在土木工程制圖課程教學中引入教具
——以AutoCAD為例

潘 馳，秦坤鵬

(貴州師范大學 材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550025)

0 前 言

畫法幾何與工程制圖是現代工科學生所必修的科目之一，即使科技在不斷發展進步，計算機繪圖逐漸代替了手工繪圖，但對于工科的學生來說，畫法幾何與工程制圖仍然是必修的內容之一，這為后續學習專業知識、計算機繪圖打下了知識基礎，也為扎實專業基礎、畢業設計等做知識儲備。在畫法幾何與土木工程制圖課程中，隨著土木工程教學內容的增多，難度的加大，畫法幾何的教學也面臨著越來越多的難題，亟需教學改革、教學創新來改變這個局面。對于畫法幾何與土木工程制圖的學科教學，其難點就在于，學生在學習畫法幾何與土木工程制圖課程中關于三維立體等較為抽象的知識時，由于缺少成型的空間思維能力，學生也處在剛剛進入大學的時段，沒能很好地融入大學的學習。學生往往“一聽就會，一看就懂，一做就錯，一考就傻”[1]。對于這種教學中的窘境，筆者認為，教師應該嘗試拓寬教學思路，引入新的教學教具—AutoCAD。

1 畫法幾何與土木工程制圖學科教學的現狀

1.1 課程投入與實踐不足

土木工程是一門側重實踐練習的課程，學生在學習中缺少鍛煉想象力的練習與實踐。在如今的畫法幾何與土木工程制圖課程的教學中，很多教師仍采用黑板或白板教學，再者加上多媒體綜合教學，用以輔助概念講解，使得學生快速理解畫法幾何的學科知識特點，但部分教師有一個過度依賴多媒體的習慣，雖然PPT的使用在一定程度上可以幫助學生理解一些概念，甚至精心準備的PPT可以呈現動態圖像，以便于學生觀察和理解。但對于更加復雜的概念與技巧，學生很難從PPT上獲得。隨著經濟與技術的發展，現在越來越多的高校采取實物教學的方式，不僅讓學生動手實踐，還讓學生有實物來參考，以減少繪圖的難度。事實證明，運用實物模擬的方法在教學中確能加快學生的理解速度，提升教學質量，例如在講解三視圖、三面投影、標高投影時，見效很快。但是對于土木工程的學生來講，簡單的物體的三維模型容易購置，但對于復雜的建筑模型就難以實現實物教學，所以CAD的引入就非常適宜了。對于學生，實踐課程不足也是一個重大的課題，在這門課程中，教師需要在有限的課時內教完學生大量的知識，就不得不壓縮實踐課程來完成教學內容。對應的實踐課程不夠，就很難讓學生在短時間內完成一套平、立、剖面的繪制，這需要學生在整體把握的情況下，把所學的細節知識融入到圖紙中，包括線型線寬、文字的書寫、尺寸線及各種符號的繪制方法等。由于實踐課程倉促，學生往往把更多的精力都用在完成任務中，很難在實踐課程中形成大量的對繪圖的感悟。學生在學習的過程中往往只能記住線型線寬、文字的書寫、尺寸線及各種符號的繪制方法等基礎知識，在識圖繪圖的能力、設計意識上，都很難在這門課程中養成的。

1.2 課程內容多，難度大

畫法幾何與土木工程制圖課程分為畫法幾何和土木工程制圖兩個板塊，不同版本的教材有著不同的排序，整體上是按照由易到難，由簡單到抽象排序的。在學習點、直線的相關知識時，學生尚能很快接受，但自立體投影開始，包括相貫線、相貫體、軸側投影、標高投影等知識難度的加大，再到后面的專業知識板塊，有土木工程、市政工程、給排水、道橋工程等，無疑給教學增加了難度。畫法幾何與土木工程制圖課程學習需要學生有一定強度的空間思維能力，對工科學生素養的培養，空間思維能力是必不可少的的選項。而畫法幾何與土木工程制圖課程是學生入門時所遇到的最能培養空間思維能力的學科之一。就教學內容的安排上來講，教學是以教師的知識傳授與學生枯燥乏味的練習為主。而對于這門學科的學習，我們的目的不僅要培養學生能從三維立體抽象出二維直觀，而且要讓學生能夠從二維圖像中可以在頭腦中形成動畫，具象出三維立體的結構。在課程的學習中，教學目的對學生繪圖識圖的要求較高，最根本的前體是學生對專業要有深刻的理解，而上述能力與認識又是新生所難以具備的，這就決定了學生對這一門課中的識圖與繪圖難能有較好的掌握。

1.3 課后作業難以形成有效的練習

學生對畫法幾何與土木工程制圖課程的基本規則、基本定理、基本性質缺少感性的理解與認識，記憶困難，導致學生容易出現低級錯誤。而且，大量的繪圖作業積累導致學生匆匆完成，沒有達到練習的效果。在教材與授課的排列中，土木工程制圖與畫法幾何既有聯系又互相獨立。如果按照教材順序授課，就會有理論內容過于集中，抽象概念較多、同時學生需要大量繪圖練習，作業壓力很大的問題[2]。在課后的作業布置與練習中，對于很多學生來說沒有很大的練習效果。有許多是目前教師需要深刻思考的，比如現在一些教學大綱中仍有對仿宋字書寫的要求，學生花費大量的時間來練習仿宋字，而在工程應用中都采取計算機繪圖，而最初的仿宋字的練習就失去了意義[3]。教師的教學應該緊隨時代的腳步，引導學生學習的目標應該是為后來的數字化資源的掌握做準備。

2 AutoCAD與畫法幾何與土木工程制圖課程的結合

課程的授課內容應該緊扣時代的脈搏，從學生的整體培養目標出發，僅考慮制圖的知識與技巧是不夠的[4]。應該幫學生建立的，是設計意識的提高、創新意識的培養，以興趣帶動學習，以學生為主體，引導其在學習制圖、繪圖知識的過程中培養出設計意識、創新能力，能夠運用現代計算機語言去解決實際問題，達到以教促學、學以致用的目的。

AutoCAD是計算機的一個輔助設計工具，在應用時，不僅要利用其二維功能，而且要利用其三維功能，與課程內容緊密結合，例如運用三維技術創造相貫線、相貫體與三維轉二維等。AutoCAD在畫法幾何與土木工程制圖課程教學中的應用有很多，現舉例如下：給出一個較為復雜的組合立體實物或者建筑物實物，讓學生畫出它的三視圖是畫法幾何與土木工程制圖課程要培養的能力之一，而教學過程中，往往由于教學模具不全，多媒體教學材料單一，而學生也是初次接觸，頭腦中并沒有足夠的建筑立體模型，使得教學有一定的局限性。而CAD的輔助可以解決這一教學難題[5]。

2.1 CAD形成三視圖案例

打開AutoCAD 軟件(以2010版為例)，打開一個上課要用的三維模型圖。在本文中，筆者以三維的二層別墅為例，來示例如何使用CAD來快速顯示物體的三視圖或剖面圖。在教學過程中，教師還是以繪圖課為主，只需教會學生如何使用CAD的幾個簡單操作即可。首先，教師應該教會學生如何使用Shift鍵和鼠標滾輪搭配觀看立體圖形的各種角度視圖，讓學生此時思考，頭腦中是否能抽象出三視圖的具體圖像，然后再利用CAD來輔助思考，學生可以在CAD中勾選【視圖】中的【視覺樣式】，選擇合適的展示方式，用以輔助思考，方便學生在頭腦中形成動態圖像，達到檢驗思維不足、鍛煉空間想象能力的作用。圖1為不同視覺樣式的建筑立體圖。

圖1 不同視覺樣式的建筑立體圖

用CAD呈現立體圖的三視圖步驟如下。

勾選【視圖】和【視覺樣式】這兩個工具欄，將工具欄調出；點擊視圖工具欄中的【俯視】，切換到俯視圖界面后，點擊視覺樣式工具欄中的【三維隱藏視覺樣式】，就可得到模型的俯視圖；分別點擊視圖工具欄中的【前視】和【左視圖】，可依次得到模型的主視圖和左視圖；將主視圖、左視圖、俯視圖復制到同一個視圖界面，即可得到所求模型三視圖。操作簡單易懂，教師只需教會學生如何進行簡單的操作，即可進行引導式教學。

2.2 利用CAD快速形成剖面圖案例

與三視圖類似，選取一定的操作，可從三維實體圖形抽離出它的剖面圖來。操作步驟如下。

打開AutoCAD 軟件(以2010版為例)，打開一個上課要用的的三維模型圖；輸入SOLVIEW命令或者點擊【繪圖/建模/設置/視圖】；選擇【UCS】坐標，設置圖形比例，指定放置位置，根據提示選擇視口范圍，指定視圖名稱，完成后選擇【正交模式】，進行投影視圖左視圖的創建，同樣根據提示完成相關選項的指定；接著選擇【截面模式】，指定需要剖切的節點，選擇完成后指定剖切投影的方向，再選擇視圖放置位置，指定視圖名稱；選擇【繪圖/建模/設置/圖形】，選中圖中的所有視口，再回車完成圖形的設置，這樣所有圖形自動生成到相應的圖層中；圖形設置完成后，剖切視圖會自動產生剖切線。該剖切線如果不是我們想要的線型，可以雙擊該剖切線，選擇預定義，切換其他線型，最后完成線型的切換。這樣就可以形成我們想要的正規剖面圖。在畫法幾何與土木工程制圖課程學習中并不會遇到這樣難度的剖面圖例題，但這種圖形的展示對學生的思維的鍛煉以及積極性的促進，都有著巨大的好處[6]。

2.3 運用CAD直接繪制二維圖形(以剖面圖為例)

畫法幾何與土木工程制圖課程是土木專業的學生剛剛進入大一的課程，旨在讓他們了解所學專業，形成初步認識并打好基礎。本文中所提到運用CAD作為教具來輔助教學，主要利用CAD的三維功能，以達到方便學生理解學習的目的。按照教學大綱，學生在大二或者大三才會進行CAD的專業學習，所以，制圖課對CAD的講解不宜過多，不可喧賓奪主，并且，必要的，需要向學生展示CAD的二維功能，畢竟在工程的實踐運用中，還是以二維繪圖為主，以免學生太過沉浸CAD的三維功能而對繪圖的學習造成逆向遷移。在CAD軟件中，可以使用CAD的經典模式，根據對建筑的理解，直接繪制，用以和三維作比較，讓學生了解計算機使用技巧得當時的便捷性。在用CAD繪制圖形的時候，首先，設置繪圖環境，為了打印出圖、比例設置方便,也為了方便以后修改、查詢，所有的建筑圖紙均以1∶1的比例在AutoCAD中繪制。以下是繪圖過程總結：①運用直線命令繪制定位輔助線:包括墻、柱定位軸線,樓層水平定位輔助線及其他剖面圖的輔助線；②用直線、偏移、多段線、復制、鏡像、修剪等命令繪制剖面圖樣及看線：包括剖到和看到的墻柱、門窗、樓層、地坪、屋面、樓梯、臺階及坡道、欄桿、檐口、雨篷、樓梯、各種線腳等內容；③運用線性標注命令及連續標注命令標注尺寸。運用單行文字工具標注文字。

教師可直接打印出CAD圖形來當作上課教具，也可給學生展示部分繪圖過程，通過CAD圖形與手工繪制圖形相比較，方便學生進行繪圖課的學習；可提前了解CAD畫圖的過程，從整體上對所學專業的繪圖有一個整體的認識、感性的把握。為后面的CAD專業課也做了初步的準備，繪圖方面打印出圖紙也更加準確、直觀。

3 CAD在制圖課上的應用討論

CAD輔助教學的例子不止于此，還有相貫線、立體與立體相貫[7]、標高投影、軸側投影等，都可借用CAD來輔助教學，本文不再一一舉例。若是教師能夠靈活運用，與后面開設的專業CAD課程相輔相成，并形成良好的教學模式，數字化技術帶動教學，提高學生學習興趣，教師在教學實踐中不斷總結經驗，教學相長；并配以相應的評價模式，在平視成績中明確一定的評價方式，在外在動力上也形成模式，相信無論是在教學效率、還是后面將要進行的CAD課程學習，都會有很好的增益效果。

4 結 語

在對教學的探討中，旨在通過對數字化教學資源的選取與利用，使得學生的學習從以教師主講的單向指導的模式而成為一種建設性的、發現性的學習，方式上從教師主導、傳播知識而到學生為主體，自已重新創造知識，從被動學習而成為主動學習。這無疑是鍛煉和提高學生的信息素養的大好機會，也是檢驗其學習能力、學習收獲的最佳方式和途徑之一[8]。制圖與CAD結合的教學模式在機械等工科專業早有應用，且頗具效果。在畫法幾何與土木工程制圖課程教學中應該利用一切能用的工具，開發更有效的教學模式，充分發揮教師對教學的主導作用以及學生的主體性。AutoCAD的引入對教師的教學有著極好的輔助作用，有利于學生增強空間思維能力、培養設計意識、激發學生學習興趣，在學科的深度和廣度上增加認識途徑，拓寬學生的視野，更有助于所學與實踐相結合，增加學生對學科知識的感性理解，幫助學生更喜歡自己的專業，所愛即所學。

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