土木工程专业CAD系列课程的教学改革研究.pdf

第 2 7卷 2 0 1 2矩 第 6期 1 2月 山 东 建 筑 大 学 学 报 J OUR NAL O F S HA NDONG J I ANZ HU UN I VER S I TY Vo 1 2 7 No 6 D e c 2 0 1 2 文章编号： 1 6 7 3- 7 6 4 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 6 3 20 5 土木工程专业 C A D系列课程的教学改革研究 林彦 ， 孙昶临 ， 姜伟 ， 张晓杰 ， 张立恒4 ( 1 山东建筑大学 土木工程学院， 山东 济南 2 5 0 1 0 1 ； 2 山东建筑大学 外国语学院， 山东 济南 2 ,5 0 1 0 1 ； 3 山东 天伟工程咨询有限公司， 山东 济南 2 5 0 0 1 2 ； 4 山东建筑大学 设备处， 山东 济南 2 5 0 1 0 1 ) 摘要： 为了充分掌握 C A D系列课程的教学特点和明确教学目标， 文章对 C A D系列课程教学中存在的问题进行 了剖析； 在分析和总结教学经验的基础上， 从教学内容、 教学方法、 教学手段三方面对 C A D系列课程进行了改 革研究， 具体包括相关课程教学内容的修整， 实例教学法的提出， 可视化导学平台的构建以及校外实践基地与 师资队伍的建设。 关键词： C A D系列课程； C A D技术； 工程结构 C A D； 教学改革 中图分类号： T U 2 0 文献标识码 ： A S t u d y o n t e a c h i n g i n n o v a t i o n o f CAD s e r i e s c u r r i c u l u m f o r c i v i l e n g i n e e r i ng s p e c i a l t y L I N Ya n ，S UN C h a n g l i n ，J I ANG W e i ，e t a 1 ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， S h a n d o n g J i a n z h u U n i v e r s i t y ， J i n a n 2 5 0 1 0 1 ，C h i n a ； 2 S c h o o l o f F o r e i g n L a n g u a g e s ， S h a n d o n g J i a n z h u U n i v e r s i t y ，J i n a n 2 5 0 1 01 ，C h i n a ；3 S h a n d o n g T i a n w e i En g i n e e r i n g C o n s u l t i n g C o ，L t d ，J i n a n 2 5 0 0 1 2 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： I n o r d e r t o ma s t e r t e a c h i n g c h a r a c t e ri s t i c s a n d u n d e r s t and t e a c h i n g o b j e c t i v e s f o r C A D s e ri e s c u r r i c u l u m，t h i s p a p e r fi r s t l y ma k e s f u r t h e r e x p l o r a t i o n o f p r o b l e ms a n d q u e s t i o n s i n t h e c o u r s e o f C AD s e rie s c u r r i c u l u m B a s e d o n t h e a n a l y s i s a n d s u mma r y o f t e a c h i n g e x p e r i e n c e， t e a c h i n g i n n o v a t i o n s are d i s c u s s e d f r o m t h e a s p e c t s o f c o u rse c o n t e n t s ，t e a c h i n g me t h o d s a n d t e a c h i n g s k i l l s T h e t e a c h i n g i n n o v a t i o n s ma i n l y i n c l u d e mo d i fi c a t i o n o f t h e c o n t e n t o f r e l a t e d c o u r s e s t h e t ri a l o f t h e c a s et e a c h i n g me t h o d，c o n s t r u c t i o n o f g u i d a n c e f o r ma t v i s u a l i z a t i o n，an d e s t a b l i s h me n t o f o u t 一0 f s c h o o l p r a c t i c e b a s e s a n d t e a c h e r s t e a m Ke y wo r d s：C AD s e r i e s c u r ri c u l u m； C AD t e c h n o l o g y ； e n g i n e e r i n g s t r u c t u r e CA D； t e a c h i n g 1 nnnValT1 On 0 引言 随着计算机技术 的飞速发展 ， 计算机辅助设计 在建筑工程的各个领域得到了广泛的应用。从项 目 设计到施工， 借助 C A D软件完成结构计算、 绘图的 方法已经完全取代了人工计算、 图板画图的老方法， 因此熟练掌握 C A D技术 的应用是工程师必备 的基 本能力 。近几年， 各高校为了 适应社会发展的需 求， 从实用出发先后开设 C A D技术系列课程， 这些 收稿 日期： 2 0 1 2 0 71 2 基金项目： 山东建筑大学教学研究与改革项 目( 0 1 0 1 4 0 9 1 4 ， 7 2 2 0 0 9 ) 作者简介： 林彦( 1 9 7 4 一) ， 女， 山东莱州人， 副教授， 硕士， 主要从事结构 C A D与钢结构的研究 E - m a i l ： l i n y a n 1 2 6 1 6 3 c o m 6 ： 土木工 课程作为土木工程专业重要的理论知识与实践应用 相结合的课程， 不仅要求学生熟练掌握计算机技术， 而且要求学生熟悉相关专业知识， 并能将 C A D技术 与理论知识有机结合， 从而培养学生综合分析能力 和解决工程实际问题的能力， 使学生具备工程师的 基本素质， 减少学习与就业之间的距离， 实现“ 与行 业零距离， 与岗位零磨合” 的培养 目标。由于 C A D 系列课程是新兴课程 ， 开设历史不长， 因此该课程的 教学内容、 教学方法、 教学手段不像传统课程那样完 善 ， 需要在教学过程中不 断探索研究。 【 2 另外 ， 关于 C A D系列课程的教学研究成果 比较缺乏 ， 系统研究 C A D系列课程的教学成果更是少见。为此本文在 充分掌握 C A D系列课程教学特点和明确教学目标 的基础上， 首先深入探讨目 前土木工程专业 C A D系 列课程的教学现状及其存在的问题， 然后从教学内 容、 教学方法、 教学手段等方面进行系列改革研究， 取得了一些研究成果。 1 土木工程专业 C A D系列课程的教 学现状及存在的问题 1 1 C A D系列课程的教学内容及存在的问题 目前 ， 土木工程专业 的 C A D系列课程主要包括 C A D技术基础与工程结构 C A D。 C A D技 术 基 础 课 程 主 要 讲 述 绘 图 软 件 A u t o C A D的应用， 教学内容包括基本命令操作及建 筑结构施工图的绘制。在实际教学过程中发现， 学 生即使熟练掌握教学内容中的命令操作及结构施工 图纸的绘制方法和步骤， 仍然存在绘图速度慢、 绘制 图纸准确性低的现象。再者， 由于该课程的教学内 容着眼于讲述 A u t o C A D软件的应用， 而不注重与建 筑制图专业知识的结合， 因此在绘制图纸时， 很多学 生没有按照国家制图标准要求的线型、 文字、 尺寸标 注 、 图例符号的样式去绘 图， 从而使绘制的图纸与制 图规范相差甚远 J 。另外 ， 从往届毕业生及社会需 求方面反馈的信息看， 在目前 C A D技术基础课程教 学内容的构架下所培养出来的学生在绘图软件应用 方面主要存在以下几点问题： ( 1 ) 培养出来的学生虽然具有一定 的绘图能 力， 但是普遍存在绘制的图纸不符合规范要求、 图纸 表达不完善无法指导施工等现象 ， 比较集中的问题 体现在多比例图纸的绘制上。例如， 在一张图纸中 6 3 3 既有 1 ： 1 0 0的平面图， 又有 1 ： 2 O的详图， 很多刚毕 业的设计人员对这些不同比例的图形不加分析的采 用同一种文字、 尺寸标注样式， 从而使打印出来的图 纸文字、 尺寸大小不一， 无法满足施工图要求， 造成 出图的极大浪费。 ( 2 ) 为了提高绘图速度， 很多单位都是利用专 业绘图软件进行绘图， 例如目前广泛使用的北京探 索者 T S S D及天正系列软件 。目前， 由于 C A D技术 基础课程的教学内容主要讲述 A u t o C A D的应用， 而 未涉及到专业绘图软件， 因此学生到工作岗位上以 后， 对于专业软件需现学现用， 在很大程度上存在上 手慢， 不能尽快适应工作需要的问题。 ( 3 )随着现代结构工程趋向大型化、 复杂化， 很 多工程设计需利用有限元软件( A N S Y S 、 S A P 2 0 0 0 、 E T A B S ) 进行分析计算。由于大部分有限元软件的 建模功能相对比较薄弱， 因此设计单位在利用这些 软件进行结构设计时， 通常先利用 A u t o C A D软件的 三维建模功能构建三维模型， 然后再导入到有限元 软件中进行分析计算。然而目前的 C A D技术基础 课程主要讲述二维图形的绘制， 未涉及三维图形， 从 而使学生对三维图形的绘制非常陌生， 不知从何下 手 ， 这在一定程度上也拉大了学 习与就业之 间的距 离。 工程结构 C A D课程主要讲述结构设计软件 P K P M 的应用 ， 教学 内容主要包括 ： P MC A D结构平 面设计； S A T WE多高层建筑结构空间有限元分析与 设计 ； 梁柱结构施 工图绘制 ； J C C A D基础设计 。在 教学过程 中发现 ， 学生 虽然 能够 掌握教 学 内容 中 P K P M软件各模块的操作流程， 但是由于不能将专 业知识与软件应用有机的结合， 学生往往在结构方 案、 结构布置、 结构计算简图等方面出现一系列问 题， 例如柱距不合理、 梁的主次关系不明确、 梁柱截 面尺寸不符合规范等等 。再者， 学生对软件计算 得到的结果是否正确， 是否符合规范 以及结构设计 是否安全经济 ， 也不知道如何分析判断 。这些现象 主要是由于工程结构 C A D课程的教学内容侧重讲 解软件的操作， 而没有充分考虑结构设计的过程， 忽 视结构概念及结构设计规范、 忽视软件应用与专业 知识的有机结合所引起的。另外， 通过对毕业生的 跟踪调查发现， 由于工程结构 C A D课程未涉及结构 设计与其它专业相互协调配合的教学内容， 从而使 得学生进入工作单位后 ， 设计过程 的协调能力非常 6 3 4 2 0 1 2 欠缺， 设计工作不能很快上手， 需要较长的磨合期来 适应。随着节约型社会的发展， 结构优化设计越来 越受到工程师的重视。在保证结构安全可靠的前提 下， 寻求经济合理的结构方案不仅是设计的最终目 标， 也是工程师必备的基本素质。然而 目前工程结 构 C A D课程教学 内容并未涉及结构的优化设计 ， 学 生在设计过程 中往往 只注重结果 的安全性 ， 而忽视 了结构的优化， 从而使设计结果过于保守， 无法满足 工程的要求。 1 2 C A D系列课程的教学方法、 教学手段及存在 的问题 目前 ， C A D系列课 程的教学方法主要为理论授 课和实践上机相结合 ， 通常先进行理论授课集 中讲 解应用软件的命令、 操作方法及流程， 再让学生到机 房上机进行相应的实践操作。这种把知识集中讲完 之后再进行实例练习的教学方法 ， 往往造成学生学 习起来枯燥无味。特别是在理论课阶段， 学生只能 被动地接受繁琐的命令操作、 复杂的参数设置等软 件应用知识， 使学生感觉到难学、 难懂甚至产生厌学 的情绪。另外， 学生普遍感觉即使上课理解了软件 命令的使用方法， 但由于不能及时进行操作练习， 往 往上机时不能灵活运用所学知识进行工程的设计和 绘图。 目前 ， C A D系列课程的理论授课阶段主要采用 多媒体教学手段， 教师通过以文字、 截图为主的幻灯 片向学生展示教学内容。由于受学时的限制， 教师 在教学过程中侧重讲解相应软件的命令和操作方 法， 即使讲解案例， 也只能介绍案例的部分内容， 不 能完整的展现案例过程， 更不用说更多地讲授各种 教学案例， 从而妨碍学生对课程内容的理解。对于 上机实践阶段主要采用学生集中上机 ， 教师走动辅 导的教学方 式。一方面 由于班级多、 教师 少、 时间 短 ， 实践过程中很多学生得不到教师的及时指导 ， 再 加上学生对学习内容 比较生疏 ， 实践过程又没有生 动、 形象的演示课件， 所以难以保证每个学生高质量 完成实践任务。再者， 学生为了更好的掌握 C A D知 识， 往往利用业余时间自 行上机实习， 由于教师不能 保证每一时间都能到场， 所以无法满足学生随时咨 询的需要。另一方面， C A D系列课程的实践题 目主 要由教师指定或学生自己构建， 题 目与实际工程的 设计条件、 设计环境存在差距， 不能真实的模拟项 目 设计状态， 再加上实践环节的指导人员均来 自高校 教师， 由于大部分教师很少有机会参加一线实践工 作， 缺乏设计经验和设计技能， 在指导学生实践方面 显得有些力不从 心。显然 ， 这样 的教学手段无法保 证教学质量 ， 无法培养学生的实践及解决实 际问题 的能力 。 2 土木工程专业 C A D系列课程 的教 学改革探讨 2 1 C A D系列课程教学内容的改革研究 对于 C A D技术基础课程 ， 基于以上关于该课程 教学内容存在的问题的分析， 在教学内容的组织上， 既要注重专业知识的融合， 又要考虑专业系列课程 改革的协调。在教学内容方面建议进行如下改革 ： ( 1 ) 考虑专业特点， 融入建筑制图及相关专业知识， 例如将建筑制图标准 中的图幅 、 图框 、 比例 、 图线 、 文 字及尺寸标注的知识融 入到 A u t o C A D软件 的应用 中； ( 2 ) 引入专业绘图软件， 例如在教学内容中增加 结构绘图软件 T S S D的应用 ( 3 ) 引入 A u t o C A D三维 绘图的技术内容( 4 ) 引入如何利用 A u t o C A D绘制复 杂结构施工图纸 的相关知识 ， 例如多 比例图纸 的绘 制及钢筋的绘制技巧( 5 ) 引人基于 P K P M软件绘制 的结构施工图利用 A u t o C A D进行修改补充 的专业 知识 。 对于工程结构 C A D课程 ， 鉴于教学过程 中存在 的缺陷以及毕业生在实际工作 中面临的问题 ， 可将 整个课程的教学 内容划分为三个模块 ， 即软件 、 专业 知识 、 优化设计。其中软件的学习主要是让学生对 软件的全局和操作流程有基本的了解。使学生掌握 P M C A D结构建模的步骤、 荷载的输入、 计算数据文 件的形成 ， P MC A D接力 S A T WE模块进行结构内力 配筋计算 的方法 ， 梁柱施工 图的绘制方法 ， S A T WE 接力J C C A D进行基础计算的操作方法 。 J 。专业知 识的学习主要侧重讲解结构设计概念、 设计经验、 规 范条文、 规范与软件的结合、 设计参数的选用、 设计 中注意的问题、 计算结果的分析判断与调整等内容。 优化设计的学习主要是结合专业知识和规范， 讲解 如何通过调整结构平面、 竖向布置、 构件截面尺寸、 材料强度等级等因素， 寻求经济合理的设计方案。 另外， 为了使土木专业的毕业生在进行设计时， 能与 建筑、 设备等专业相互协调， 应在教学内容中增加专 业间配合的相关知识。 山 东 建 筑 大 学 学 报 2 0 1 2正 2 2 3 建立 C A D系列课程 的校外实践教学基地 ， 组建实践教学师资队伍 积极联系设计施工单位， 组建 C A D系列课程的 校外实践教学基地 。对于 C A D系列课程的实 践教学， 一方面可以借助校外实践教学基地的建设 让部分学生到设计单位结合实际工程完成实践任 务。另一方面 ， 通过与实践教学基地的密切配合 ， 对 于在校内执行实践任务的学生 ， 指导教师可搜集设 计单位实际的工程实例作为学生的实践题目， 并聘 请经验丰富、 责任心强的结构设计工程师指导学生 高质量的完成实践任务。这种基于真实设计过程的 实践教学， 不仅培养了学生分析、 解决问题的能力， 而且使学生受到工程师基本技能的训练， 从而实现 “ 与行业零接轨， 与岗位零磨合” 的目 标。 3 结语 通过对 C A D系列课程教学现状的深入剖析 ， 阐 述了 C A D技术基础与工程结构 C A D课程存在的问 题。在分析和总结教学经验的基础上， 从教学内容、 教学方法、 教学手段等方面进行了改革和探讨， 修改 了相关课程的教学内容； 提出了应用于 C A D系列课 程的实例教学法； 构建了可视化导学平台， 建立了校 外实践基地及师资队伍。总而言之， C A D系列课程 教学应 以综合运用设计知识 为主线 ， 将软件应用与 相关专业知识有机结合， 在教学中加强学生分析能 力、 实践能力的训练， 培养学生规范化和标准化的意 识， 使学生具备工程师的基本素质， 从而缩短学习与 就业之间的距离。 参考文献： 1 方天培 计算机在建筑业中的应用与发展 J 建筑技术， 1 9 9 7， 2 8 ( 7 )： 4 9 8 5 0 0 2 邹洪波 应用型本科土木工程专业课程体系优化设计的研究 J 高等建筑教育， 2 0 0 9 ， 1 8 ( 4 ) ： 3 3 3 6 3 王俭， 王中华 土木专业 建筑制图 与 计算机绘图 课程融 合教学的思考与实践 J 中国建设教育， 2 0 0 8 ， 1 0 ( 1 O ) ： 2 2 2 5 4 宋章树 G S C A D在土木工程专业结构 C A D课程教学改革中的 应用 J 高等建筑教育， 2 0 0 3 ， 1 2 ( 4 ) ： 4 5 4 8 5 李永梅， 孙国富， 董峥， 等 结构电算在土木工程专业课程设计 教学中的应用 J 高等建筑教育， 2 0 0 9 ， 1 8 ( 5 ) ： 1 1 2 1 1 5 6 刘艳， 邓 建筑结构 C A D课程教学改革研究 J 高等建筑 教育 ， 2 0 0 9， l 8 ( 5 ) ： 1 1 61 1 8 7 王娜， 靳元峻 P K P M建筑结构设计软件课程教学方法的探讨 J 河北广播电视大学学报， 2 0 0 6 ， 1 1 ( 3 ) ： ， 7 5 7 7 8 李文雄 P K P M软件应用课程教学目标与方式探讨 J 山西建 筑 ， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 1 5) ： 2 4 9 2 5 0 9 曹建树， 王殿君 ， 代峰燕， 等 应用型本科“ C A D C A M” 课程的 教学与实践 J 实验室研究与探索， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 5 ) ： 1 0 5 1 0 7 1 O 谭风训， 罗从伟， 王琳， 等 工程特色应用型人才培养模式以 山东建筑大学为例 J 山东建筑大学学报， 2 0 1 2 ， 2 7 ( 1 ) ： 1 3 0 一 】 3 2