李成濤，馬文剛，陳立，朱玉琴 （南京工程學院經濟與管理學院，江蘇 南京 211167）

1 引言

CAD課程對于學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)很有幫助，很多文獻都介紹了CAD教學與學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關系[1]。工程制圖是工科學生必備的技能之一，CAD課程也是工科教育中重要的基礎課程。

目前CAD課程的教材多是圍繞某一種計算機制圖軟件的功能展開，但當CAD課程僅教授某款軟件如何繪圖時，學生容易忽視其背后的知識邏輯，造成軟件教學內容受限于功能，僅將CAD課程理解為制圖工具軟件的學習，忽視軟件開發(fā)等相關功能，“知其然，不知其所以然”，對學生的主動思考和創(chuàng)新教育能力培養(yǎng)不夠。

作者結合教學實踐，強化課程知識，梳理課程主線，有意識地進行知識擴展，為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力做鋪墊，以期提高學生分析問題、解決問題的綜合能力，獲得更好的教學效果。

2 CAD課程教學的總體設計

在CAD教學實踐中，理論知識點非常重要，需要提綱挈領、理清概念，讓學生更深刻地理解知識要點。對CAD課程而言，除常規(guī)軟件操作相關的理論之外，可從前導課程知識引入、課程邏輯主線梳理、知識邊界劃分、知識要點總結、學習方法引導等五個方面進行設計。

①前導課程知識引入。將已有知識，尤其是工程制圖、計算機基礎等知識進行銜接，同時闡述本課程的主干內容，承上啟下、激發(fā)學生學習興趣。

②闡述本課程的邏輯主線。確保精度條件下通過計算機輔助的手段提高工程圖紙的繪制效率，整個課程中，基本繪制命令是以數學為基礎的適應計算機的工作模式，其他的編輯功能，如復制、陣列、鏡像，高階功能如樣式設置、圖層管理、圖塊管理、文件管理等功能，都是在提高繪圖效率。課程的各知識單元都有邏輯主線，對學生們理解課程知識，具有非常重要的引導作用。

③知識邊界劃分。與其他相關課程的內容辨析，以闡明本課程的重點。如CAD制圖，與前導的工程制圖、后續(xù)BIM建模、相關的機械制圖等課程有相關性和異同點，與專業(yè)制圖課程關系密切，在教學實踐中，專業(yè)制圖課與CAD課程的融合，也有很好的效果[2-4]。

④知識要點總結?？梢宰鳛閯?chuàng)新能力培養(yǎng)較好的切入點，在這一部分建議涵蓋矢量圖形、CAD軟件二次開發(fā)、CAD與BIM技術的關系等理論性、創(chuàng)造性較強的內容，下文將對此內容進行詳細闡述。

⑤學習方法引導。CAD制圖課程是一門實操性很強的課程，建議引導同學們多動手、多思考，“在學中做，在做中學”，熟練運用制圖軟件，但在思維上不要拘泥于軟件現(xiàn)有的功能。

3 面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的授課要點

當教育者在設計課程時，需要有意識的增加相應元素或內容，以增強課程的創(chuàng)造性培養(yǎng)效果[5]。為了適應新時代的培養(yǎng)目標，讓學生們從會用軟件到理解軟件、具備二次開發(fā)潛質，在常規(guī)內容之外，建議增加位圖圖像和矢量圖形、CAD軟件二次開發(fā)、CAD與BIM技術的關系。

3.1 位圖圖像和矢量圖形

CAD課程與圖形學的關系密不可分。CAD課程涉及到“計算機的應用如何幫助人們提高制圖效率”，與“圖”的存儲和“矢量圖形與位圖圖像”概念成為了教學的重點。矢量圖形與位圖圖像的直觀區(qū)別在于，位圖圖像隨著圖像放大將變得模糊，而矢量圖形不隨圖形縮放而失真。CAD制圖的成果一般情況下都是矢量圖形。矢量圖形中的圖形元素，其存儲方式在于關鍵點坐標和形狀函數，故而在放大時才能保證不失真。以上這些特點，與CAD技術的“精度高”“圖形數據便于使用”等優(yōu)點息息相關。

建筑工程類相關專業(yè)對于圖像處理知識涉及很少，在CAD制圖中，矢量圖形是基本的知識要素，如果不解釋矢量圖形的原理，就難以解釋為什么CAD制圖的成果在縮放后不失真，CAD制圖的“精度高”“圖形數據便于使用”等優(yōu)點就無從談起，也無法解釋二維圖形編輯中，曲線繪制時需通過命令聲明曲線類型（如圓、圓弧、樣條曲線），而不能做到對于任意函數的線型（如拋物線）進行直接繪制（因為在軟件中沒有某個函數類型時，無法計算該曲線上各點的坐標，就無法直接繪制該類型的曲線）。

從課堂效果來看，學生充分了解了CAD的強大能力與技術限制，顯著地增強了對“計算機輔助制圖”本質概念的理解，也為繪制復雜圖形提供了解決思路。

3.2 CAD軟件二次開發(fā)

軟硬件的二次開發(fā)能力，是學生創(chuàng)新能力的重要體現(xiàn)，借助二次開發(fā)技術，可將自己的想法形成切實的創(chuàng)新成果，對學生的創(chuàng)新教育有著重要的積極作用。

CAD二次開發(fā)是必要的，也是可行的[6]。教學時，在矢量圖形概念的基礎上介紹二次開發(fā)的相關知識，給學生們演示由二次開發(fā)形成的快捷繪圖成果，激發(fā)學生的興趣并引導學生積極嘗試，為學生在大學生創(chuàng)新活動中提供良好的知識和技術支撐。

以AutoCAD 2019為例，在其幫助文檔中可以查看具體的API類型。Au?toCAD軟件提供了豐富的應用程序接口（API），如AutoLISP、ObjectARX等。在CAD教學中，為幫助解決學生在軟件安裝、調試不熟悉時遇到的問題，可以采用AutoCAD內置的AutoLISP語言進行介紹和演示。可以提供簡單示例給學生介紹其語法結構，并介紹二次開發(fā)API資源（如在AutoCAD幫助文檔中搜索“關于支持的編程接口”即可查看）。以文件導入代碼的形式為例，使用以下教學案例展示AutoLISP代碼：

①在D盤存儲一個文件，如D:filesmorelisp ewfile2.lsp，該文件為ASCII格式，可以用記事本打開和編輯，其中內容為：

(setq dRadius 300)

!dRadius

(command "circle" "0,0" dRadius)

②在AutoCAD軟件的命令行執(zhí)行

(load "d:/files/morelisp/newfile2")

③AutoCAD軟件彈出提示框，此時點擊“加載一次”

圖1 AutoCAD軟件加載lsp文件時彈出的對話框

④將在軟件繪圖區(qū)，看到一個半徑為300的圓被繪制出來了，如圖2所示。

圖2 通過二次開發(fā)程序繪制的圖形

在此示例當中，能夠為學生展示參數定義（setq dRadius 300），注釋（!dRa?dius），命令執(zhí)行(command "circle" "0,0" dRadius)，同時完成了代碼的加載與執(zhí)行的全過程。由此可以加深學生對于AutoCAD程序執(zhí)行的理解，有助于積極思考根據自己的需求更好地發(fā)揮二次開發(fā)的作用，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。并通過布置相關的任務，為學生提供實操的機會，加深理解。

3.3 CAD與BIM技術的關系

BIM技術[7]經歷了多年發(fā)展，被普遍應用。擁有三維模型是BIM技術的顯著技術特征，但其技術核心是建筑信息的組織形式，三維模型只是某些構件特定信息的存儲表達形式，即構件的三維幾何信息。很多BIM建模軟件，如Revit，在完成建筑物的三維建模后，亦可以實現(xiàn)二維圖紙的自動生成。

CAD技術對應的二維繪圖是BIM技術無法替代的。由于三維顯示的特點導致很多尺寸在圖上無法直接標識和測量，需要轉到特定平面進行尺寸標識，很多三維形體在設計階段，仍是依靠二維圖形進行定義。例如，錐臺、梯形臺的定義，需要由上表面和下表面兩個平面內的二維圖形定義。因此CAD技術仍是工程設計和施工圖紙繪制中不可或缺的，并且在BIM的技術生態(tài)中也發(fā)揮著重要作用。通過闡述CAD和BIM的關系，可以幫助學生了解CAD課程的必要性，并區(qū)分CAD課程和后續(xù)BIM建模課程的知識邊界，有利于更清晰的理解CAD課程的學習任務，同時加強學生對于技術升級、技術銜接的理解，增強學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4 結語

CAD課程為學生提供了良好的創(chuàng)新能力培養(yǎng)平臺?？蓪AD制圖課程的邏輯主線總結為“確保精度條件下，通過計算機輔助的手段提高工程圖紙的繪制效率”。教學實踐表明，在CAD課程的教學中，增加位圖圖像與矢量圖形、CAD二次開發(fā)、CAD與BIM的關系等授課要點，可以提高學生的學習興趣，擴充知識結構，梳理知識脈絡，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力及提升綜合素質。