在土木工程制图课程教学中引入教具——以AutoCAD为例

潘 驰，秦坤鹏

(贵州师范大学 材料与建筑工程学院，贵州 贵阳 550025)

0 前 言

画法几何与工程制图是现代工科学生所必修的科目之一，即使科技在不断发展进步，计算机绘图逐渐代替了手工绘图，但对于工科的学生来说，画法几何与工程制图仍然是必修的内容之一，这为后续学习专业知识、计算机绘图打下了知识基础，也为扎实专业基础、毕业设计等做知识储备。在画法几何与土木工程制图课程中，随着土木工程教学内容的增多，难度的加大，画法几何的教学也面临着越来越多的难题，亟需教学改革、教学创新来改变这个局面。对于画法几何与土木工程制图的学科教学，其难点就在于，学生在学习画法几何与土木工程制图课程中关于三维立体等较为抽象的知识时，由于缺少成型的空间思维能力，学生也处在刚刚进入大学的时段，没能很好地融入大学的学习。学生往往“一听就会，一看就懂，一做就错，一考就傻”[1]。对于这种教学中的窘境，笔者认为，教师应该尝试拓宽教学思路，引入新的教学教具—AutoCAD。

1 画法几何与土木工程制图学科教学的现状

1.1 课程投入与实践不足

土木工程是一门侧重实践练习的课程，学生在学习中缺少锻炼想象力的练习与实践。在如今的画法几何与土木工程制图课程的教学中，很多教师仍采用黑板或白板教学，再者加上多媒体综合教学，用以辅助概念讲解，使得学生快速理解画法几何的学科知识特点，但部分教师有一个过度依赖多媒体的习惯，虽然PPT的使用在一定程度上可以帮助学生理解一些概念，甚至精心准备的PPT可以呈现动态图像，以便于学生观察和理解。但对于更加复杂的概念与技巧，学生很难从PPT上获得。随着经济与技术的发展，现在越来越多的高校采取实物教学的方式，不仅让学生动手实践，还让学生有实物来参考，以减少绘图的难度。事实证明，运用实物模拟的方法在教学中确能加快学生的理解速度，提升教学质量，例如在讲解三视图、三面投影、标高投影时，见效很快。但是对于土木工程的学生来讲，简单的物体的三维模型容易购置，但对于复杂的建筑模型就难以实现实物教学，所以CAD的引入就非常适宜了。对于学生，实践课程不足也是一个重大的课题，在这门课程中，教师需要在有限的课时内教完学生大量的知识，就不得不压缩实践课程来完成教学内容。对应的实践课程不够，就很难让学生在短时间内完成一套平、立、剖面的绘制，这需要学生在整体把握的情况下，把所学的细节知识融入到图纸中，包括线型线宽、文字的书写、尺寸线及各种符号的绘制方法等。由于实践课程仓促，学生往往把更多的精力都用在完成任务中，很难在实践课程中形成大量的对绘图的感悟。学生在学习的过程中往往只能记住线型线宽、文字的书写、尺寸线及各种符号的绘制方法等基础知识，在识图绘图的能力、设计意识上，都很难在这门课程中养成的。

1.2 课程内容多，难度大

画法几何与土木工程制图课程分为画法几何和土木工程制图两个板块，不同版本的教材有着不同的排序，整体上是按照由易到难，由简单到抽象排序的。在学习点、直线的相关知识时，学生尚能很快接受，但自立体投影开始，包括相贯线、相贯体、轴侧投影、标高投影等知识难度的加大，再到后面的专业知识板块，有土木工程、市政工程、给排水、道桥工程等，无疑给教学增加了难度。画法几何与土木工程制图课程学习需要学生有一定强度的空间思维能力，对工科学生素养的培养，空间思维能力是必不可少的的选项。而画法几何与土木工程制图课程是学生入门时所遇到的最能培养空间思维能力的学科之一。就教学内容的安排上来讲，教学是以教师的知识传授与学生枯燥乏味的练习为主。而对于这门学科的学习，我们的目的不仅要培养学生能从三维立体抽象出二维直观，而且要让学生能够从二维图像中可以在头脑中形成动画，具象出三维立体的结构。在课程的学习中，教学目的对学生绘图识图的要求较高，最根本的前体是学生对专业要有深刻的理解，而上述能力与认识又是新生所难以具备的，这就决定了学生对这一门课中的识图与绘图难能有较好的掌握。

1.3 课后作业难以形成有效的练习

学生对画法几何与土木工程制图课程的基本规则、基本定理、基本性质缺少感性的理解与认识，记忆困难，导致学生容易出现低级错误。而且，大量的绘图作业积累导致学生匆匆完成，没有达到练习的效果。在教材与授课的排列中，土木工程制图与画法几何既有联系又互相独立。如果按照教材顺序授课，就会有理论内容过于集中，抽象概念较多、同时学生需要大量绘图练习，作业压力很大的问题[2]。在课后的作业布置与练习中，对于很多学生来说没有很大的练习效果。有许多是目前教师需要深刻思考的，比如现在一些教学大纲中仍有对仿宋字书写的要求，学生花费大量的时间来练习仿宋字，而在工程应用中都采取计算机绘图，而最初的仿宋字的练习就失去了意义[3]。教师的教学应该紧随时代的脚步，引导学生学习的目标应该是为后来的数字化资源的掌握做准备。

2 AutoCAD与画法几何与土木工程制图课程的结合

课程的授课内容应该紧扣时代的脉搏，从学生的整体培养目标出发，仅考虑制图的知识与技巧是不够的[4]。应该帮学生建立的，是设计意识的提高、创新意识的培养，以兴趣带动学习，以学生为主体，引导其在学习制图、绘图知识的过程中培养出设计意识、创新能力，能够运用现代计算机语言去解决实际问题，达到以教促学、学以致用的目的。

AutoCAD是计算机的一个辅助设计工具，在应用时，不仅要利用其二维功能，而且要利用其三维功能，与课程内容紧密结合，例如运用三维技术创造相贯线、相贯体与三维转二维等。AutoCAD在画法几何与土木工程制图课程教学中的应用有很多，现举例如下：给出一个较为复杂的组合立体实物或者建筑物实物，让学生画出它的三视图是画法几何与土木工程制图课程要培养的能力之一，而教学过程中，往往由于教学模具不全，多媒体教学材料单一，而学生也是初次接触，头脑中并没有足够的建筑立体模型，使得教学有一定的局限性。而CAD的辅助可以解决这一教学难题[5]。

2.1 CAD形成三视图案例

打开AutoCAD 软件(以2010版为例)，打开一个上课要用的三维模型图。在本文中，笔者以三维的二层别墅为例，来示例如何使用CAD来快速显示物体的三视图或剖面图。在教学过程中，教师还是以绘图课为主，只需教会学生如何使用CAD的几个简单操作即可。首先，教师应该教会学生如何使用Shift键和鼠标滚轮搭配观看立体图形的各种角度视图，让学生此时思考，头脑中是否能抽象出三视图的具体图像，然后再利用CAD来辅助思考，学生可以在CAD中勾选【视图】中的【视觉样式】，选择合适的展示方式，用以辅助思考，方便学生在头脑中形成动态图像，达到检验思维不足、锻炼空间想象能力的作用。图1为不同视觉样式的建筑立体图。

图1 不同视觉样式的建筑立体图

用CAD呈现立体图的三视图步骤如下。

勾选【视图】和【视觉样式】这两个工具栏，将工具栏调出；点击视图工具栏中的【俯视】，切换到俯视图界面后，点击视觉样式工具栏中的【三维隐藏视觉样式】，就可得到模型的俯视图；分别点击视图工具栏中的【前视】和【左视图】，可依次得到模型的主视图和左视图；将主视图、左视图、俯视图复制到同一个视图界面，即可得到所求模型三视图。操作简单易懂，教师只需教会学生如何进行简单的操作，即可进行引导式教学。

2.2 利用CAD快速形成剖面图案例

与三视图类似，选取一定的操作，可从三维实体图形抽离出它的剖面图来。操作步骤如下。

打开AutoCAD 软件(以2010版为例)，打开一个上课要用的的三维模型图；输入SOLVIEW命令或者点击【绘图/建模/设置/视图】；选择【UCS】坐标，设置图形比例，指定放置位置，根据提示选择视口范围，指定视图名称，完成后选择【正交模式】，进行投影视图左视图的创建，同样根据提示完成相关选项的指定；接着选择【截面模式】，指定需要剖切的节点，选择完成后指定剖切投影的方向，再选择视图放置位置，指定视图名称；选择【绘图/建模/设置/图形】，选中图中的所有视口，再回车完成图形的设置，这样所有图形自动生成到相应的图层中；图形设置完成后，剖切视图会自动产生剖切线。该剖切线如果不是我们想要的线型，可以双击该剖切线，选择预定义，切换其他线型，最后完成线型的切换。这样就可以形成我们想要的正规剖面图。在画法几何与土木工程制图课程学习中并不会遇到这样难度的剖面图例题，但这种图形的展示对学生的思维的锻炼以及积极性的促进，都有着巨大的好处[6]。

2.3 运用CAD直接绘制二维图形(以剖面图为例)

画法几何与土木工程制图课程是土木专业的学生刚刚进入大一的课程，旨在让他们了解所学专业，形成初步认识并打好基础。本文中所提到运用CAD作为教具来辅助教学，主要利用CAD的三维功能，以达到方便学生理解学习的目的。按照教学大纲，学生在大二或者大三才会进行CAD的专业学习，所以，制图课对CAD的讲解不宜过多，不可喧宾夺主，并且，必要的，需要向学生展示CAD的二维功能，毕竟在工程的实践运用中，还是以二维绘图为主，以免学生太过沉浸CAD的三维功能而对绘图的学习造成逆向迁移。在CAD软件中，可以使用CAD的经典模式，根据对建筑的理解，直接绘制，用以和三维作比较，让学生了解计算机使用技巧得当时的便捷性。在用CAD绘制图形的时候，首先，设置绘图环境，为了打印出图、比例设置方便,也为了方便以后修改、查询，所有的建筑图纸均以1∶1的比例在AutoCAD中绘制。以下是绘图过程总结：①运用直线命令绘制定位辅助线:包括墙、柱定位轴线,楼层水平定位辅助线及其他剖面图的辅助线；②用直线、偏移、多段线、复制、镜像、修剪等命令绘制剖面图样及看线：包括剖到和看到的墙柱、门窗、楼层、地坪、屋面、楼梯、台阶及坡道、栏杆、檐口、雨篷、楼梯、各种线脚等内容；③运用线性标注命令及连续标注命令标注尺寸。运用单行文字工具标注文字。

教师可直接打印出CAD图形来当作上课教具，也可给学生展示部分绘图过程，通过CAD图形与手工绘制图形相比较，方便学生进行绘图课的学习；可提前了解CAD画图的过程，从整体上对所学专业的绘图有一个整体的认识、感性的把握。为后面的CAD专业课也做了初步的准备，绘图方面打印出图纸也更加准确、直观。

3 CAD在制图课上的应用讨论

CAD辅助教学的例子不止于此，还有相贯线、立体与立体相贯[7]、标高投影、轴侧投影等，都可借用CAD来辅助教学，本文不再一一举例。若是教师能够灵活运用，与后面开设的专业CAD课程相辅相成，并形成良好的教学模式，数字化技术带动教学，提高学生学习兴趣，教师在教学实践中不断总结经验，教学相长；并配以相应的评价模式，在平视成绩中明确一定的评价方式，在外在动力上也形成模式，相信无论是在教学效率、还是后面将要进行的CAD课程学习，都会有很好的增益效果。

4 结 语

在对教学的探讨中，旨在通过对数字化教学资源的选取与利用，使得学生的学习从以教师主讲的单向指导的模式而成为一种建设性的、发现性的学习，方式上从教师主导、传播知识而到学生为主体，自已重新创造知识，从被动学习而成为主动学习。这无疑是锻炼和提高学生的信息素养的大好机会，也是检验其学习能力、学习收获的最佳方式和途径之一[8]。制图与CAD结合的教学模式在机械等工科专业早有应用，且颇具效果。在画法几何与土木工程制图课程教学中应该利用一切能用的工具，开发更有效的教学模式，充分发挥教师对教学的主导作用以及学生的主体性。AutoCAD的引入对教师的教学有着极好的辅助作用，有利于学生增强空间思维能力、培养设计意识、激发学生学习兴趣，在学科的深度和广度上增加认识途径，拓宽学生的视野，更有助于所学与实践相结合，增加学生对学科知识的感性理解，帮助学生更喜欢自己的专业，所爱即所学。

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