于沛鑫，劉靜娜

(1.天津農(nóng)學(xué)院 園藝園林學(xué)院，天津；2.天津理工大學(xué) 天津市先進機電系統(tǒng)設(shè)計與智能控制重點實驗室，天津；3.天津理工大學(xué) 機電工程國家級實驗教學(xué)示范中心，天津)

一 引言

《計算機輔助設(shè)計CAD》作為環(huán)境設(shè)計專業(yè)的核心專業(yè)課之一，在本科培養(yǎng)方案中占有重要的地位。本門課程的主要培養(yǎng)目標是使學(xué)生具備基本的制圖理論知識，掌握制圖規(guī)范與標準，以及掌握城市環(huán)境景觀設(shè)計、室內(nèi)設(shè)計、居住空間設(shè)計、商業(yè)空間設(shè)計、城市綠地規(guī)劃設(shè)計、社區(qū)環(huán)境改造、鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)境景觀設(shè)計的制圖技法[1-3]。本門課程的授課形式為教室面授結(jié)合機房上機實踐。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)+、虛擬云桌面等先進技術(shù)不斷地引入到教學(xué)過程中，計算機輔助設(shè)計CAD的教學(xué)質(zhì)量將會顯著提高，培養(yǎng)出更多能夠解決復(fù)雜環(huán)境設(shè)計問題的應(yīng)用技術(shù)人才。

二 《計算機輔助設(shè)計CAD》課程存在的問題

《計算機輔助設(shè)計CAD》這門課程在當前的培養(yǎng)方案中排在第2學(xué)期授課，主要目的是為了后續(xù)的設(shè)計類專業(yè)課《室內(nèi)空間設(shè)計》《建筑設(shè)計方法》《景觀設(shè)計方法》打下基礎(chǔ)。為了讓學(xué)生能夠在學(xué)習過程中熟練應(yīng)用AutoCAD軟件表達設(shè)計思想與創(chuàng)意，本門課要求學(xué)生必須掌握AutoCAD軟件中與室內(nèi)裝飾設(shè)計、家具設(shè)計、景觀設(shè)計相關(guān)的功能。然而由于藝術(shù)類本科生不具備工程圖學(xué)基礎(chǔ)知識，計算機基礎(chǔ)應(yīng)用技能也參差不齊，所以不同學(xué)生對AutoCAD制圖技法的理解程度有較大的差距[4-5]。通過調(diào)查問卷與隨機訪談發(fā)現(xiàn)，在有限的教學(xué)課時內(nèi)仍有部分學(xué)生表示很難熟練掌握AutoCAD制圖技法?？偨Y(jié)調(diào)查問卷與隨機訪談結(jié)果發(fā)現(xiàn)問題主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

首先，學(xué)生抽象思維較差。學(xué)生根據(jù)設(shè)計尺寸要求可以繪制設(shè)計圖紙，但是無法主動將設(shè)計意圖在圖紙上表達出來。在課堂上實例講解過程中學(xué)生普遍可以理解線條的含義并繪制出準確的圖紙。但是在自行設(shè)計圖紙時沒有抽象思維概念，將三維實物轉(zhuǎn)換成二維線條繪制時不符合制圖標準規(guī)范。

其次，實驗課時有限。本門課總學(xué)時為48學(xué)時，其中理論講授12學(xué)時，上機實驗36學(xué)時。AutoCAD軟件的使用需要學(xué)生反復(fù)操作，深入領(lǐng)會每個功能的深刻含義，這樣才能達到熟練運用軟件表達設(shè)計意圖的目的。而每次實驗課均為新的實驗教學(xué)內(nèi)容，課時內(nèi)無法完全消化實驗的內(nèi)容。另外實驗課內(nèi)學(xué)生遇到的問題較為分散，實驗指導(dǎo)教師無法解答所有學(xué)生的問題，更無法掌握每位學(xué)生的學(xué)習進度，難以實現(xiàn)形成性評價。

再次，機房實驗用計算機不便于制圖創(chuàng)作。實驗機房針對所有專業(yè)開放，學(xué)生只能在固定的課時內(nèi)進行實驗。下課后實驗思路被打亂，絕大多數(shù)學(xué)生表示課后自行實驗會重新開始創(chuàng)作浪費了大量寶貴的時間。

本門課的教學(xué)重點熟練運用AutoCAD軟件進行環(huán)境設(shè)計創(chuàng)作。針對以上問題，我們引入了虛擬云桌面教學(xué)平臺并開展線上線下混合式教學(xué)模式。以形成性評價作為部分考核標準，最終實現(xiàn)所有學(xué)生均能達成畢業(yè)要求的目標。

三 基于虛擬云桌面的線上線下混合式教學(xué)方案

（一） 虛擬云桌面系統(tǒng)硬件架構(gòu)

虛擬云桌面系統(tǒng)擁有1臺雙路云桌面服務(wù)器共20個CPU核心，96GB內(nèi)存，可以滿足一個教學(xué)班30名同學(xué)的實驗需要。另有一臺雙路云桌面管理服務(wù)器，負責云桌面系統(tǒng)的通信，負載平衡，用戶管理，互聯(lián)網(wǎng)接入等工作。指導(dǎo)教師可以通過VCSA服務(wù)器實時查詢在線同學(xué)的實驗時間、實驗內(nèi)容以及實驗歷史得分，真正做到了持續(xù)跟蹤學(xué)習進度。本專業(yè)擁有獨立的自習教室，可以保證每天開放14個小時，學(xué)生可以充分利用自己的課余時間。另外，學(xué)生除了可以用筆記本電腦登入云桌面系統(tǒng)以外，還可以借助平板電腦、手機等移動終端接入進行操作。本門課所使用的虛擬云桌面系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 虛擬云桌面系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

（二） 理論教學(xué)方面

由于理論教學(xué)時長有限，《計算機輔助設(shè)計CAD》這門課程涉及到的先修課程及制圖注意事項又比較多，如果學(xué)生先修課程基礎(chǔ)薄弱的話那么課堂理論教學(xué)內(nèi)容很難在課內(nèi)完全消化。線上、線下混合教學(xué)能夠充分利用起來學(xué)生的課前、課后的業(yè)余時間。在課前，學(xué)生通過回顧先修課程的內(nèi)容達到鞏固基礎(chǔ)的目的，然后觀看中國MOOC網(wǎng)站上《AUTOCAD建筑室內(nèi)制圖》對應(yīng)章節(jié)的視頻講解完成課前預(yù)習。課堂上，在理論課教學(xué)中，指導(dǎo)教師根據(jù)重點、難點以及學(xué)生在觀看視頻時反饋的普遍問題進行深入地、有針對性地講解，同時拓展相關(guān)知識點到真實的應(yīng)用案例中。課后學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習進度再次反復(fù)觀看教學(xué)視頻并自行查找相關(guān)資料，鞏固所學(xué)知識點，拓展實戰(zhàn)需求。教學(xué)的重點是借助計算機輔助設(shè)計手段實現(xiàn)設(shè)計工作，而不是讓學(xué)生掌握軟件的操作技能[6-7]。

線上線下混合式理論教學(xué)流程圖如圖2所示：

（三） 實驗教學(xué)方面

實驗教學(xué)是計算機輔助設(shè)計這門課程的重中之重，是衡量學(xué)生畢業(yè)達成度的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生在完成實驗后教師可以即時通過手機、計算機登入云桌面系統(tǒng)并進行打分。學(xué)生可以根據(jù)評語反復(fù)練習修正自己出錯的地方并改正，直到完全領(lǐng)會教學(xué)內(nèi)容，而不是通過一次實驗的得分就區(qū)分學(xué)生的學(xué)習效果[8-10]。以第2章室內(nèi)設(shè)計CAD為例，制圖規(guī)范及標準是本實驗的重點與難點，也是在實際應(yīng)用中的重點與難點。在本次實驗中，具體要求學(xué)生掌握的知識點有：

1.圖紙幅面與標題欄。

2.圖線、字體的確定。

3.比例、尺寸的標注。

4.平面圖、立面圖、頂棚圖繪制。

其中標題欄、比例尺的確定很容易出現(xiàn)錯誤，一次實驗的結(jié)果并不能持續(xù)反映出學(xué)生掌握的程度，必須要反復(fù)練習才能形成標準的制圖習慣。云桌面系統(tǒng)記錄每位學(xué)生每次實驗的時長、重復(fù)出錯的次數(shù)、實驗得分以及達到及格時的實驗次數(shù)，以此推斷該名同學(xué)對知識點的領(lǐng)悟能力以及實驗操作能力。

基于虛擬云桌面系統(tǒng)的實驗課開展方案圖3所示。

四 教學(xué)執(zhí)行過程

指導(dǎo)教師在實驗課前一天群發(fā)推送消息，指明重點和難點，學(xué)生就可以嘗試在虛擬云桌面下進行實驗。在實驗過程中，教師著重講解學(xué)生普遍出錯的地方，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書進行操作，并提交到評分軟件通知指導(dǎo)教師進行評分。評分系統(tǒng)中學(xué)生提交實驗結(jié)果界面如圖4所示。軟件會記錄每次提交實驗結(jié)果的所有的信息，并最終生成統(tǒng)計數(shù)據(jù)。由于基于虛擬云桌面的操作進度不受課時影響，課堂上完不成的內(nèi)容只能在課余進行解決，下課后學(xué)生依然可以在其他接入點進入云桌面并繼續(xù)完成實驗。除此之外，在課余實驗中學(xué)生還可以加入分組討論，根據(jù)設(shè)計思路討論制圖方案，使學(xué)生充分領(lǐng)會實驗設(shè)計的內(nèi)涵。

圖4 計算機輔助設(shè)計CAD評分軟件學(xué)生提交文件界面

五 教學(xué)效果

《計算機輔助設(shè)計》這門課為專業(yè)必修課，選課對象為環(huán)境設(shè)計專業(yè)本科生，一次開課人數(shù)為60人左右，分兩班進行分班教學(xué)。我們自行搭建的虛擬云桌面系統(tǒng)可以同時流暢運行30臺虛擬客戶機，完全可以滿足一個教學(xué)班的學(xué)生同時在線實驗。課余時間較為分散，目前并沒有形成超過30人同時在線進行課后實驗的服務(wù)器過載現(xiàn)象。

在教學(xué)效果跟蹤方面可以發(fā)現(xiàn)，如果學(xué)生在完成實驗作業(yè)后的短時間內(nèi)得到批閱報告，趁著對知識點短期記憶還很清晰的情況下不斷修改實驗內(nèi)容，可以更加深入地理解、鞏固知識點。相比而言，傳統(tǒng)情況下班長收集好實驗報告，轉(zhuǎn)交由指導(dǎo)教師批閱，再返回給學(xué)生查看、改進的方法，大量的學(xué)生對當時做的實驗沒有深刻印象，甚至是忘記如何操作的。因此，對批語也就不會特別在意，很難產(chǎn)生持續(xù)改進的作用，對學(xué)生的成長也沒有意義。

從教師端可以檢測到的學(xué)生實驗平均持續(xù)操作時間和平均重復(fù)操作次數(shù)。從實驗時間來看其中實驗1較為簡單，但是入門實驗重復(fù)次數(shù)比較多；實驗3為最困難，持續(xù)時間最長，但是隨著操作成功的次數(shù)的增加，重復(fù)實驗次數(shù)屬于中位數(shù)。虛擬云桌面可以帶動學(xué)生對先修課程進行回顧。以實驗2“建筑室內(nèi)設(shè)計方案繪制”為例，實驗要求進行房型改造，繪制平面布局圖、地面鋪裝圖、吊頂燈具圖以及房屋墻體、柜子等立面的繪制。這個實驗的順利進行需要學(xué)生掌握先修課程中室外設(shè)計表現(xiàn)技法、透視技法、構(gòu)成、色彩。這些內(nèi)容在第1學(xué)期進行，經(jīng)過一學(xué)期學(xué)生普遍表示對知識點的印象已經(jīng)很模糊了。如果在課堂上重復(fù)講解的話，那課時就會明顯不夠用。如果不回顧，只是照實例進行圖紙的繪制又無法達到掌握計算機輔助室內(nèi)設(shè)計能力訓(xùn)練的目的。將對應(yīng)的內(nèi)容以慕課的形式提前內(nèi)置于虛擬云桌面系統(tǒng)，鏈接來自中國大學(xué)MOOC中西北農(nóng)林科技大學(xué)的《畫法幾何與陰影透視》課程。學(xué)生在實驗過程中可以隨時回顧知識點。由此，學(xué)生掌握的效率特別高。不僅對本門課程的理解有支撐作用，對先修課程知識點也是良好的鞏固的過程。

六 結(jié)語

虛擬云桌面實驗平臺在《計算機輔助設(shè)計CAD》課程教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用能夠使環(huán)境設(shè)計專業(yè)學(xué)生實現(xiàn)了在學(xué)習時間和學(xué)習空間上的擴展，充分體現(xiàn)出新時代MOOC+SPOC的教學(xué)理念：任何人在任何時間、任何地點可以學(xué)習任何知識。在校生可通過校園網(wǎng)接入虛擬云實驗平臺，不需要固定的實驗時間，對個別教學(xué)重點和難點也可以進行反復(fù)學(xué)習，深入分析與思維拓展[11-13]。同時學(xué)習過程并不需要固定的場所，不必安排實驗人員。這種不限時的實驗平臺能夠極大地利用學(xué)生的課余時間，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習的積極性。另外，學(xué)生也可以跟蹤自己的學(xué)習進度，發(fā)現(xiàn)自己的薄弱環(huán)節(jié)，鞏固夯實基礎(chǔ)知識，帶動知識領(lǐng)悟慢的同學(xué)不斷進步，最終滿足畢業(yè)達成要求。這是對當前OBE人才培養(yǎng)理念的精準實踐，使每位同學(xué)都能夠達成畢業(yè)要求，真正做到了關(guān)注每位同學(xué)進步的過程，為新文科人才培養(yǎng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。