专业教学过程中融入三维CAD的探索和实践
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作者:张秀明 乔亮
摘要：Auto CAD是目前国际上广为流行的绘图工具，它可以用于绘制二维制图和基本三维设计，广泛应用于土木建设、工程制图等方面，也可以应用于机场建设和管理中。在机场净空课程教学过程中，没有相关图形软件的支持，学生普遍存在理解困难，计算能力和应用能力无从实现的情况，通过探讨和实践，选择Auto CAD软件作为辅助教学工具，取得了良好的效果。
关键词：机场;机场净空;Auto CAD;教学过程
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）39-0161-02
Auto CAD是目前国际上广为流行的绘图工具，它可以用于绘制二维制图和基本三维设计，无须懂得编程，即可自动制图，因此广泛用于土木建筑、装饰装潢、工业制图、工程制图、电子工业、服装加工等多个领域。高职教育旨在培养实践性人才，培养目标是以学生的能力为中心，以理论知识的“必须、够用”为尺度。我院目前开设Auto CAD课程的专业主要是飞机机电维修、飞机结构维修等，开设课程的目的是使学生掌握飞机零部件的结构、尺寸和比例关系等，CAD以其标准化的制图过程成为学生学习的良好辅助工具;而其他专业则没有开设专门的CAD课程。在教学实践过程中，笔者发现机场类专业的教学过程非常需要相关标准制图的辅助。对高职学生来说，他们不需要掌握较深的计算机程序开发知识，只要能快速准确地在电脑上绘制CAD图即可，对他们理解课程、开发绘图技能和提高工作实践能力都有裨益。
一、课程中存在的问题
以《机场净空技术与管理》课程为例，该课程旨在培养民航机场场务专业学生对机场周边环境控制、机场净空管理所需的基础理论知识及操作技能。机场净空管理的具体知识则是建立在机场净空的概念上，广义的机场净空指机场周边一个适航、安全的空域，在这一空域中，不仅没有超高的固定障碍物，也没有电磁干扰、鸟类、超高树木、漂浮物、烟雾粉尘、灯光、施工机械、车辆等影响飞行安全的事物。其中鸟类、树木、漂浮物、烟雾粉尘及施工机械等主要涉及一个管理的概念，范围要求相对不太精确。但其中机场障碍物限制面对于机场周边固定障碍物的限制，电磁干扰部分导航设施对于保护区的要求则是有范围、有高度的立体空间，需要精确到厘米计量。1999年，国际民航组织（ICAO）给出了障碍物限制面，包括起飞爬升面、进近面、内水平面、锥形面、过渡面、复飞面、内进近面和内过渡面的概念和技术参数。我国是ICAO的一类常任理事国，我国机场的修建、管理和使用都要遵循ICAO以及附件的相应规则，同时这些障碍物面的要求也写进了我国民航法律法规中，限制面有效保护了航班在起飞、进近、落地、复飞和盘旋过程中的越障安全，因此是各个机场净空管理工作的重要内容。因为这些障碍物限制面的尺寸和坡度与所在机场的飞行区等级和跑道类别相关，因此技术参数复杂，再加上三维立体面对学生空间想象能力的要求，导致教学进展困难，同时影响后续净空审核部分的开展。主要问题集中在：（1）学生理解困难;其中对于起飞面、进近面和内水平面这种形状规则的面，学生基本可以理解，并能准确描述;但是对于锥形面、过渡面这种形状不规则的，边界由其他面交汇而成的，需要结合多个面来理解其位置的面，学生普遍存在想象不出、描述不准确的问题;（2）由于理解困难和课程特点，学生感觉课程枯燥、不想学;（3）理解力相对较好的学生也会普遍反映参数较多，课后记不住;例如进近面共有三个坡度组成，每段的坡度都不同;（4）障碍物面部分的讲解是为实际工作中净空审核服务的，学生必须在准确理解并记忆障碍物面的基础上，才能运用比例关系、函数关系计算障碍物超高问题，这一部分基础不扎实的结果就是计算环节出错而且学生很难发现问题。
二、三维CAD实践的引入
针对课程中出现的各种问题，自课程开设之初，笔者就开始尝试各种方式加深学生的理解和实践能力，例如尝试了模型制作、手工图纸绘制等，相对于传统的课堂授课方式，效果得到了显著提升。这些实践活动对时间、场地和材料的要求比较高，这就要求在教研活动中相关课程的任课教师要集思广益，探讨更好的教学方式，经过多个软件的比较，例如Sketchup、3DMAX、AutoCAD等，最终选用AutoCAD软件进行辅助教学。CAD软件针对我们的课程和学生未来的工作岗位，更多的是强调“必须、够用”，该辅助教学课程的开设，除了能够支持学生对《机场净空技术与管理》课程的学习，同时也支持其他相关课程如《飞行区场地维护基础》、《工程测量实践》、《飞行区道面》等。在教学实践中，课程设置在理论教学中期，上机课时安排约20学时，课程采用讲授与上机实践相结合的教学模式，采用软件版本为Auto CAD 2007，教学内容主要为Auto CAD操作基础、基本二维图形绘制、三维绘图教学内容与机场障碍物限制面的绘制实践。课程考核的最终形式为平时成绩+最终成果，最终成果需要提交完整版4E级机场净空图一套。
三、心得及收获
两个学年课程的实践表明，不仅学生学习效果大幅度提高，而且之前的疑点难点也成了兴趣点，甚至有学生反映希望增加实践部分的课时，在理论课的期末考核中，计算题从没有开设之前的正确率不足40%提高至目前的80%左右，达到了课程要求。学生的提高表现在以下方面：
1.实例教学，体现了专业特点，培养了学生的兴趣和信心。在课程实践过程中，以全国机场的真实数据为基础，依据学生兴趣选择某一具体机场，具体参数由学生验算得出，教师审核后上机绘制，保证了每个学生成果的独特性和可复制性，在能够独立绘制一个机场的前提下，多条跑道、多个机场的绘制都能完成。此外，三维立体效果的展示有效提升了学生的兴趣，相对于书本上的平面化參数，学生的成就感可以得到极大满足，而且在此过程中，学生对反复核对过的数据加深了记忆，不会出现学完即忘的现象。 2.教学内容精选，满足实际工作需要。CAD在工程类院校中是一门单独的课程，课时较长，内容涉及很广，需要单独指令的反复训练和功能界面的详细讲解。而在我院的教学过程中，如何将基本的操作和功能在实际运用中介绍给学生，是教师授课的难点。相对于机械制图的复杂，机场的平面结构是比较简单的，因此在二维图形绘制部分，通过绘制机场、升降带、导航台位置、标志标线等直接培养学生的动手能力，用到哪些指令讲解哪些指令，用到什么界面讲解什么界面，以满足实际工作需要為主。
3.培养了学生创新能力。在三维障碍物面的绘制过程中，同一个图形效果可以通过多种指令来实现，比如可以通过“剖切”、“拉伸”、“差集”等实现。在授课过程中，教师通过一种方式的演示，鼓励学生使用多种方式来实现。学生通过自己的思考和实践，成功实现理想中的效果，有效培养了创新能力。
4.未来技能拓展。在课程的结尾部分，通过地理信息系统数据叠加、EXCEL表格插入、程序设计语言二次开发的演示，让学生意识未来需要学习更多内容，才能掌握好一个软件，满足工作需求。
随着现代化数字机场的建立，机场的各项工作对从业人员的素质和技能提出了更高的要求，因此在学生的培养过程中，教师必须紧跟岗位的需求，培养有学习能力、创新能力和良好适应能力的人才。本文抛砖引玉，从岗位新需求出发，探索和实践课程中融入三维CAD的辅助教学过程。对于其他课程的教学设计，我们还要多加探索，为培养更多满足国家民航发展需求的人才而努力。
参考文献：
[1]方利国.基于工程实战的CAD课程混合模式教学改革探索[J].广州化工，2005，（3）：207-209.
[2]国际民用航空组织.附件14[Z].2013（07）.
Exploration and Practice of Integrating 3D CAD into Professional Teaching
—Taking Airfield Service Specialty as an Example
ZHANG Xiu-ming，QIAO Liang
（Guangzhou Civil Aviation College，Guangzhou，Guangdong 510410，China）
Abstract：Auto CAD is an international drawing tool.It can be used for two-dimensional drawing and basic three-dimensional design.It is widely used in civil engineering，engineering drawings and other disciplines，as well as in airport construction and management.In the process of airport clearance teaching，without the support of relevant graphics software，students generally have difficulties in understanding，calculation and application.Through the discussion and practice，the teacher finally chosen the Auto CAD software as an assistant teaching tool，and obtained good results.
Key words：airport;airport clearance;Auto CAD;teaching process
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