建筑成图大赛辅助工程制图课程教学探讨与实践

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:工程制图是一门对实践性要求很高的课程,建筑成图大赛是培养和提高学生动手实践能力的重要途径之一。同济大学工程制图教学团队设计和开展了手工制图、虚拟建模和程序设计三大门类竞赛,通过课堂教学融合学科竞赛,增强了学生的动手实践能力和创新能力,显著提升了教与学的效果,相关措施可以为工程制图课程建设和学科竞赛提供借鉴和参考。

  关键词:工程制图;成图大赛;手工制图;虚拟建模;程序设计;

  随着建筑学和土木工程等专业宽口径人才培养模式的确立,尤其是城市建设的快速发展,建筑业的技术更新日趋激烈,要求学生不仅要掌握坚实的基础理论和专业知识,而且应该具备较强的综合实践能力、创新意识和创新精神。以工程制图课程为例,单纯依靠传统的画法几何、工程制图课堂教学体系和教学方法难以完成这一人才培养目标[1,2]。如:针对学生的个性化发展需求,在教学评价体系中“共性基础+个性发展”的体现度不够;传统课程教学在面对行业技术升级和适应社会需求方面,无法与时俱进[3];课堂理论教学对推进学生持续学习的动力不足[4]。针对此现状,将成图竞赛纳入课程评价体系已成为工程制图课程改革的重要方向[5,6]。同济大学工程制图教学团队在课堂教学中引入全校性成图竞赛,经过多年的探索与实践,已成为配合、推动、提高建筑学和土木工程等专业本科学生图样表达能力的重要举措之一。

1 学科竞赛引入课程教学的意义

  图纸承载着工程信息,制图课程承担了培养学生通过图纸阅读、绘制和表达工程信息的基本技能的责任。将学科竞赛融入课程教学环节,可以为学生提供展示个性化能力的评价平台,可以进一步提升课程的教学效果。具体来说,将学科竞赛引入课程教学的意义体现在以下几个方面。

  (1)将学科竞赛引入课程教学,可以打开课堂教学对学生的评价维度。学科竞赛是学生面对综合问题的创新活动,是培养学生综合素质的重要手段,是传统课堂教学评价的重要补充,是新工科背景下依托学科竞赛的创新型工程人才改革的重要推动力[7]。

  (2)工程制图课既是一门公共基础课,也是需要通过深入的专业知识学习才能体现价值的课程。以成图竞赛为载体,拓宽和加深学生对课堂教学内容的理解,可以反映学生掌握课堂教学内容的层次和实践能力。以竞赛项目为载体的课程学习,可以培养学生的创新意识和创新能力[8]。

  (3)随着计算机技术在土木工程中的迅猛发展,各类工程绘图和建模软件不断涌现。在此背景下,课堂主要讲授课程的核心理念和解决问题的思维方法。学生离开课堂后将面对繁多的图示表达技巧,只有通过课外实践和不断地学习,才能掌握现代绘图技术和方法。成图竞赛为学生提供了一个学习现代制图方法、展示制图技能水平的交流平台,同时也能有效提升工程制图课程授课教师的教学能力[9]。

  (4)成图竞赛的开放性可以促进学生在实践中思考,让学生在实践中发现问题,解决问题,既能提高学生的学习兴趣,又能激发学生的独立思考、个性化学习和创意表达能力,同时有助于培养学生严谨求实的学习和工作态度。

2 建筑成图大赛的设计

  为满足工程制图课程的多维评价和学生的个性化发展需求,同济大学构建了建筑成图大赛的三大门类,即手工制图、虚拟建模和程序设计,并开展了多年的探索和实践。

  手工制图,即用投影概念和国家相关的制图标准,通过目估给定的空间三维形体,经过想象后用铅笔徒手绘制其工程表达草图(视图)。手工绘制的图纸虽然不及计算机绘图精确,但出图快,受限制因素少。例如,当面对复杂工程形体的视图表达,或快速表达空间形体设计构想时,可先手工画出表达方案的初稿用于研讨,待条件具备后再作精确表达。通过手工绘制草图竞赛,比拼目测工程形体各部分相对大小和位置比例关系的能力,比拼图面布置、线形和字体规范化表达等基本制图能力。

  虚拟建模,即应用计算机软件建立形体的三维模型,可以是一位同学参赛,也可以几位同学组队参赛。学生根据个人兴趣制作情景自拟的虚拟仿真模型,应用软件包括但不限于Auto CAD、3DMax、Revit、Navisworks、Sketch UP、Flash、Photoshop等。通过虚拟建模竞赛,可以展示学生课外持续学习能力、专业知识学习与图形语言的结合能力、个性化思维与创新能力,以及团队合作与沟通能力。

  程序设计,即应用程序设计语言(Python、C/C++、VC、VB、Fortran、.net、Java3D等)解决高等数学、物理、化学、工程图学、力学、建筑、桥梁、道路、交通等工程领域中的实际问题,以及进行建筑表现、城市规划、工程测量、景观或产品设计。程序设计要求界面友好、概念正确、模拟逼真、使用方便,具备良好的编程风格。

3 建筑成图大赛的作品展示及评价

  3.1 手工制图

  手工制图竞赛对学生的专业知识要求相对较低,是3个竞赛项目中参与度最广的一项。该项竞赛的主要目的是培养学生的基本制图能力和空间想象能力。以2019年度的竞赛题目为例:仔细观察图1,要求徒手绘制其平面图(俯视图)、南立面图、西立面图和立体示意图,图样大小自定,立体示意图形式自定,省略视图中的虚线;未明示的内容,可自行构思,但投影关系必须正确。作品要求为:目估尺寸准确、视图的投影关系正确、图线主次分明、线型漂亮、图样大小适当、图面布置匀称、文字书写清晰端正。评分标准为:图示正确性占60分,图面质量占40分。

  图2为某学生提交的作品。从图中可以看出,作品的视图表达完整,包含了平面图、立面图和轴侧图,各视图之间符合投影关系。虽然也存在线形美观度稍显不足、部分细节表达不够准确等问题,但考虑到不容许使用尺规、90分钟的时间限制等约束条件,综合来看该作品的完成质量较好。通过手工制图竞赛,培养了学生的空间想象力和工程形体的快速表达能力,同时也提升了低年级学生的学习兴趣,为将来的专业课程学习奠定了基础。

  3.2 虚拟建模

  虚拟建模竞赛不设定题目,学生可根据兴趣自由创作,有助于发挥个人特长。图3为学生完成的一件作品,题目为“中央电视台大楼建模及其虚拟建造”。该作品的完成经历了以下几个阶段:首先,开展调研工作,获取建模所需的技术资料;其次,基于3DMax软件建立大楼的三维模型,包括周边的场景模型;最后,制作三维动画模拟大楼的建造过程,从基础施工到塔楼施工,再进行塔楼连接,直至完成大楼的建造,同时配备语音介绍其建造过程和关键问题。虚拟建模竞赛除完成建模作品外,还需要提交说明文档,介绍建模过程、技术问题及解决方案等,同时还开展线下答辩,由评委专家和其他组学生对其作品进行联合评价与打分,最终给出综合成绩。通过虚拟建模竞赛,锻炼了学生的动手实践能力和创新能力,增强了学生的自信心、团队合作能力和解决问题能力,使学生的综合素质得到了全面的提升。

  3.3 程序设计

  程序设计为成图大赛的扩展模块,要求通过编程来解决工程图学、结构力学、土木建筑等领域的实际问题。该模块提交的作品涉及面广,对学生的要求相对较高,参与者以二年级及以上的学生为主。类似于虚拟建模竞赛,程序设计也是开放性竞赛,学生在一段时间内完成自选竞赛作品的编程工作,编制软件说明书,并进行线下答辩。从实际效果来看,很多同学通过程序设计竞赛的锻炼,发现和培养了编程兴趣,为其后续学习和继续深造打下了良好的编程基础。

4 结语

  工程制图是一门对实践性要求很高的专业基础课程,而建筑成图大赛是培养和提高学生实践能力的重要途径之一。多年来,同济大学工程制图教学团队开展了手工制图、虚拟建模和程序设计三大门类的竞赛。实践表明,手工制图竞赛提升了学生的基本制图能力,虚拟建模竞赛提高了学生的主动探索能力,程序设计模块提升了学生的学科交叉融合学习能力。总而言之,通过课堂教学融合学科竞赛,唤起了学生的主动求索意识,显著提升了教与学的效果。

参考文献

  [1] 吴杰,刘沈如,李怀健.融合信息技术的工程制图课程改革与实践[J].城市建筑,2020,17(34):141-144.

  [2] 吴杰,李怀健.面向智能建造专业的工程制图课程建设[J].城市建筑,2021,18(01):161-164,176.

  [3] 刘晶,郭慧,赵菊娣,等.以创新设计促进工程制图教学的探索[J].高教学刊,2017(16):35-37.

  [4] 汤晓燕,云忠.课赛合一的工程制图系列课程创新教学模式探索[J].大学教育,2020(12):50-52.

  [5] 陈海波,陶冶,吴慕春,等.图学竞赛对图学教学改革和创新的推动[J].图学学报,2018,39(01):164-168.

  [6] 吴家福.基于大学生图学大赛的机械制图课程建设[J].贵阳学院学报(自然科学版),2017,12(01):91-93.

  [7] 王晓勇,俞松坤.以学科竞赛引领创新人才培养[J].中国大学教学,2007(12):59-60.

  [8] 何岚岚,张海光,胡庆夕.学科竞赛牵引下的工程素质培养模式探究[J].实验室研究与探索,2019,38(09):151-155.

  [9] 李怀健,王剑平,张琪,等.基于成图与建模创新大赛的思考[J].图学学报,2013,34(03):134-137.

作者:吴杰 顾生其 单位:同济大学土木工程学院

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