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《略论CAD制图软件在工程地质教学中的应用》

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qikan006 发表于 2018-8-30 20:25:46 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
摘要:随着计算机辅助教学的深入开发,数字化教学模式已深入高等教育课程教学中。作为土木工程专业基础课程的《工程地质》,其相对一成不变的教学模式亟待开发。通过对课程教学现状和CAD软件应用现状的分析,对两者的发展状况简要剖析,结合课程性质的需求阐述CAD应用于《工程地质》课程的必要性和可行性,以期为本专业教师的课程教学提供参考。
关键词:工程地质  CAD制图  教学应用
《工程地质》是以研究人类工程活动和自然地质环境相互作用为主的综合课程,涉及古生物地质学、地貌学、矿物岩石学、第四纪地质学等学科,即介于地质学和土木工程学的交叉学科[[1]]。作为高等教育土木工程专业的专业基础课,其在课程体系中起到基石作用。21世纪伊始我国城市化进程不断推进,工程建设数量和规模愈发膨胀,随之而来的由于地质条件或地质环境欠佳而引起的工程事故频发。作为专业基础核心课程的《工程地质》在专业培养中的地位愈显突出,结合CAD制图软件的辅助教学,以期增强本课程的教学有效性。
一、工程地质课程的教学现状
由于本课程理论、实践双向导向型的独特课程性质,在教学过程中既要注重理论基础知识框架的梳理和构建,又要注重实验和野外实习经验的积累,因此本课程的教学难度较大,在教学方法上亟待寻求突破。现阶段高等教育本科院校中土木工程院系对本课程的设置安排现状相对统一。
1.课时安排
课程的教学总课时为40课时,分为理论教学、实验操作和野外实习三个模块。其中理论教学模块占30课时,以讲解基础理论和构建知识体系为核心。实验操作模块占6课时,以实验观察和操作为主导,结合学校相关实验室等硬件条件开展。例如岩石和矿物的辨别实验,需要学校具有相关级别的岩石实验室,对于花岗岩、石英岩、页岩、云母等教学必需品的数量和种类有一定要求。野外实习模块占4课时,囿于学校环境、师资队伍、野外实习用具等多方面因素的制约,其教学活动的开展存在较大的难度。本模块通过启发学生的思维能力、培养学生的运用能力、锻炼学生的绘图技术,以达到理论结合实践的教学目标。
2.教学手段
迎合数字化教学时代的发展契机,高等教育的数字化教学平台逐渐推广。工程地质课程的空间性质尤为突出,对教学方法的要求较高[[2]]。目前的教学方法多采用讲授法与PPT教学法相结合,以PPT提供直观的空间演示辅以理论教学,助于学生空间思维的构建,提高教学有效性。但是板图板画法却逐渐退出课堂教学的舞台,缺少教师对于地质过程性变化的演示,亦缺少学生对教学内容的主动操作学习。结合教育心理学中认知心理学理论,加涅的信息加工学习理论对学习者的学习过程进行阐述,学生对于教师讲述的知识即外部环境的刺激难以产生简单联结,究其原因缺少了学习者学习过程的操作阶段和反馈阶段。
3.评价体系
本课程特殊的课程性质使得其评价体系既要注重理论知识的掌握,又要侧重操作能力的习得。目前的课程评价体系以纸笔考试和撰写实习报告相结合的方式进行测评,纸笔考试占据较大的成绩比重,难免导致了课程评价中“重理论、轻应用”、“重知识、轻能力”、“重成绩、轻反馈”的现状。本世纪之初,高等学校本科教学质量与教学改革工程的全面启动,意味着教育部对高等教育课程的质量提出了更高水平的要求。以后现代主义课程观审视本课程的教学过程,应注重体系的差异性、异质性以及多元性,在课程的评价体系中也应做出相应的调整。
二、CAD制图软件的应用现状
AutoCAD制图软件由于强大的绘图、修图功能,使其在工程制图领域应用广泛,也成为了工程类、技术类、制图类专业的核心课程。目前的CAD教学已经广泛推广于教学一线,例如水利水电建筑、港口地质、工程设计以及由此衍生的虚拟数字化技术BIM。基本的CAD制图流程相对统一(表1),学生对于简单的制图过程掌握较好,但操作能力多停留在模仿水平,应用能力有待提高,尤其是结合其他专业课程的实际操作。

2.理论课程中的应用
《工程地质》课程教学的课程目标要求学生具有一定的地质基础理论知识、具有用工程地质观点分析岩体稳定和渗漏的初步能力,了解改善各种不良地质条件的工程措施、具有阅读和分析各种地质图件及地质资料的初步能力[[3]]。在地质构造、地质图、岩体工程性质、边坡变形工程地质等章节的教学过程中均可利用CAD软件辅助教学,创设直观立体、可视化的教学情境。例如普通地形图的绘制,标注某点平面图坐标值A(X,Y),结合给定平面的任意点R(X0,Y0),即可利用高程差计算地形等高线高程分布,将地形图网格化(划分为X*Y的网格)后,计算平面各点高程值自动生成三维图示;再如结构面的生成,利用倾向、倾角、走向三要素确定平面坡度,对于其线型、断层类型的数据处理后,绘制出地形图的出露线及出露点M(X,Y,Z),即可自动生成基本结构面。通过直观性强的空间教学可提升课程理论教学中的有效教学效果。
3.实习勘探中的应用
《工程地质》的野外勘探实习是本课程的重要组成部分,其不仅考查学生的野外实际操作能力,更重要的是考查学生的制图水平。在野外勘察数据采集结束后,绘制工程地质图的过程易被忽略,利用CAD软件可较好弥补目前教学的缺陷,提升学生对于数字化成图的能力。AutoCAD R14.0软件与Microsoft Office软件已较好对接,学生可将野外勘察的数据录入Excel、Word中,利用Access窗口将原数据导入,形成库文件[[4]]。同时该软件的测量工具、特殊地质结构编辑工具等可高效、灵活地编辑地质图形,并可反复绘图、修图,对于提升野外勘探实习的有效性具有较大意义。
四、结语
以后现代课程观审视高等教育的《工程地质》课程教学过程,进一步强调跨学科教学内容的综合性以及以理论知识服务于实践能力培养的需要。伴随着教学手段多样化发展的趋势,以数字化教学辅助传统教学的教学模式已经逐渐发展完善,而本课程对于理论与实践双重要求的课程性质,决定了课程教学方式的发展趋势,因此基于CAD绘图软件的辅助教学研究可继续深入研究,同时CAD相关课程的二次开发亟待开展,以更好的促进课程改革和高等教育可持续发展的深化。



参考文献


[[1]] 刘翠然.工程地质教学探索与改革[J].中国现代教育装备,2012(1),86-88.
[[2]] 尚敏.基于创新思维培养的工程地质教学研究[J].高等建筑教育,2010(5),81-83.
[[3]] 吴彩虹.工程地质CAD简介及在工程勘测中的应用[J].工程地质计算机应用,2001(1),17-21.
[[4]] 王彦.关于CAD教学引入土木工程制图的实践与探索[J].科学教育论坛,2005(9),96.

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