双视口建模法在CAD实训教学中的应用

杨义辉 唐晓松 胡丽娟 吴姗姗

摘  要：为响应我国职业教育“三对接”改革方针，探索构建CAD实训教学体系，培养高职高专复合型人才。基于PBL教学模式，以桥梁二维绘图作为基础，构建了双视口三维建模法，并将其应用于道路與桥梁工程技术专业的CAD教学实训中。此方法，通过整合道路与桥梁工程专业的核心课程，实现工程CAD绘图在本专业实训教学体系和教学方法上的创新，可为PBL教学提供参考。

关键词：职业教育  工程CAD  PBL教学模式  实训教学

中图分类号：G642                 文献标识码： A                 文章编号：

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

《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》第七条明确指出：“实践教学要改变过分依附理论教学的状况，探索建立相对独立的实践教学体系”[1]。作为工科专业的通用课程，工程CAD在教学中的实践作用非常突出[2]。为此，众多学者在教学体系的设计、课程内容的选取、教学方法和教学手段的创新改革、课程实践环节设计等方面进行了探索。例如“能力本位”的教学体系[3]，

基于工作过程系统化对CAD教学过程进行设计[4]，PBL教学模式[5]，问题导入式教学法[6]等。在教学过程中，如何融合专业课知识并运用教学模式构建成教学体系，并在实际教学案例中加以应用，成为教育工作者有待解决的问题。该文以道路与桥梁工程技术专业例，基于PBL教学模式构建出操作流程，并通过对某单箱双室箱梁[7]进行二维绘图基础上的双视口三维建模，实现建模方法在教学层面的应用。

1 基于PBL模式的CAD实训教学

美国教育家杜威（John Dewey）倡导“PBL”教学模式，即“项目式教学法”（“Project-based Learning”）。该模式是一种完全以学生为主体的教学模式和学习方法，对于提升素养和能力方面的学习效果有重要作用。PBL实施流程包括：设计与选择项目、制定计划、活动探究、作品设计、 成果交流和效果评价六个环节[8]。结合工程制图、桥梁工程等专业课知识和教学设计的相关内容，以桥梁上部预制梁为例，进行构建PBL操作流程如图1所示。

项目式教学法着眼于“项目”的完成，对于道路与桥梁工程技术专业来说，CAD实训的目的是完成一个完整的项目，如一座完整的桥梁，一座涵洞等。因此，在教学层面实现PBL操作流程，即体现在对工程实体的绘制。传统的CAD制图方法，从三视图的角度，向外展示出静态的成果。如果不辅助相应的文字说明，识读者又不具备相应的专业知识，会造成沟通和交流的障碍。而CAD三维绘图，则基于空间坐标系，对三视图进行重构和整合，能更好的展示工程制图的效果，而且由于动态切换等效果，可以很清晰地体现“项目”成果。可以说，CAD三维建模便成为了PBL实训教学的很重要的成果支撑。

2 双视口建模法

从CAD三维对象构成出发并进行造型体系的研究，可将三维CAD建模方法归为两大类[9]：基本建模和复杂建模。基本建模方法包括：基本体，扩展体，布尔运算，旋转、拉伸（或挤压）等方法。复杂建模是由于一些不规则造型而采取的建模方法，包括：曲线的生成、曲线的编辑、曲面的生成及曲面的编辑等几部分。对于PBL模式下的CAD三维建模，结合道路与桥梁工程技术专业结构体的曲面和造型特点，同时考虑高职高专学生的理解和动手能力。该文在基本建模的基础上，先进行二维

图形的绘制，并调用双视口，通过左侧二维制图，右侧三维动态建模，实现建模方法的创新。所构建的双视口建模方法流程如图2所示。

3 双视口箱梁建模应用实例

该文选取某桥梁上部预制箱梁为工程实例，融合桥梁工程相关专业知识，让学生建立起对单箱双室箱梁的基本认识，其运梁如图3所示。为实现PBL模式在该实体工程中的教学应用[10]，特采用双视口建模，进行教学。

3.1 二维制图

打开2012版AutoCAD，切换到经典作业空间，进行绘图设置，线条设置，运用直线、倒角等进行绘制，并进行尺寸的标注。所绘制单箱双室箱梁横断面图如图4所示。

3.2 双视口箱梁建模

将绘制完成的单箱双室箱梁横断面图进行切换，运行：视图—视口—新建视口—两个：垂直。将左视口切换视图至俯视；右视口切换视图至西南等轴测，并选择二维线框，如图5所示。

在左视图中，对箱梁顶板、腹板、翼板进行面域。为方便让学生进行箱梁体的建模，并在右侧对梁体进行第一次拉伸，拉伸长度为1延米梁体长度，对应CAD长度为100。拉伸后建模线框如图6所示。同样的，对梁体双室进行第二次拉伸，对应CAD长度为120。拉伸后的建模线框如图7所示。

在右视图中，对进行二次拉升后的箱梁进行布尔运算，并选择差集命令，操作两次，切出中空双室。进行视觉样式切换至灰度，如图8所示。则所建的联梁体模式完成。再对其进行标注的删除，或将标注设置于单独的图层中进行隐藏。运行视图-动态观察-自由动态观察，如图9所示。

3.3 教学应用与效果分析

我校道路与桥梁工程技术2021级共46名同学，成长在相对多元化的信息时代[11]，网络和社交媒体伴随着他们成长，对传统的教学方法无法适应。为此，该文基于PBL教学法，采用双视口箱梁建模教学，通过绘制工程实体并进行成果交流，现场教学效果如图10所示。PBL教学模式的问题具有一定的真实性和开放性，涉及跨学科知识的交互学习[12]，为更好促进教育教学改革，特在课后进行了问卷调查，得到了PBL教学对本专业课的促进作用反馈如图11所示。

4 结语

面对新时期的职业教育，构建基于PBL模式的CAD实训教学体系，是一种大胆的尝试和突破。后的能够更好的培养学生的动手能力和与其他课程的融通。该文在基本建模的基础上，针对高职高专学生，道路与桥梁工程技术专业，融合桥梁工程等相关知识，以工程实体为教学背景，运用双视口建模的方法，完成了单箱双室箱梁的建模，实现了工程实体在CAD实训教学中的应用。

该方法既有二维绘图的方便快捷，又规避了因为三维建模空間中坐标的切换可能导致的建模失败。通过在工作空间与视图之间的切换，使教学更具新颖性，极大地提高了学生的学习兴趣。可为促进本专业课程融合与人才培养提供了范例。

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