摘 要：如果将CAD课程的知识框架限定于具体制图软件内，容易使学生陷入“只见树木不见森林”的学习状态，影响学生对软件工作机制的了解、软件的灵活掌握以及对学生创新能力的培养。从矢量图、二次开发、CAD与BIM的关系等方面扩展CAD课程的知识结构；在教学实践中强化位图图像和矢量图形概念以明确课程学习的逻辑主线；以AutoCAD软件的简单二次开发示例为契机，加深学生对软件内在知识的理解。通过阐述建模中二维与三维的相互依存关系阐明CAD与BIM技术的关联，为学生学习BIM建模做好知识储备。
关键词:创新能力培养;矢量图形;二次开发;
1 引言
CAD课程对于学生创新能力培养很有帮助，很多文献都介绍了CAD教学与学生创新能力培养的关系[1]。工程制图是工科学生必备的技能之一，CAD课程也是工科教育中重要的基础课程。
目前CAD课程的教材多是围绕某一种计算机制图软件的功能展开，但当CAD课程仅教授某款软件如何绘图时，学生容易忽视其背后的知识逻辑，造成软件教学内容受限于功能，仅将CAD课程理解为制图工具软件的学习，忽视软件开发等相关功能，“知其然，不知其所以然”，对学生的主动思考和创新教育能力培养不够。
作者结合教学实践，强化课程知识，梳理课程主线，有意识地进行知识扩展，为培养学生创新能力做铺垫，以期提高学生分析问题、解决问题的综合能力，获得更好的教学效果。
2 CAD课程教学的总体设计
在CAD教学实践中，理论知识点非常重要，需要提纲挈领、理清概念，让学生更深刻地理解知识要点。对CAD课程而言，除常规软件操作相关的理论之外，可从前导课程知识引入、课程逻辑主线梳理、知识边界划分、知识要点总结、学习方法引导等五个方面进行设计。
①前导课程知识引入。将已有知识，尤其是工程制图、计算机基础等知识进行衔接，同时阐述本课程的主干内容，承上启下、激发学生学习兴趣。
②阐述本课程的逻辑主线。确保精度条件下通过计算机辅助的手段提高工程图纸的绘制效率，整个课程中，基本绘制命令是以数学为基础的适应计算机的工作模式，其他的编辑功能，如复制、阵列、镜像，高阶功能如样式设置、图层管理、图块管理、文件管理等功能，都是在提高绘图效率。课程的各知识单元都有逻辑主线，对学生们理解课程知识，具有非常重要的引导作用。
③知识边界划分。与其他相关课程的内容辨析，以阐明本课程的重点。如CAD制图，与前导的工程制图、后续BIM建模、相关的机械制图等课程有相关性和异同点，与专业制图课程关系密切，在教学实践中，专业制图课与CAD课程的融合，也有很好的效果[2,3,4]。
④知识要点总结。可以作为创新能力培养较好的切入点，在这一部分建议涵盖矢量图形、CAD软件二次开发、CAD与BIM技术的关系等理论性、创造性较强的内容，下文将对此内容进行详细阐述。
⑤学习方法引导。CAD制图课程是一门实操性很强的课程，建议引导同学们多动手、多思考，“在学中做，在做中学”，熟练运用制图软件，但在思维上不要拘泥于软件现有的功能。
3 面向创新能力培养的授课要点
当教育者在设计课程时，需要有意识的增加相应元素或内容，以增强课程的创造性培养效果[5]。为了适应新时代的培养目标，让学生们从会用软件到理解软件、具备二次开发潜质，在常规内容之外，建议增加位图图像和矢量图形、CAD软件二次开发、CAD与BIM技术的关系。
3.1 位图图像和矢量图形
CAD课程与图形学的关系密不可分。CAD课程涉及到“计算机的应用如何帮助人们提高制图效率”，与“图”的存储和“矢量图形与位图图像”概念成为了教学的重点。矢量图形与位图图像的直观区别在于，位图图像随着图像放大将变得模糊，而矢量图形不随图形缩放而失真。CAD制图的成果一般情况下都是矢量图形。矢量图形中的图形元素，其存储方式在于关键点坐标和形状函数，故而在放大时才能保证不失真。以上这些特点，与CAD技术的“精度高”“图形数据便于使用”等优点息息相关。
建筑工程类相关专业对于图像处理知识涉及很少，在CAD制图中，矢量图形是基本的知识要素，如果不解释矢量图形的原理，就难以解释为什么CAD制图的成果在缩放后不失真，CAD制图的“精度高”“图形数据便于使用”等优点就无从谈起，也无法解释二维图形编辑中，曲线绘制时需通过命令声明曲线类型（如圆、圆弧、样条曲线），而不能做到对于任意函数的线型（如抛物线）进行直接绘制（因为在软件中没有某个函数类型时，无法计算该曲线上各点的坐标，就无法直接绘制该类型的曲线）。
从课堂效果来看，学生充分了解了CAD的强大能力与技术限制，显著地增强了对“计算机辅助制图”本质概念的理解，也为绘制复杂图形提供了解决思路。
3.2 CAD软件二次开发
软硬件的二次开发能力，是学生创新能力的重要体现，借助二次开发技术，可将自己的想法形成切实的创新成果，对学生的创新教育有着重要的积极作用。
CAD二次开发是必要的，也是可行的[6]。教学时，在矢量图形概念的基础上介绍二次开发的相关知识，给学生们演示由二次开发形成的快捷绘图成果，激发学生的兴趣并引导学生积极尝试，为学生在大学生创新活动中提供良好的知识和技术支撑。
以AutoCAD 2019为例，在其帮助文档中可以查看具体的API类型。Au⁃toCAD软件提供了丰富的应用程序接口（API），如AutoLISP、ObjectARX等。在CAD教学中，为帮助解决学生在软件安装、调试不熟悉时遇到的问题，可以采用AutoCAD内置的AutoLISP语言进行介绍和演示。可以提供简单示例给学生介绍其语法结构，并介绍二次开发API资源（如在AutoCAD帮助文档中搜索“关于支持的编程接口”即可查看）。以文件导入代码的形式为例，使用以下教学案例展示AutoLISP代码：
①在D盘存储一个文件，如D:\files\morelisp\newfile2.lsp，该文件为AsciI格式，可以用记事本打开和编辑，其中内容为：
(setq dRadius 300)
!dRadius
(command"circle""0,0"dRadius)
②在AutoCAD软件的命令行执行
(load"d:/files/morelisp/newfile2")
③AutoCAD软件弹出提示框，此时点击“加载一次”
④将在软件绘图区，看到一个半径为300的圆被绘制出来了，如图2所示。
在此示例当中，能够为学生展示参数定义（setq dRadius 300），注释（!dRa⁃dius），命令执行(command"circle""0,0"dRadius)，同时完成了代码的加载与执行的全过程。由此可以加深学生对于AutoCAD程序执行的理解，有助于积极思考根据自己的需求更好地发挥二次开发的作用，培养创新能力。并通过布置相关的任务，为学生提供实操的机会，加深理解。
3.3 CAD与BIM技术的关系
BIM技术[7]经历了多年发展，被普遍应用。拥有三维模型是BIM技术的显著技术特征，但其技术核心是建筑信息的组织形式，三维模型只是某些构件特定信息的存储表达形式，即构件的三维几何信息。很多BIM建模软件，如Revit，在完成建筑物的三维建模后，亦可以实现二维图纸的自动生成。
CAD技术对应的二维绘图是BIM技术无法替代的。由于三维显示的特点导致很多尺寸在图上无法直接标识和测量，需要转到特定平面进行尺寸标识，很多三维形体在设计阶段，仍是依靠二维图形进行定义。例如，锥台、梯形台的定义，需要由上表面和下表面两个平面内的二维图形定义。因此CAD技术仍是工程设计和施工图纸绘制中不可或缺的，并且在BIM的技术生态中也发挥着重要作用。通过阐述CAD和BIM的关系，可以帮助学生了解CAD课程的必要性，并区分CAD课程和后续BIM建模课程的知识边界，有利于更清晰的理解CAD课程的学习任务，同时加强学生对于技术升级、技术衔接的理解，增强学生创新思维和创新能力的培养。
4 结语
CAD课程为学生提供了良好的创新能力培养平台。可将CAD制图课程的逻辑主线总结为“确保精度条件下，通过计算机辅助的手段提高工程图纸的绘制效率”。教学实践表明，在CAD课程的教学中，增加位图图像与矢量图形、CAD二次开发、CAD与BIM的关系等授课要点，可以提高学生的学习兴趣，扩充知识结构，梳理知识脉络，培养学生的创新能力及提升综合素质。
[1] 刘颜子.基于学生创新能力培养的CAD教学策略研究[J].信息与电脑(理论版).2016(05):232-233.
[2] 王婷婷.计算机辅助绘图与“建筑工程制图”教学[J].科教文汇(中旬刊).2020(10):77-78.
[3] 张宏泽.工程制图与AutoCAD融合教学思路探讨——以梧州学院为例[J].科技视界.2021(28):1-4.
[4] 张越.园林制图与计算机辅助制图课程教学改革与研究[J].黑龙江农业科学.2020(07):119-120.
[5] 刘平升,衣新发.创造性课程设计的七个原理[J].陕西教育(综合版). 2021(12):34-35.
[6] 王富林,曾晟,孙冰.基于AutoCAD二次开发的数字采矿设计教学与实践[J].中国现代教育装备.2015(23):75-77.
[7] 彭慧纯,沈嵘枫BIM技术在我国工程项目进度管理中的进展[J]安徽建筑2021,28(09):160-162.