《土木工程CAD》课程教学模式初探.doc

土木工程CAD课程教学模式初探 胡敬佩摘要：土木工程CAD是一门实践性很强的课程，笔者在教学中改变了传统的先上理论课，然后上机练习的方法，而构建了一种以学生为主体，以教师为主导，以学生自主学习为主线的基于多种媒体组合和网球环境下的自主学习教学模式：辅导教学（激发学习兴趣一一创设三维动画激发学生学习积极性提出问题）自主学习网上协作学习，以探索适合在职业余学生学习土木工程CAD课程的教学模式，培养学生的创新能力和应用AutoCAD绘图软件绘制土木工程图的能力。一、教学目的和要求AutoCAD是非常先进的计算机工程绘图软件，利用它使得技术制图工作简单易行。如今计算机绘图已广泛应用于建筑行业及工业领域和科学研究及人们社会生活中，成为计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）、可视化计算机仿真、虚拟现实等现代信息技术的重要组成部分。目前计算机绘图正在逐渐取代绘图板、丁字尺和绘图仪器的传统绘图方法，把设计人员从繁重的绘图工作中解放出来，投入创造性的设计工作中。同时把三维设计引入制图课堂内，用AutoCAD绘制三维模型、效果图和动画等，使投影图和空间形体之间的关系直观、生动地表现出来，从而提高学生的学习兴趣和教学效果本课程的目的与任务是使学生通过学习和示例的分析，掌握使用AutoCAD计算机绘图软件，开发土木工程CAD一般方法和特点，掌握计算机绘图的主要功能和利用AutoCAD绘制土木工程图。还能够根据实际需要自行二次开发简单的绘图软件包，并为今后进一步使用AutoCAD绘图软件或其他计算机绘图软件应用程序打下基础。AutoCAD本身的特点是基本绘图命令多，实践性强，涉及面广。它既像其他的绘图软件一样，有自身的语言，技术制图思维，最特别的在于它绘图功能强大，可以说是无所不能。故在教学过程中一方面要加强学生动手能力的培养，另一方面对于关键性绘图命令及图形的形成要讲解清晰，要通俗易懂，让学生在较短的时间内尽可能地理解和掌握利用AutoCAD设计土木工程图的方法和技巧，弄懂形与数的结合。二、模式运行背景：课程特点和学生特点1教学背景分析在传统教育中，向来重视理论教学而忽视实践教学和动手能力的培养，人们关注的焦点是如何进行教学，而对于“应教什么内容”，“为什么教这些内容”，“教学内容的性质、价值、结构、功能如何”等问题，却较少涉及与工作实践相结合。因此，而土木工程CAD教材却不易授理论课，适合上机学习和多媒体教学，主要原因是教材专业术语太多，理论性太强，不直观、不能所见所得。要学习好该门课程，学生必须要有工程制图基础和计算机应用基础知识才能看懂教材。2课程特点和学生特点AutoCAD难教。一是难在无多媒体教学条件下。由于AutoCAD绘图与应用是一门实践性很强的课程，对于学生来说，需要一定的上机条件，但现在一些教学单位缺少相应的上机和多媒体教学条件（足够数量和质量的计算机和投影仪等）。教师上课只能采用传统的教学方法，在黑板上画AutoCAD所能绘制的图形和绘图命令。教师讲得很辛苦，很费力，但学生还是很难理解。二是难在学生基础较差。绝大多数电大学生都是在职业余学生，他们的基础知识参差不齐，有部分学生过去学的是经济、理科或其它专业的。这无形中给教师增加了教学难度。三是难在工学矛盾突出。很多学生不能保证有足够的时间来学习，一旦缺课，影响后面的内容的学习。这就给教师增加了教学难度。四是难在学生英语程度参差不齐。3学习难度分析调查表明，一般学生认学AutoCAD绘图较难，即便是基础较好的学生。主要原因一是有些学生没有技术制图基础，即便是有一点计算机绘图的知识，也是一知半解。如有的学生会一点AutoCAD的二次开发软件：天正建筑、结构制图等，对一些教学过程要求的图形基本形成原理不清楚。二是AutoCAD绘图软件是在英语、工程制图基础和计算机应用的基础的融合。由于先行课程没有学好或没有学过技术制图，对为什么要这样画？为什么要这样操作计算机绘图命令不理解。因此，有一部分学生需要花很多的时间才能从手工制图转换为计算机绘图。4教学中教师角色的转换教师在教学中最重要的挑战之一就是教师与学生的角色转换，即教师应从传统信息提供者、转变角色，成为学生的“学习伙伴”，即教师自己也应该是一个学习者。例如：应激励学生在探究问题时，去认识自己的所存在问题和所需解决的难点。为激励和支持学生自主学习，教师不应该仅仅遵照预先制定的课堂教学设计。此外，教师应该和学生一起做一个学习参与者，做到教学相长。实践表明，这一角色的转换对很多教师来说是十分困难的，尤其是处于学生习惯于把教师视作“专家”，而不是“指导者”和“学习者”角色的传统的课堂文化背景中。在AutoCAD绘图软件教学中，要注重转变教师与学生的角色互换，让学生认识到自己是教学的主体，是学习的主人。教师在教学中，应变学生的“要我学”为“我要学”，因人而异进行双语教学，讲求方法，用灵活多变的方式，激发学生的学习动机，结合专业绘图，二维三维教学并重，接合高等数学中的空间解析几何知识，激发学生掌握AutoCAD绘图软件及原理的积极性。为把教学过程的重心由教转到学中来，由单纯传授知识转移到重视培养能力上来，教师应对学生思考问题的方法适时给以指导，以帮助学生开启思路。在教学过程中，教师应想方设法凋动学生的各种感官，激发学生的思维，为学生创设一个有利于积极主动、创造性地进行学习的情境，并引导和组织他们进人这个境界。三、模式基本框架以学生为主体，以教师为主导，以学生自主学习为主线的基于多种媒体组合和网球环境下的自主学习教学模式基本框架：激发学习兴趣一一创设三维动画激发学生学习积极性提出问题自主学习网上协作学习，以探索适合在职业余学生学习土木工程CAD课程的教学模式，培养学生的创新能力和应用AutoCAD绘图软件绘制土木工程图的能力。四、课程教学模式运行设计如下：用mouse点击模式运行中方框，可得所需内容。并配有图形、动画和语音达到多媒体教学效果。土木工程CAD学习辅导在线测试热线答疑练习集要助学资源知识总要重难点讲解术语集锦实作演示背景资料辅导内容知识点检索1激发学生的学习兴趣要让学生学好土木工程CAD这门课程，最重要的是要激发学生对本课程的兴趣，使学生有学好本课程的要求。在进行教学设计时，第一次课首先介绍AutoCAD的主要功能和基本特点，并选择一些示例来说明AutoCAD在土木工程中的应用。这样可以让学生知道，学习土木工程CAD这门课程在今后自己的工作中是必不可少的。为了进一步激发学生对本课程的兴趣，多媒体授课后，一定让学生进行上机练习并加以指导。例：用mouse单击模式运行中重难点讲解方框图，单击第八章单击三维实体造形单击例题2 可得以下图所示的带孔板件模型为例说明创建拉伸实体的方法。：指定高度，拉伸二维图形生成三维实体。（a） (b) (c)绘制二维图形(见图(a)。进入三维绘图状态。对图中（a)所示的二维图形使用下拉菜单：DrawSolidsExtrude启动拉伸命令带圆角的矩形和五个圆为拉伸对象给定拉伸高度20，倾斜角度0。即得板件的实体模型和五个圆柱的实体模型作体的布尔“差”运算从所拉伸带圆角的矩形中减去5个圆柱(如图(b)所示简单渲染后如图(c)所示。实践证明，学生看完二维及三维绘图效果的实例后，学生一般都会感兴趣，他们认为用AutoCAD绘图软件来绘制工程图很方便，产生一种强烈的学好这门课程的愿望。2创设学习情境学习环境中的情境必须有利于学习者对所学内容的意义建构。在教学没计中，它有利于学习者建构意义的情境是最重要的环节，使学习和工程制图基本一致或与其它软件互动使用。为了让学生能够很快理解和弄懂该课程的内容，在编写多媒体教案时，设计了绘图的例子。例如，在讲解“三维实体”绘制方法时：首先讲解“基本形体的组合”技术制图方法、用途、再进行软件绘制基本形体和布尔运算，解释体与体的交线符合空间解析几何的联立求解。然后调入3dsmax.软件。用一个综合示例来说明“三维实体”在AutoCAD中的绘图方法及与其它图形软件的相互转换。例：没计一个三维动化的组合实体。首先由教师在计算机上讲解演示例子绘制，然后要求学员上机练习绘制实体作色渲染。使学生产生浓厚的学习兴趣。通过这个例子，把一个看起来比较复杂的问题简单化了，学生理解起来非常直观，易于掌握，这样就更加激发了学生学好土木工程CAD的兴趣。其次根据学生的英语程度，尽量进行双语（英、汉）教学。3提出问题在教学过程中除了要创设情景，激发学生的学习兴趣外，最重要的是要培养学生的分析问题和解决问题的能力，利用各种方法选择出与当前学习主题密切相关的真实性事件或问题作为学习的中心内容(让学生面临一个需要立即去解决的现实问题)。大量的实践和发现活动都与学习者问题解决有关，学习者问题解决的过程包括五个步骤：绘图功能和计算功能；输入功能、存储功能及输出功能(3)与其它图形软件及程序软件的交互功能；如何绘制一张完整的土木工程图；开始意识到难题的存在形成和评价结论。笔者在教学过程中经常故意设置一些绘图漏洞，然后给学生一些提示，让学生进行讨论，尽量想办法去解决这些问题。学生会发现绘不出图形。并演示错误绘图绘学生观看。做完上述演示后，给学生确定错误的关键所在，并给出一些提示，让学生思考解决。在教学中应根据问题的难易程度，采用不同的教学方法，如果给出的问题比较简单，就要求学生在课堂上马上解决，然后进行点评；如果给出的问题有一定的难度，就要求学生回家完成，并通过电子邮件或者在线讨论与老师、同学进行交流，下次上课时再对学生解决的问题进行点评。（二）自主学习模块利用网上教学答疑公开讨论区、课程讨论区及答疑区、BBS、电子邮件（H）、电话以等方式解决个体学习和小组协作学习中的疑难问题以及做作业和课后习题中的疑难问题。自主学习不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的问题，而是由教师向学生提供解决该问题的有关线索(例如需要搜集哪一类资料、从何处获取有关的信息资料以及现实中专家解决类似问题的探索过程等)，并要特别注意发展学生的“自主学习”能力。自主学习能力包括：确定学习内容表的能力(指为完成与给定问题有关的学习任务所需要的知识点清单)；获取有关信息与资料的能力(知道从何处获取以及如何去获取所需的信息与资料)；利用、评价有关信息与资料的能力。由于学生的最大困难是：工学矛盾突出，很多学生不能保证有足够的时间来上课，一旦学生缺了一次课，后面的内容就无法学懂了，这给教师增加了教学难度。笔者在教学过程中，尽力培养学生的自主学习能力。针对电大学生的实际情况，在第一次上课时，首先要给学生介绍学好的土木工程CAD的一些基本方法，如果学生缺了课，就教会他如何到重庆电大网页上收看视频点播，补上缺课内容；如果学生在学习过程中遇到问题，教会学生如何通过电话、电子邮件，网上BBS和在线讨论等方式与同学、老师进行探讨。特别要教会学生如何到Internet网络中去搜索，查询自己需要的资料，不断提高自己的计算机绘图能力。具体做法如下：1利用重庆电大已建成的连接市校和试点分校具有信息浏览、查询、文件下载、在线交流、邮件服务、BBS讨论、实时交互教学、视频点播、课件点播、网上图书馆等功能的城域网进行学习。2利用电大在线课程教学平台，学习本课程的教学大纲、课程说明、课程实施方案、IP课件、重难点辅导、电子教案、平时作业、自检自测等丰富的网上教学媒体资源的相关内容。3利用重难点辅导、电子教案、平时作业、自检自测等丰富的网上教学媒体资源需掌握的具体内容有：图形信息的计算机处理、计算机图形学的应用、图形程序设计。掌握各种常用图形输入设备的主要技术参数。AutoCAD2000基本绘图命令、基本编辑命令的使用，图形信息的组织与管理、建筑平、立、剖施工图的绘制。4利用文字媒体资源，通过上机练习掌握本门课程的有关填空和问答、单项选择、是非判断题。具体内容主要分布在教材第1章、第2章、第5章、第6章、第7章、第8章、第10章。5利用网上教学答疑公开讨论区、课程讨论区及答疑区、BBS、电子邮件（H）、电话以等方式解决个体学习和小组协作学习中的疑难问题以及做作业和课后习题中的疑难问题。（三）网上协作学习模块“教学论坛”BBS、电子邮件、电话、教学答疑等方式小组成员之间、与辅导教师之间通过讨论、交流加以解决。通过不同观点的交流、补充、修正，加深每个学生对当前问题的理解，激发学生的学习兴趣。通过创设符合教学内容要求的情景和提示新旧知识之间联系的线索，帮助学生建构当前所学知识的意义。为使学生的意义建构更为有效，教师应尽可能组织协作学习，展开讨论和交流，并对协作学习过程进行引导，使之朝有利于学懂的方向发展。这些引导的方法主要有：提出适当的问题以引导学生的思考和讨论；在讨论中没法把问题逐步引向深入，以加深学生对所学内容的理解；启发和诱导学生自己去发现规律，自己去纠正和补充错误和片面的认识，逐步培养学生自主学习的能力和习惯。针对电大学生的特点，笔者主要采用两种方式指导学生进行协作学习。一是在多媒体网络教室指导学习；二是在重庆电大网页上通过电子邮件、在线讨论和BBS等指导学生进行网上协作学习。在教学过程中，笔者主要采用“网上协作学习”方式指导学生进行协作学习。同学们在学习过程中，有土木工程CAD作业中的难题、文字教材中的学习困难等，也可通过“教学论坛”BBS、电子邮件、电话、教学答疑等方式小组成员之间、与辅导教师之间通过讨论、交流加以解决。在土木工程CAD的教学设计中，一般组织两次小组协作学习(每个小组8人左右)，前半期进行一次，后半期进行一次。第一次小组协作学习(安排在前半期)，要求每个小组完成中央电大要求的平时作业和上机实习报告。在进行每次小组协作学习之前，先在多媒体网络教室进行集中讲解，并给学生讲解平时作业绘图的基本思路和方法。提出一些要求和问题，布置完成方式和时间，然后要求学生在家或办公室进行设计，老师和学生通过电子邮件、在线讨论和BBS等进行网上协作学习和指导，最后进行集中点评。从本次小组协作学习情况分析，很受学生欢迎，最后使每个小组学生绘制出图形的方法达到最优。第二次小组协作学习(安排在后半期)，其协作学习的组织方式与第一次小组协作学习组织方式相同，第二次小组协作学习的题目绘制土木工程专业图，学生的完成情况比第一次好，但大多数学生都积极参与，最后通过集中点评后，学生认为收获很大。小组协作学习是在个人自主学习的基础上进行小组协商、交流、讨论、互帮、互助等协作学习，并通过不同观点的交流，补充、修正、加深每个学生对学习重难点的的理解。通过这种学习和沟通，学生可以得到提高，加深对重难点的