“卓越培養(yǎng)計(jì)劃”背景下設(shè)施專業(yè)CAD課程改革

劉 煥，楊延杰,史宇亮，李曉野

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山東 青島 266109)

1 引言

2018年，教育部以全面提高人才培養(yǎng)能力，加快建設(shè)高水平本科教育為核心，提出了教育部系列卓越教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0，其中包括改革教學(xué)管理制度、推動(dòng)課堂教學(xué)革命、加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程管理等。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)2020版本科人才培養(yǎng)方案修訂中積極推進(jìn)教育部“六卓越一拔尖”計(jì)劃，提出貫徹“以學(xué)生為中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向”的教學(xué)理念，大力提升學(xué)生的實(shí)踐能力，突出專業(yè)能力培養(yǎng)，深度推進(jìn)課程體系改革。

AutoCAD，即Autodesk Computer Aided Design，是一種智能計(jì)算機(jī)繪圖工具[1]，具有完善的圖形繪制及編輯功能。其界面操作簡(jiǎn)單、繪圖功能完整，可以進(jìn)行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換[2]；數(shù)據(jù)交換能力強(qiáng)[3]，是世界上廣為流行的繪圖工具。CAD是青島農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程(簡(jiǎn)稱設(shè)施)專業(yè)學(xué)生的一門基礎(chǔ)核心課程，學(xué)生在大二時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，該課程為大三學(xué)習(xí)園藝設(shè)施設(shè)計(jì)與建造課程時(shí)結(jié)合溫室設(shè)施設(shè)計(jì)的案例進(jìn)行塑料大棚、現(xiàn)代化溫室及日光溫室結(jié)構(gòu)等溫室設(shè)施的繪制、大四畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙繪制以及畢業(yè)后從事相關(guān)專業(yè)奠定了基礎(chǔ)。但在目前的CAD教學(xué)中，存在著諸如理論及實(shí)踐課程分散、與其他專業(yè)課程結(jié)合較少等問題。為解決以上問題，現(xiàn)以教育部“卓越培養(yǎng)計(jì)劃”為背景，并依據(jù)學(xué)校2020版人才培養(yǎng)方案修訂要求，結(jié)合混合式教學(xué)法及案例教學(xué)法進(jìn)行設(shè)施專業(yè)CAD課程教學(xué)改革。

2 設(shè)施專業(yè)CAD教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 理論課與實(shí)踐課拆分

設(shè)施專業(yè)CAD課程共48個(gè)學(xué)時(shí)，其中16個(gè)理論學(xué)時(shí)，在普通教室中授課；32個(gè)實(shí)踐學(xué)時(shí)，在機(jī)房中授課。在每次的理論課中，教師需要在有限的課堂時(shí)間內(nèi)將一整章的理論知識(shí)全部講完，里面包含大量的知識(shí)點(diǎn)及繪圖技巧，如第四章——二維圖形編輯的理論內(nèi)容包括圖形的復(fù)制、偏移、陣列、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、拉伸、修建、合并、倒角、圓角、分解、利用夾點(diǎn)編輯圖形、編輯對(duì)象特性等，內(nèi)容繁雜，而部分操作難度較大，且由于不能在講完某知識(shí)點(diǎn)后馬上讓學(xué)生進(jìn)行練習(xí)鞏固，學(xué)生只憑純機(jī)械記憶的方式不能將所有的內(nèi)容做到理解并熟練應(yīng)用。到了實(shí)踐課時(shí)，學(xué)生由于沒有充分理解理論課中的知識(shí)點(diǎn)，并且對(duì)部分內(nèi)容已經(jīng)遺忘，尤其當(dāng)理論課與實(shí)踐課間隔較長(zhǎng)時(shí)，學(xué)生會(huì)占用實(shí)踐上機(jī)時(shí)間重新梳理學(xué)習(xí)CAD操作知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率低下。

2.2 教學(xué)內(nèi)容單調(diào)，學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度不同

在基礎(chǔ)命令的學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要掌握的理論，如旋轉(zhuǎn)角度原理、視圖原理、快捷鍵及繪圖技巧過多，單純靠“聽”的方式難以熟練掌握CAD軟件。且授課內(nèi)容以基礎(chǔ)繪圖原理為主，沒有與專業(yè)構(gòu)圖及案例結(jié)合，學(xué)生會(huì)覺得枯燥，從而喪失學(xué)習(xí)熱情。課上學(xué)生接受能力也不同，有的學(xué)生能夠很快掌握教師傳授的繪圖方式與技巧，并熟練操作軟件；而有的學(xué)生接受知識(shí)比較慢，跟不上課程進(jìn)度，在理論課的學(xué)習(xí)中很多內(nèi)容沒有聽懂，在實(shí)踐上機(jī)課時(shí)繪圖效率低，雖然授課教師會(huì)在學(xué)生練習(xí)時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)，但難免會(huì)有照顧不到的地方。學(xué)生不能當(dāng)堂完成課程任務(wù)，拖到下一節(jié)，惡性循環(huán)，便逐漸跟不上學(xué)習(xí)進(jìn)度。

2.3 與設(shè)施專業(yè)結(jié)合較少

設(shè)施專業(yè)學(xué)生在大三期間進(jìn)行“溫室設(shè)計(jì)與建造”課程設(shè)計(jì)，及大四選擇溫室設(shè)計(jì)研究方向的學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，均需要進(jìn)行溫室創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并獨(dú)立完成從圖紙結(jié)構(gòu)(布局，標(biāo)題，打印模式，標(biāo)簽欄的布置)到溫室各個(gè)部分的繪圖，這就需要學(xué)生熟練掌握CAD軟件，并了解溫室設(shè)施的繪制方法及技巧。在以往的CAD教學(xué)中，只進(jìn)行了CAD基礎(chǔ)命令的學(xué)習(xí)，沒有針對(duì)設(shè)施專業(yè)進(jìn)行專業(yè)相關(guān)CAD教學(xué)，如繪制溫室結(jié)構(gòu)圖等，導(dǎo)致學(xué)生在后期專業(yè)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)中，不大清楚溫室設(shè)施相關(guān)部分結(jié)構(gòu)的繪制方式及技巧，而不能熟練繪制相關(guān)圖紙。

3 CAD教學(xué)改革方法

3.1 教學(xué)方式及內(nèi)容改革

根據(jù)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施專業(yè)人才培養(yǎng)方案，大二的基礎(chǔ)CAD課程教學(xué)中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生掌握CAD的基礎(chǔ)知識(shí)、基本繪圖命令及編輯方法，能夠熟練應(yīng)用CAD，并結(jié)合設(shè)施專業(yè)的特點(diǎn)，掌握溫室設(shè)施圖的繪制思路和基本步驟，具有繪制溫室設(shè)施的初步能力。現(xiàn)將理論課與實(shí)踐課結(jié)合，所有課程均在機(jī)房中進(jìn)行。由于設(shè)施專業(yè)學(xué)生日后主要繪制內(nèi)容為塑料大棚、日光溫室、現(xiàn)代化溫室等溫室設(shè)施，在CAD的教學(xué)中，也應(yīng)側(cè)重于溫室設(shè)施相關(guān)的繪制內(nèi)容。CAD課程教學(xué)大綱如表1所示，課程共48學(xué)時(shí)，劃分12次課，每次課4個(gè)學(xué)時(shí)。第1～9次課內(nèi)容為基本繪圖命令，包括CAD軟件的介紹、繪制基本二維圖形、編輯圖形、注釋、尺寸填充等，并通過繪制建筑施工圖將所學(xué)的繪圖命令及技巧融匯貫通，熟練掌握。第10～12次課，授課內(nèi)容分別為塑料大棚、日光溫室、現(xiàn)代化溫室的繪制，由于課堂時(shí)間有限，只講授并練習(xí)溫室設(shè)施繪制的重點(diǎn)難點(diǎn)部分及主要的繪制命令(表2)：①塑料大棚繪制的重點(diǎn)難點(diǎn)為其拱桿部分。以單桿結(jié)構(gòu)的竹木結(jié)構(gòu)大棚為例，利用“三點(diǎn)繪制圓弧”方式繪制單個(gè)拱桿，再利用“路徑陣列”命令間隔一定距離列出所有拱桿(圖1)；②日光溫室繪制的重點(diǎn)難點(diǎn)如圖2，其中前屋面骨架部分可利用“多段線”功能；后坡、后墻、兩側(cè)山墻部分分別使用焦渣礦渣、AR-BRSTD、毛石砌體圖案進(jìn)行填充；③現(xiàn)代化溫室的繪制，以文洛型溫室為例(圖3)，大部分為直線、矩形繪圖命令，難點(diǎn)在于其卡具、軸、齒輪齒條等機(jī)械零件部分，繪制中主要用到了多邊形、鏡像、修剪等命令。

表1 設(shè)施專業(yè)CAD教學(xué)大綱

表2 案例繪制重點(diǎn)難點(diǎn)及主要命令

圖1 塑料大棚拱桿繪制

3.2 線上線下混合式教學(xué)

混合式教學(xué)，即將線上教學(xué)與線下教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，分別利用其優(yōu)勢(shì)提高教學(xué)的效率，使學(xué)生能夠完成更加深度地學(xué)習(xí)[4]。線上教學(xué)中，結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”的

圖2 日光溫室前屋面拱架及部分填充繪制

圖3 文洛型溫室部分細(xì)節(jié)大樣繪制

方式，這一教學(xué)模式起源于美國(guó)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于世界各大高校中[5]。學(xué)生接收知識(shí)不必只拘泥于課堂，學(xué)習(xí)時(shí)間更加靈活，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性大大提高。CAD是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，大二學(xué)生剛接觸這門課程時(shí)，需要投入大量的練習(xí)才能熟練掌握繪圖技能。而CAD中繪圖方式、技巧又很多，如果學(xué)生在課堂中沒有及時(shí)領(lǐng)會(huì)相關(guān)內(nèi)容，或是課后忘記，那么在自己繪制圖紙時(shí)，便會(huì)在某些關(guān)鍵點(diǎn)卡住，造成繪圖效率低下。而課上時(shí)間有限，既要進(jìn)行理論知識(shí)講解，又要進(jìn)行繪制練習(xí)，教師不能照顧到每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程。針對(duì)以上問題，提出了將線上教學(xué)與線下教學(xué)融合的混合式教學(xué)。

3.2.1 線下教學(xué)

線下授課全部在裝有AutoCAD軟件的機(jī)房中進(jìn)行，授課模式如表3所示：①理論講解。將每一章節(jié)內(nèi)容劃分知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，教師先利用教師端控制所有電腦進(jìn)行講解及演示，再舉一個(gè)例子，然后用5～10 min的時(shí)間讓學(xué)生自行練習(xí)。如第一章中“極坐標(biāo)的輸入”，首先講解極坐標(biāo)的概念，然后舉例利用相對(duì)極坐標(biāo)繪制特定矩形；②學(xué)生練習(xí)。講授完知識(shí)點(diǎn)及例子繪圖技巧后，解除教師端鎖定，讓學(xué)生馬上去進(jìn)行練習(xí)，此種方式可以使學(xué)生在練習(xí)中熟記繪圖操作，提高教師授課效率。同時(shí)由于能夠使學(xué)生及時(shí)得到學(xué)習(xí)反饋，擺脫了單純理論學(xué)習(xí)的枯燥性，從而提高學(xué)習(xí)熱情。③交流討論。在學(xué)生進(jìn)行練習(xí)時(shí)，遇到不懂的地方可以立即詢問教師，或進(jìn)行同學(xué)間小組討論，以最快的速度解決問題，提高繪制效率，也增強(qiáng)了團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

3.2.2 線上教學(xué)

結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”等方式，利用線上學(xué)習(xí)軟件，以“學(xué)

表3 CAD混合式教學(xué)線下授課方式

習(xí)通”為例，教學(xué)模式如表4所示：①課程講解。相對(duì)于線下課堂上固定45 min+45 min的教學(xué)方式，線上教學(xué)更加靈活。教師將章節(jié)中的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)分別錄制成5～10 min的小視頻發(fā)布在課程網(wǎng)站。此種短視頻的形式相較于45～90 min的長(zhǎng)視頻來說，更加方便學(xué)生快速查找相應(yīng)內(nèi)容。同時(shí)教師將視頻所用的PPT課件及總結(jié)為word或PDF形式的知識(shí)要點(diǎn)上傳。學(xué)生可以在課下隨時(shí)觀看進(jìn)行鞏固學(xué)習(xí)，不懂的地方也可以暫停、回看，從而大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率及主動(dòng)性。②案例練習(xí)。CAD軟件的學(xué)習(xí)需要進(jìn)行大量的練習(xí)，基于課堂時(shí)間有限，學(xué)生需要在課下進(jìn)行自行練習(xí)。首先指導(dǎo)學(xué)生在自己的電腦上安裝CAD軟件，并準(zhǔn)備U盤，將課堂上沒有完成的內(nèi)容拷貝好在課下繪制；教師針對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)編制繪圖案例，并同時(shí)將繪制方法錄制成視頻發(fā)布在課程網(wǎng)站，以供學(xué)生針對(duì)繪圖中不懂的地方進(jìn)行觀看學(xué)習(xí)。并要求學(xué)生將繪制的案例圖形上傳，作為平時(shí)成績(jī)的一部分。③章節(jié)測(cè)驗(yàn)。為了解學(xué)生對(duì)CAD軟件的掌握情況，每一章結(jié)束后，教師將該章節(jié)知識(shí)點(diǎn)整合，編制測(cè)驗(yàn)圖形，以圖片及文字說明形式發(fā)布于課程網(wǎng)站，要求學(xué)生在一定時(shí)間內(nèi)完成繪制并提交，并將章節(jié)測(cè)驗(yàn)成績(jī)計(jì)入期末考核。④交流討論。定期在“學(xué)習(xí)通”軟件內(nèi)發(fā)布討論話題，并利用線上交流軟件(如QQ、微信等)在課下對(duì)學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)。

表4 CAD混合式教學(xué)線上授課方式

3.3 案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是一種開放式、互動(dòng)式的新型教學(xué)方式[6]。它擺脫了傳統(tǒng)的老師在講臺(tái)上講理論、學(xué)生在講臺(tái)下不停記筆記的填鴨式教學(xué)模式。將其引入到教學(xué)過程中，讓學(xué)生置身于案例情景中，使學(xué)生成為課堂的主體，教師只起到輔助的作用，以啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，提高學(xué)生在課程中的參與性與實(shí)踐性[7]。園藝設(shè)施設(shè)計(jì)與建造是設(shè)施專業(yè)學(xué)生的一門重要專業(yè)必修課程，也是CAD的后續(xù)課程，主要講授溫室設(shè)施的概念、設(shè)計(jì)與建造，學(xué)生在大三階段進(jìn)行學(xué)習(xí)。為了使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)掌握得更加透徹，能夠進(jìn)行獨(dú)立地園藝設(shè)施設(shè)計(jì)并利用CAD繪制溫室設(shè)施，提出了案例教學(xué)的方式。

首先建立教學(xué)案例庫。教師選取典型的溫室設(shè)施收入教學(xué)大綱中，并不斷總結(jié)授課經(jīng)驗(yàn)，把握國(guó)際溫室設(shè)施發(fā)展趨勢(shì)，每年更新教學(xué)案例，在鍛煉學(xué)生的同時(shí)提高自身水平。教學(xué)中，在全部理論部分講述完成后，提出相關(guān)溫室設(shè)施設(shè)計(jì)的案例，包括塑料大棚、日光溫室、現(xiàn)代化溫室三種類型。如：根據(jù)青島西海岸地區(qū)的地理位置、氣候、經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，學(xué)生分小組設(shè)計(jì)并利用CAD繪制出占地面積為3000 m2的觀賞型溫室。在案例設(shè)計(jì)中，學(xué)生需要總結(jié)課程理論部分，并通過查閱資料等方式將溫室設(shè)計(jì)中的溫室場(chǎng)址選擇、結(jié)構(gòu)選擇、鋼骨架力學(xué)計(jì)算、風(fēng)雪荷載計(jì)算、地基承載力計(jì)算、通風(fēng)方式設(shè)計(jì)、配套系統(tǒng)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)融會(huì)貫通，從而深入理解并掌握溫室設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)。并根據(jù)上述設(shè)計(jì)，融合工程制圖及CAD繪圖，進(jìn)行溫室設(shè)施的繪制，包括圖紙布局、比例尺選擇、軸線的布置、標(biāo)簽欄以及溫室內(nèi)部骨架、基礎(chǔ)、各個(gè)系統(tǒng)(通風(fēng)、采暖、灌溉、補(bǔ)光、育苗)等部分。此種案例教學(xué)方式能夠使學(xué)生對(duì)課程理論基礎(chǔ)的掌握更加堅(jiān)實(shí)，利用所學(xué)知識(shí)解決問題，且提高其科學(xué)的思維能力和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，以及通過小組間的團(tuán)結(jié)協(xié)作，增強(qiáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)、組織管理與決策能力。

3.4 考核方式改革

根據(jù)教育部“卓越培養(yǎng)計(jì)劃”中加強(qiáng)本科生考試管理、加大過程考核成績(jī)?cè)谡n程總成績(jī)中的比重、健全能力與知識(shí)考核并重的多元學(xué)業(yè)考核評(píng)價(jià)體系的相關(guān)內(nèi)容，為提高學(xué)生CAD操作水平、督促學(xué)生在課上及課下的練習(xí)并掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，改革大二學(xué)生CAD課程考核方式如下(表5)：分為線下教學(xué)考核及在線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)考核。①線下教學(xué)考核滿分為70分，其中，期末考試占線下教學(xué)成績(jī)的70%，考試形式為上機(jī)繪制圖紙，圖形為日光溫室或現(xiàn)代化溫室；平時(shí)成績(jī)占30%，分為:出勤情況，占10%；課堂練習(xí)情況，占20%，即知識(shí)點(diǎn)案例的練習(xí)，教師在講完對(duì)應(yīng)理論知識(shí)后，剩余時(shí)間安排學(xué)生自行練習(xí)繪圖，并根據(jù)進(jìn)行每次練習(xí)情況進(jìn)行打分。②線上教學(xué)考核滿分為30分，分為案例繪制(占40%)及章節(jié)測(cè)驗(yàn)(占60%)，教師在學(xué)生繪制完提交至課程網(wǎng)站后給出相應(yīng)的成績(jī)。最后將學(xué)生所有對(duì)應(yīng)成績(jī)按比例相加，即為其總考核成績(jī)。

表5 考核成績(jī)構(gòu)成

4 結(jié)語

本文結(jié)合教育部關(guān)于建設(shè)高水平本科教育要求，緊密結(jié)合新時(shí)代科技發(fā)展形式，并根據(jù)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)2020版本科人才培養(yǎng)方案修訂指導(dǎo)意見，在課程體系改革中，以使學(xué)生具有良好自我學(xué)習(xí)能力、表達(dá)與交流能力、運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)和技能的能力、具有良好的專業(yè)素質(zhì)、掌握一定的科學(xué)研究方法、有求實(shí)創(chuàng)新的意識(shí)和精神為依據(jù)進(jìn)行課程體系改革。在設(shè)施CAD的課程改革過程中，充分考慮該課程與專業(yè)的結(jié)合，將塑料大棚、日光溫室、現(xiàn)代化溫室繪制的相關(guān)內(nèi)容作為課程重點(diǎn)。在大二學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)CAD基礎(chǔ)學(xué)習(xí)時(shí)，加入溫室設(shè)施重點(diǎn)難點(diǎn)部分繪制過程與技巧，在大三學(xué)生進(jìn)行園藝設(shè)施設(shè)計(jì)與建造課程學(xué)習(xí)時(shí)，加入溫室設(shè)施整體的案例設(shè)計(jì)與繪制。此外，通過線上線下混合式教學(xué)、改革考核方式等增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的主觀能動(dòng)性及效率，提高CAD操作水平，滿足社會(huì)及企業(yè)對(duì)設(shè)施專業(yè)CAD人才的需求。