《公路CAD》课程的教学模式探讨

高传东

摘要：CAD技术已广泛应用于土木工程的各行各业，CAD技术在公路行业的应用，既牵涉到CAD本身的基础理论，又涉及到公路行业的专业知识。本文针对《公路CAD》课程教学中存在的问题，在认真分析和总结从事道路CAD技术研究和多年教学经验的基础上，从教学方法和教学模式等方面做出了一些分析和探讨，对本门课程的教学具有十分重要的意义。

关键词：公路;CAD教学模式;创新

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）08-0169-02

一、引言

计算机辅助设计，简称CAD，为20世纪公认的工程技术领域发展最为迅速、最引人注目的重大高新技术成就之一，使得工程设计的技术手段发生了根本性的变化[1]，并且在工程设计领域占有越来越重要的地位。它的内涵随着时代的发展，特别是计算机及其相关领域技术的发展而不断的发生变化，以其巨大的社会和经济效益在工程实际中占据越来越重要的地位，它也是工程界的主流发展方向。在我国，对公路CAD软件的设计理论和方法的研究还很缺乏，与国外同类软件相比差距较大。CAD是一种技术，它将计算机迅速、准确地处理信息的特点与人类的创造思维能力及推理能力巧妙的结合起来，为现代设计提供理想的手段，这种技术在对设计过程认真分析后，按照人与计算机各自的特点去完成各自最合适的部分。公路CAD技术的应用，对于加快工程测设进度、提高工程设计质量、减轻劳动强度、实现公路设计多目标的协调统一，具有重要的工程意义。公路CAD为一门实践性和应用性都很强的课程，探讨好的适合的教学模式，对于学生的实践运用能力的培养是非常有帮助的。

二、《公路CAD》课程教学中存在的问题

1.理论不结合工程实践。公路CAD是一门理论性和实践性都很强的课程，如果公路CAD课程的学习，脱离实际工程应用，而只是讲解CAD技术的理论，往往容易让学生觉得过于抽象，而丧失学习兴趣。相反，如果只是一味地教授学生怎么操作CAD命令的使用，不去进行CAD基础理论的学习，只能达到会操作工具栏按钮的程度，至于为什么这么操作，就很难学懂了。

2.内容繁多，知识覆盖面广。CAD技术在公路工程中的具体应用，其中包括：公路规划、勘测设计、施工、管理等，在学术上是多种学科交叉的产物。公路CAD课程所涵盖的知识内容繁多，既包括公路的专业知识，也包括CAD的原理和应用，从基础理论的学习，到公路CAD系统的使用、维护及设计等，充分发挥学生学习的主观能动性，而让学生对每一个知识点都主观能动的学习，基本很难做到。

公路CAD系统的软件组成包括一个综合性的数据库（标准图、设计规范、原始数据、设计数据）;计算及分析软件包;人机交互图形处理系统：优化设计成果。公路CAD系统的硬件配置包括主机、输入设备、输出设备。

3.公路CAD技术对公路工程师的要求全面。公路CAD技术要求公路工程师具备一定的计算机基本知识：硬件环境计算机硬件组成;程序设计语言及数据库原理;操作系统知识（操作系统是协调和组织计算机运行的软件，它是最底层的系统软件，是对硬件系统功能的首次扩充，也是其他系统软件能够在计算机上运行的基础，所谓系统软件，是指管理、监控和维护计算机资源的软件）;使用工具软件的能力;CAD基础;计算机病毒知识;网络知识。

在这基础上，还要掌握计算机的操作技能，具备使用和维护工程专业软件的能力等。

三、《公路CAD》课程的教学模式

针对上述公路CAD课程教学中存在的问题，就如何充分发挥学生学习的主观能动性，提高教学效果，公路CAD课程的教学模式进行如下探讨。

1.从基础理论出发。公路CAD课程的学习，首先应从公路CAD的基础理论出发，学习公路CAD技术应用必须具备的计算机基础理论知识和公路专业知识，为下一步进入公路CAD技术的应用做好铺垫，避免一开始就进行应用软件系统菜单按钮的操作学习。公路CAD课程所涉及到的基础理论技术包括：图形处理技术，比如自动绘图、几何建模、图形仿真及其他图形输入输出技术;数据管理与数据交换技术;工程分析技术;文档处理技术;软件设计技术;等等。计算机图形和几何造型技术：计算机图形和几何造型技术是运用解析数据描述工程实体的点、线和面的位置，然后用几何造型技术构造工程实体的解析模型，也是CAD系统中的核心技术。数据库技术：描述工程实体的解析模型需要大量的数字、符号和其他各种信息，统称为数据，数据按一定的规则组织起来，形成有效的组合体，即所谓的数据库。数据采集和输入技术：传统测量方法：经纬仪、水准仪、平板仪等进行导线、平面和纵横断面的测量，费时费力，很难满足快速高效CAD的需求。现代数据采集方法：地形图数字化、现代地面速测、航空摄影测量、GPS测量等。设计方案优化技术：快速形成多个方案并选择优化参数、评出最优化方案的技术。集成化技术：集成化系统的发展是当今CAD技术的主要趋向之一，从工程规划、设计、施工和管理，可以统一享用共享的地理信息系统和工程数据库，在评价、决策、分析、计算、管理等各方面构成一体化的计算机辅助系统，即CAD系统。智能化技术[2]：智能化技术是CAD系统发展的一个重要方向，其基本目的是通过分析人类的智能活动，力图由计算机实现类似的功能。

2.理论与实际相结合。公路CAD是一门理论性和实践性都很强的课程，学习中要做到理论与实际相结合，只有这样，才能做到课程学习的融会贯通。切记不要孤立的学习理论和实践，应在整个学习过程中贯穿学以致用的原则，使学生对理论和实践有深刻和形象的理解，比如公路路线设计软件的学习，在学习软件理论的同时，结合实际的工程案例进行讲授，如使用和操作。公路路线设计的CAD软件产品，系统基于AutoCAD平台开发，并采用了先进的特征设计技术和面向对象技术，软件适用于各等级公路的设计，主要功能有：平面线形设计、纵断面设计、横断面设计、土石方调配、数字地面模型、三维路线模型等，可自动进行平纵横图纸切分、布图，自动生成平纵缩图，挡土墙布置图，等等，可生成各种矢量或EXCEL形式的设计表格，并可随时查询或查看各种设计特征和设计数据。软件技术方面的特色有：运行于Windows操作系统上，以AutoCAD为支撑平台[3];完全采用先进的Visual C++及ObjectArx作为开发语言和开发工具;充分利用面向对象技术、参数化设计技术、特征设计技术;实现了专业设计和工程管理的集成化。设计功能特色有：引入特征设计的思想，将平面线、纵断面线、横断面、表格、标注等作为具有工程属性及图形属性的特征实体，用户可随时对其属性进行编辑修改;可支持任意多个断链（长链和短链）的处理;可自动按规范计算超高加宽、生成加宽和超高文件;可根据用户要求自动分图;可对同类图纸批量输出;等等。数字地模及路线三维模型：多种方法采集整理地形数据，快速生成三维数字地面模型;在地模上任意获取纵横地形线数据，可方便地进行方案比选;自动生成真实三维模型;三维效果图动态显示;全景透视图及线形透视图。在讲授软件基础理论的同时，加上真实的工程案例，既能激发学生学习的兴趣，又能加深学生对知识的理解，达到事半功倍的效果。基础理论的学习就是为了能够更好地培养学生的实际应用能力，教师在讲授公路CAD课程时，如果把实际的工程问题引入到教学中，这样既能充分的调动学生的学习兴趣，又能培养学生严谨的学习和工作态度。

3.有侧重点的学习，分清主次。公路CAD课程所涵盖的内容繁多，知识覆盖面广，如果没有重点的学习，不分主次的学习，很难把这些繁多的知识都逐一的学通，毕竟时间和精力都是有限的。所以，公路CAD课程的学习要有侧重点的学习，分清主次。比如应用软件单就图形操作的命令就有几百个，要全部学通非常困难，而平常图形操作使用频率高的命令只有十几个，把这些使用频繁的作为重点进行学习，其他的简单学习，这样学习就非常轻松了。比如中线设计的理论方法有导线法、曲线法和线元法三种[4]。导线法是首先确定一系列由直线组成的折线作为道路中线的导线（通过“以点定线，以线交点”的原则确定），然后对每个转折点（交点）敷设合适的平曲线，构成完整的道路中心线。曲线法是首先在需要设置弯道的地方根据地形的要求（约束条件）布设一系列圆曲线（直线被看作半径等于无穷大的曲线），然后在这些圆曲线之间用回旋曲线或直线连接，构成完整的道路中心线。线元法是首先确定一系列基本元素段，设计路中线的最后位置和形式，根据这些基本元素来确定。这里的基本元素指的是直线和圆曲线。缓和曲线不作为独立的基本元素，而只是圆曲线的附属部分。如果在学习的时候把这三种方法都作为重点，不分主次，很难达到良好的教学效果。

四、结语

随着CAD技术在公路行业应用的不断深入，这项技术所占据的地位会越来越重要。只有注重理论与应用相结合，侧重于学生应用能力的培养，采用合理的教学方法和教学模式，才能真正激发学生学习的积极性和主动性，从而提高教学效果。

参考文献：

[1]杨宏志，于娇，许金良.道路工程CAD[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]刘敏，罗威.高职《建筑CAD》课程教学改革探讨[J].课程教育研究，2015，（6）.

[3]潘兵宏，张弛.公路路线计算机辅助设计与实例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4]朱照宏，符锌砂，李方，方守恩.道路勘测设计软件开发与应用指南[M].北京：人民交通出版社，2003.