高等職業(yè)教育圖學教學創(chuàng)新實踐

楊鵬 楊道富

摘 要 圖學教育是研究、傳承人類文明發(fā)展、創(chuàng)新的基礎(chǔ)平臺，是高等職業(yè)教育重要的基礎(chǔ)學科。黃河水利職業(yè)技術(shù)學院在高教杯全國大學生成圖創(chuàng)新大賽中取得優(yōu)異成績，與學校重視圖學教育，創(chuàng)新圖學教學，運用科學計算可視化教學手段、虛擬現(xiàn)實教學手段、建筑模型教學手段、同步建模教學手段、裸眼三維圖形教學手段、制造業(yè)3D打印教學手段密不可分。

關(guān)鍵詞 高等職業(yè)教育；圖學教學；教學手段

中圖分類號 G718.5 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2015）11-0023-03

在第40個“國際掃盲日”，聯(lián)合國把“不會讀圖和使用計算機”新定義為“功能型文盲”。“圖乃源于萬物之形，圖之源與宇宙同生并存。文字源于圖，數(shù)也源于圖。世界5大古文明中心的漢字象形文字、古埃及象形文字、中美洲瑪雅象形文字、古印度印章象形文字、蘇美爾楔形象形文字等都來源于圖。”[1] 由此看來，圖學是象形文字、科技文化的起源，也是表達形態(tài)、展示結(jié)構(gòu)、核定尺度、推理計算的形象化和量化的工具。圖學教育與人類文明的發(fā)展緊密相連，是研究、傳承人類文明發(fā)展、創(chuàng)新的基礎(chǔ)平臺。圖學與其他學科一起持續(xù)不斷地記錄著人類社會發(fā)展的文化軌跡。隨著科技的發(fā)展，圖學描述、記載、儲存信息的途徑、方法、手段不斷更新演變，在此大背景下，高等職業(yè)教育各類專業(yè)的圖形表達要做到“科學、合理、正確、完整、清晰、簡潔”的圖學展示和規(guī)范應(yīng)用。

一、高等職業(yè)教育圖學概念梳理

現(xiàn)代漢語詞典認為，文學是以語言文字為工具形象化地反映客觀現(xiàn)實的藝術(shù)[2]，數(shù)學是研究現(xiàn)實世界的空間形式和數(shù)量關(guān)系的學科[3]，可以推論圖學是研究展示空間事物形象特征和空間形式規(guī)律的學科。在高等職業(yè)教育范疇下，高職圖學則應(yīng)以教育為手段，培養(yǎng)展示空間事物形象特征和空間形式數(shù)量規(guī)律的高層次的職業(yè)技術(shù)人才。其學科分類如表1所示[4]。

二、高等職業(yè)教育圖學的教學創(chuàng)新

（一）科學計算可視化教學手段

科學計算可視化（Visualization in Scientific Computing）是對科學計算取得的數(shù)據(jù)進行可視化加工或三維圖形顯示。科學計算可視化涉及標量、矢量、張量的可視化，流場的可視化，數(shù)值模擬及計算的交互控制，海量數(shù)據(jù)的存儲、處理及傳輸，圖形及圖像處理的向量及并行算法等，可以廣泛用于現(xiàn)代高等職業(yè)教育圖學教學中。

（二） 虛擬現(xiàn)實教學手段

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）也稱靈境技術(shù)，被應(yīng)用到軍事、醫(yī)學、教育、科研等多個領(lǐng)域。利用計算機生成一個關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官體驗的三維空間的虛擬世界，讓參與者如身臨其境一樣。利用計算機模擬產(chǎn)生逼真的三維空間，以人們習慣的能力和方法，對這個虛擬世界進行客觀的觀察、體驗、控制甚至分析，讓使用者通過感應(yīng)裝置，自然地參與到虛擬環(huán)境中，進行逼真體驗，與之交互，提高學習效率。

（三）建筑模型（BIM）教學手段

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是近年來在建筑業(yè)出現(xiàn)的數(shù)字化建模新技術(shù)。BIM 是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進行建筑模型的建立。具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和實用性五大特點。這些建筑模型的數(shù)據(jù)在建筑信息模型中的存在是以多種數(shù)字技術(shù)為依托，從而以這個數(shù)字信息模型作為各個建筑項目的基礎(chǔ)，去規(guī)劃、組織、實施各項相關(guān)工作。

（四）同步建模教學手段

同步建模技術(shù)是在參數(shù)化、特征化建模技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興的、非常靈活的三維建模技術(shù)。同步建模技術(shù)不僅可以應(yīng)用于零件建模，還可應(yīng)用于裝配建模。同步建模是設(shè)計過程的一種改革，設(shè)計中草圖可在模型中隨時更改，用于項目方案設(shè)計和高等職業(yè)教育教學。

（五）裸眼三維圖形教學手段

裸眼三維圖形給人以真實感的圖形顯示。真實感圖形顯示技術(shù)是計算機圖形學的一個重要組成部分，能夠綜合利用數(shù)學、物理學、計算機科學和其他科學知識在計算機圖形設(shè)備上生成像彩色照片那樣的具有真實感的圖形，用于各行各業(yè)、各類職業(yè)教育教學。

（六）制造業(yè)3D打印教學手段

3D打印技術(shù)基本原理是圖形學的掃描線生成算法和層疊控制技術(shù)。三維快速打印制造技術(shù)的出現(xiàn)和普及，被視作是第三次工業(yè)革命，是由去處材料加工向疊加材料加工產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變，改變了生產(chǎn)加工產(chǎn)品的方式，適合要求工期短、精度高、需求量少的配件生產(chǎn)。

三、高等職業(yè)教育圖學教學創(chuàng)新實踐成果

“高教杯”全國大學生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽在全國具有較大影響，被教育部圖學教指委、中國圖學學會等稱為圖學競賽的“奧運盛會”。

2013年第六屆“高教杯”全國大學生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽（簡稱“高教杯成圖創(chuàng)新大賽”）舉辦，全國126所院校的170支代表隊、1214名學生、638名教師參加大賽。競賽設(shè)置機械類、建筑類、水利類、道橋類4個類別，競賽內(nèi)容分手工繪圖、計算機繪圖與建模3個部分。黃河水利職業(yè)技術(shù)學院（簡稱黃河水院）代表隊獲水利類和道橋類兩個團體一等獎，以及建筑類二等獎。水利類代表隊連續(xù)5次取得團體總分第一，道橋類代表隊連續(xù)2次總分第一。

全國機械、建筑、水利專業(yè)共有5所學校獲得3連冠，分別為黃河水利職業(yè)技術(shù)學院、河南工業(yè)大學、哈爾濱工業(yè)大學、武漢城市學院、合肥工業(yè)大學。2012年8月，上海比賽，黃河水院水利一等獎1283分，其他學校依次為武漢大學1064分、河海大學1021分、西安理工大學1017分等。黃河水院道橋一等獎1164分。2013年8月，廣州比賽，黃河水院水利一等獎1009分，以后依次為河海大學819分、西安理工大學、三峽大學、華南農(nóng)業(yè)大學、武漢大學、南昌工程學院、揚州大學、長春工程學院等。黃河水院道橋一等獎1050分，其他學校依次為東北林業(yè)大學918分、山東交通學院、三峽大學、揚州大學、華南農(nóng)業(yè)大學等。

高教杯全國大學生成圖創(chuàng)新大賽，參加學校范圍很廣，有全國（包含港澳臺）985、211、軍隊海陸空高校參加，黃河水院自2009年參加競賽以來連續(xù)5次獲得團體（5人一組）一等獎，而且每次都以總分高出第二名學校100～200分遙遙領(lǐng)先。

總之，學校根據(jù)社會需要調(diào)整專業(yè)設(shè)置，根據(jù)企業(yè)需求調(diào)整教學內(nèi)容，根據(jù)學生水平調(diào)整培養(yǎng)計劃，依托科技發(fā)展調(diào)整教學手段，跟蹤學科前沿調(diào)整教育內(nèi)涵，在圖學教學創(chuàng)新實踐方面取得了豐碩的成果。“古之學者，為學有要；置圖于左，置書于右；索象于圖，索理于書”，“若欲成天下之事業(yè)，未有無圖譜可行于世者”[5]，“一圖勝千言”， 圖學是“世界工程界的語言”[6]。圖學教育是高等職業(yè)教育的基礎(chǔ)課程之一，為此，要加強高等職業(yè)圖學教育，培養(yǎng)現(xiàn)代高端的圖學職業(yè)人才，以適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的需要。

參 考 文 獻

[1]百度百科：象形文字[EB/OL].[2014-01-02]. http：//baike.baidu.com/ view/104404.htm.

[2][3]中國社會科學院語言研究所詞典編輯室. 現(xiàn)代漢語詞典（第六版）[M].北京：商務(wù)印書館，2012.

[4]百度百科：授予博士、碩士學位和培養(yǎng)研究生的學科、專業(yè)目錄[EB/OL]. [2013-11-08].http：//baike.baidu.com/view/2470727.htm.

[5]管計鎖.20世紀90年代鄭樵目錄學思想研究綜述[J].圖書與情報.2001（3）：40-44.

[6]楊道富.國際技術(shù)交流中圖紙快速翻譯研究[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學院學報，2004（1）：34-36.