雙視口建模法在CAD實訓教學中的應用

楊義輝 唐曉松 胡麗娟 吳姍姍

摘??要：為響應我國職業教育“三對接”改革方針，探索構建CAD實訓教學體系，培養高職高專復合型人才。基于PBL教學模式，以橋梁二維繪圖作為基礎，構建了雙視口三維建模法，并將其應用于道路與橋梁工程技術專業的CAD教學實訓中。此方法，通過整合道路與橋梁工程專業的核心課程，實現工程CAD繪圖在本專業實訓教學體系和教學方法上的創新，可為PBL教學提供參考。

關鍵詞：職業教育??工程CAD??PBL教學模式??實訓教學

中圖分類號：G642?????????????????文獻標識碼：?A?????????????????文章編號：

Application?of?the?Dual-Viewport?Modeling?Method?in?CAD?Training?Teaching

YANG?Yihui??TANG?Xiaosong??HU?Lijuan??WU?Shanshan

（?Chongqing?Vocational?College?of?Public?Transportation，?Chongqing，?402247?China）

Abstract：In?response?to?the?"three?docking"?reform?policy?of?vocational?education?in?China，?the?CAD?practical?training?teaching?system?is?explored?and?constructed?to?cultivate?compound?talents?in?higher?vocational?colleges.?Based?on?the?PBL?teaching?mode?and?2D?drawing?of?bridges，?a?dual-viewport?3D?modeling?method?is?constructed?and?applied?to?the?CAD?teaching?training?of?road?and?bridge?engineering?technology?specialty.?This?method?realizes?the?innovation?of?engineering?CAD?drawing?in?the?training?teaching?system?and?teaching?methods?in?this?specialty?by?integrating?the?core?courses?of?road?and?bridge?engineering，?which?can?provide?reference?for?PBL?teaching.

Key?Words：Vocational?education;?Engineering?CAD;?PBL?teaching?mode;?Practical?teaching

《教育部關于加強高職高專教育人才培養工作的意見》第七條明確指出：“實踐教學要改變過分依附理論教學的狀況，探索建立相對獨立的實踐教學體系”[1]。作為工科專業的通用課程，工程CAD在教學中的實踐作用非常突出[2]。為此，眾多學者在教學體系的設計、課程內容的選取、教學方法和教學手段的創新改革、課程實踐環節設計等方面進行了探索。例如“能力本位”的教學體系[3]，

基于工作過程系統化對CAD教學過程進行設計[4]，PBL教學模式[5]，問題導入式教學法[6]等。在教學過程中，如何融合專業課知識并運用教學模式構建成教學體系，并在實際教學案例中加以應用，成為教育工作者有待解決的問題。該文以道路與橋梁工程技術專業例，基于PBL教學模式構建出操作流程，并通過對某單箱雙室箱梁[7]進行二維繪圖基礎上的雙視口三維建模，實現建模方法在教學層面的應用。

1?基于PBL模式的CAD實訓教學

美國教育家杜威（John?Dewey）倡導“PBL”教學模式，即“項目式教學法”（“Project-based Learning”）。該模式是一種完全以學生為主體的教學模式和學習方法，對于提升素養和能力方面的學習效果有重要作用。PBL實施流程包括：設計與選擇項目、制定計劃、活動探究、作品設計、?成果交流和效果評價六個環節[8]。結合工程制圖、橋梁工程等專業課知識和教學設計的相關內容，以橋梁上部預制梁為例，進行構建PBL操作流程如圖1所示。

項目式教學法著眼于“項目”的完成，對于道路與橋梁工程技術專業來說，CAD實訓的目的是完成一個完整的項目，如一座完整的橋梁，一座涵洞等。因此，在教學層面實現PBL操作流程，即體現在對工程實體的繪制。傳統的CAD制圖方法，從三視圖的角度，向外展示出靜態的成果。如果不輔助相應的文字說明，識讀者又不具備相應的專業知識，會造成溝通和交流的障礙。而CAD三維繪圖，則基于空間坐標系，對三視圖進行重構和整合，能更好的展示工程制圖的效果，而且由于動態切換等效果，可以很清晰地體現“項目”成果。可以說，CAD三維建模便成為了PBL實訓教學的很重要的成果支撐。

2?雙視口建模法

從CAD三維對象構成出發并進行造型體系的研究，可將三維CAD建模方法歸為兩大類[9]：基本建模和復雜建模。基本建模方法包括：基本體，擴展體，布爾運算，旋轉、拉伸（或擠壓）等方法。復雜建模是由于一些不規則造型而采取的建模方法，包括：曲線的生成、曲線的編輯、曲面的生成及曲面的編輯等幾部分。對于PBL模式下的CAD三維建模，結合道路與橋梁工程技術專業結構體的曲面和造型特點，同時考慮高職高專學生的理解和動手能力。該文在基本建模的基礎上，先進行二維

圖形的繪制，并調用雙視口，通過左側二維制圖，右側三維動態建模，實現建模方法的創新。所構建的雙視口建模方法流程如圖2所示。

3?雙視口箱梁建模應用實例

該文選取某橋梁上部預制箱梁為工程實例，融合橋梁工程相關專業知識，讓學生建立起對單箱雙室箱梁的基本認識，其運梁如圖3所示。為實現PBL模式在該實體工程中的教學應用[10]，特采用雙視口建模，進行教學。

3.1?二維制圖

打開2012版AutoCAD，切換到經典作業空間，進行繪圖設置，線條設置，運用直線、倒角等進行繪制，并進行尺寸的標注。所繪制單箱雙室箱梁橫斷面圖如圖4所示。

3.2?雙視口箱梁建模

將繪制完成的單箱雙室箱梁橫斷面圖進行切換，運行：視圖—視口—新建視口—兩個：垂直。將左視口切換視圖至俯視；右視口切換視圖至西南等軸測，并選擇二維線框，如圖5所示。

在左視圖中，對箱梁頂板、腹板、翼板進行面域。為方便讓學生進行箱梁體的建模，并在右側對梁體進行第一次拉伸，拉伸長度為1延米梁體長度，對應CAD長度為100。拉伸后建模線框如圖6所示。同樣的，對梁體雙室進行第二次拉伸，對應CAD長度為120。拉伸后的建模線框如圖7所示。

在右視圖中，對進行二次拉升后的箱梁進行布爾運算，并選擇差集命令，操作兩次，切出中空雙室。進行視覺樣式切換至灰度，如圖8所示。則所建的聯梁體模式完成。再對其進行標注的刪除，或將標注設置于單獨的圖層中進行隱藏。運行視圖-動態觀察-自由動態觀察，如圖9所示。

3.3?教學應用與效果分析

我校道路與橋梁工程技術2021級共46名同學，成長在相對多元化的信息時代[11]，網絡和社交媒體伴隨著他們成長，對傳統的教學方法無法適應。為此，該文基于PBL教學法，采用雙視口箱梁建模教學，通過繪制工程實體并進行成果交流，現場教學效果如圖10所示。PBL教學模式的問題具有一定的真實性和開放性，涉及跨學科知識的交互學習[12]，為更好促進教育教學改革，特在課后進行了問卷調查，得到了PBL教學對本專業課的促進作用反饋如圖11所示。

4?結語

面對新時期的職業教育，構建基于PBL模式的CAD實訓教學體系，是一種大膽的嘗試和突破。后的能夠更好的培養學生的動手能力和與其他課程的融通。該文在基本建模的基礎上，針對高職高專學生，道路與橋梁工程技術專業，融合橋梁工程等相關知識，以工程實體為教學背景，運用雙視口建模的方法，完成了單箱雙室箱梁的建模，實現了工程實體在CAD實訓教學中的應用。

該方法既有二維繪圖的方便快捷，又規避了因為三維建模空間中坐標的切換可能導致的建模失敗。通過在工作空間與視圖之間的切換，使教學更具新穎性，極大地提高了學生的學習興趣。可為促進本專業課程融合與人才培養提供了范例。

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