輕重的作用，在“水工建筑物”課程中嘗試引入建模技術（SketchUp草繪大師軟件），繼而引發一系列的課程教學探索和改革。

二、專業課程教學現狀分析

當前教育教學改革的重點之一就是推進“以教師為中心”向“以學生為中心”教學模式的轉變[2]，在這個轉變過程中教師主要解決兩方面的問題：一是“師傅領進門”，即如何培養學生學習知識和專業的興趣，是實現學生自主學習的前提和基礎;二是“個人修行”，即如何培養學生自主學習的意識，并提升自主學習的成效，以實現終身學習。而現實專業課教學中此兩方面均缺乏積極的引導和成體系的促進，主要表現在以下三個方面。

（一）“根深蒂固”的傳統教學模式亟待改變

水利作為傳統工科專業，專業領域的新技術、新型式、新材料的研發和市場認可到工程應用不但周期長，而且因工程問題的獨特性限制了技術的普適性等特點，造成了專業知識和專業設計理論的更新緩慢，教材體系和內容很難支撐現實的需求和發展。因此“以教師為中心”的教學模式比較普遍。如何借助教育教學新理念和依托新技術實現“以學生為中心”教學模式的轉變不僅是水利類專業，也是傳統工科專業面臨的普遍問題。

（二）建筑物空間建構能力偏弱是專業學習的隱性障礙

由于學生的“空間建構”能力相對較弱，造成專業教師授課時往往“言之有物”，而學生卻“云里霧里，不知所云”。甚至到了課程設計、畢業設計階段學生還一直在糾結如何認識和想象建筑物的空間結構和相互空間關系。可想而知，缺乏對建筑物結構的基本認知和想象，水工建筑物的工作方式、設計理論、設計思想就成了空中樓閣，無從落地。建筑物空間建構能力弱項直接影響到工科學生后續課程學習及創新活動[3]，對其職業生涯也將產生重要影響。

建筑物空間建構能力偏弱，有水利工程及水工建筑物遠離人們日常生活，學生感性認識缺乏的因素;更深層次的原因是低年級圖學教學內容學習完成后，其延續應用及拓展未充分進行甚至中斷，腦科學中所謂的“多用則靈，不用則廢”即是如此。因此，在專業課程中延續圖學教學的成果，勢必會大幅提高學生的工程實踐能力和創新能力，繼而進一步增強學生的就業競爭力。

（三）專業學習引導持續力缺乏

追逐新奇、敢于冒險、不斷嘗試是大學生的青春特征，在專業領域展現自我是學生心中的美好愿景。專業教師也是盡其所能向學生展現專業領域的高科技、新技術、新材料的信息，期望這些刺激不斷沖擊學生的大腦并產生積極的反應。學生會在內心涌起學習的沖動，并或多或少地進行初期的探索活動，但由于學生的建模興趣和探索活動未與專業學習相結合，缺乏持續引導，學生自主學習的成效不高，學生專業獲得感體驗不足，最終導致絕大多數學生均是以“半途而廢”收場。

三、教學改革探索與成效

水利類專業作為新疆農業大學的優勢專業，圍繞著應用型地方院校的培養目標、培養規格及服務面向，持續進行著教育教學的改革和探索[4]。2016年首次在“水工建筑物”課程中引入SketchUp以來，并逐漸應用到后續的專業課及實踐教學中。在學生間已形成了自主探索、相互交流、榜樣引領的自主學習氛圍，并將這種學習模式與影響擴散到更為寬廣的領域和范圍。

（一）建模技術與專業課程的融合

基于建模技術的虛擬空間的游戲，復雜結構及建造過程模擬的視頻信息大量進入學生的日常生活，成為工科學生的興趣點之一。最初“水工建筑物”課程引入

SketchUp軟件的目的就是將學生的興趣點引導至專業學習，對建筑物結構和構造有更為清晰的認識，更好地理解建筑物的工作條件及工作方式，并提出相應的設計原則和解決方案。如：通過重力壩三維建模，得以理解平面應變問題的概化原理;對在壩體上設置橫縫對地基不均勻沉降造成的原因及解決方案將會有更深刻的認識;分離壩段的設置對重力壩細節構造止水系統的作用及布置的認識就可以實現“水到渠成”。

“水電站”課程進行三維建模從結構認識延伸到了施工領域，不但實現了對尾水管層、水輪機層、發電機層、發電廠房層的分層結構認知，而且充分理解了整個水電站的建造順序及設計要求。后期還引導學生使用Revit軟件探索解決水電站內部管道布設的碰撞問題。

畢業設計中要求學生借助建模技術來表現設計成果，學生表現出濃厚的興趣，初期主要是學生自主學習，現已發展成以學生自主學習為主，教師專業指導為輔的學習模式。2020年在畢業設計中應用建模技術的學生比例已達到15%以上，涉及樞紐工程整體建模、復雜結構銜接、建造施工演示、地基開挖及工程量計算等諸多方面。在此過程中學生專業獲得感得到滿足，對下一屆學生產生了專業學習的積極影響。

（二）建模技術向競賽活動的延伸

搭建大學生競賽平臺，引導學生參與競賽活動。“以賽促學、以賽促練、以賽促創”是當前各高校教學改革熱點之一[5]。因此，將學生建模技術的學習也向相關賽事活動進行拓展延伸。在大一階段進行校級的工程制圖大賽，為課堂理論教學的補充與提升;在大二階段舉行校級CAD大賽，覆蓋全校所有的工科學院學生，為通用技能的鍛煉和拓展應用;到大三、大四年級階段參加全國“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，為專業工程實踐能力的掌握和專業認知。2019年，佳木斯大學學生在建模組競賽單元獲得2個一等獎、3個二等獎，團體第四名（二等獎）的好成績。大學生競賽平臺豐富了實踐教學形式，激發了學生學習的主動性和參與工程實踐活動的興趣，學生通過競賽對通用技能的掌握和創新能力有顯著提高與改善。

（三）構建學生培養主線

經過不斷教學探索和實踐，建模技術的引入在促進學生自主學習方面取得了顯著成效，逐漸構建和完善了一條學生學習專業知識的培養主線。即以建模技術為紐帶，將前序課程延伸，向后續課程拓展，將相關課程緊密聯合成為一個體系，以學生自主學習、教師適度引導的方式貫穿于本科四年教學中，其培養體系框架如下（以“水工建筑物”課程為例）。

該培養主線分為三個層次。首先，建模技術應用的圖學基礎知識與技能的準備。即：“畫法幾何”課程中重點掌握繪圖基本原理和技巧，“水利工程制圖”面向工程，增加學生感性認識，“水工CAD”課程中強化3D建模的實訓。其次，是將圖學教學成果與專業結合，通過建模作品的展示激發學生學習興趣。即在“水工建筑物”課程中引入建模技術（SketchUp軟件），改變原來教師課堂講解的教學方式，讓學生將學與用結合，進行各種類型和形式的水工建筑物3D建模，在建模過程中理解和體會建筑物組成、構造以及相互關系。最后，在實踐課程中提供展示和應用平臺，引導學生進行深層次的專業化學習。即在“水工課程設計”和“水工畢業設計”中，讓學生應用CAD（二維）、

SketchUp（三維）、Revit、Civil3D軟件進行工程設計和成果展示，既夯實學生二維平面設計的基本功，又適應工程設計三維化的水利行業新需求。

在具體的每門課程中，教師可以感受到學生自主學習的內驅力來源于專業學習成效的展現以及專業獲得感。學校及教師的首要工作就是要制造情景、營造氛圍、打造平臺、適時引導、激勵保障，這樣“以學生為中心”的教學模式就逐漸形成了。

四、結語

水利類專業作為傳統工科專業，面臨新時期的行業發展需求以及學生期望成才的自身要求，借助新興技術讓其重新煥發新活力是教育者破題的路徑之一。通過對水利專業課程教學的實踐與探索，興趣引導，激發學生專業學習熱情;專業浸潤，促進自主學習，收獲專業成就感;最終促進了學生學習主體地位的逐步形成，學生的就業競爭力顯著增強，從而達到課程教學改革的最終目的。

參考文獻：

[1]鐘秉林，王新鳳，方芳.信息科技驅動下的教育變革——機遇、挑戰與反思[J].南京師大學報：社會科學版，2019，（5）.

[2]王建慧，徐高明.推進以學生發展為中心的大學教育變革——《江蘇高教》2019年學術研討會綜述[J].江蘇高教，2019，（6）.

[3]陸國棟，孫毅，費少梅，等.面向思維力、表達力、工程力培養的圖學教學改革[J].高等工程教育研究，2015，（5）.

[4]唐新軍，蘇枋，馮勇，等.適應市場需求的水利與土木工程類專業人才培養模式探討[J].高等農業教育，2008，（4）.

[5]龍曉楓，伍健，田志龍，等.競賽活動對大學生能力提升的影響：來自湖北高校的證據[J].高等工程教育研究，2019，（6）.

編輯∕李夢迪