以創新設計為主導\\以圖學素養為本位的高層次人才培養模式研究

【摘要】該文通過探索以創新設計為主導、以圖學素養為本位的高層次人才培養模式，提出新型培養模式的縱向理論指導路線和橫向實際實施路線，構建符合新型培養模式的新型課程體系，全面培養理工科類學生的圖學素質，為國家、為社會輸送更多的高層次創新人才。

【關鍵詞】圖學素養;創新設計;人才培養模式

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)04—0138—05

引言

產品的整個生命周期中，從概念設計到產品分析、到加工制造、到產品的問世、乃至到產品的售后服務等等，圖形淋漓盡致地發揮出了其作為交流手段的作用。因此，圖學素養的提高就顯得尤為重要和迫切。高等院校作為孕育工程界人才的搖籃，肩負著培養高層次工程人才的重要使命，而圖學素質的培養又成為人才培養體系中的重中之重。長期以來，國內外高等院校普遍將工程圖學以一門專業基礎課的地位列入理工科專業學生培養的教育體系中。可以說，人們對于圖學的教育給予了足夠的重視。然而，由于受某些傳統觀念的束縛，圖學教學上普遍存在“重知識，輕能力”、“重書本，輕應用”、“重傳承、輕創新”的現象，主要表現在以下幾個方面:

1 目前的教學模式，普遍是向學生傳授知識，告訴學生相關知識點以及具體例題的解法等，這在很大程度上限制了學生的創新思維能力，培養出來的學生往往是好的“學”者，對于類似的題目肯定會做，可是往往題目稍微變動一下，“學”者即不知緣何。

2 普遍是就課論課，沒有將相關的知識進行有效的拓展，致使學生學了本門課程，就知道本門課程，知識面單一，稍一延伸，即不知所措。

3 普遍重視課本的理論知識，按照教材內容講解，從理論到理論，而忽略了學生的實踐動手能力、實際應用的能力，學生學了大半的課程，還不知所學為何用，致使一些學生出現消極情緒:學了沒用，為何要學?

4 普遍存在教師滿堂灌，將所有的知識傳授給學生，即使是學時縮減，也只是將教學內容刪減，對于沒有刪減的內容，教師還是毫無保留地將所有知識灌給學生。學生只有被動地接受知識，對于教師講過的內容是學會了，對于沒有講過的內容，永遠不會。這在很大程度上限制了學生的自學能力。

5 計算機繪圖尤其是三維繪圖目前還屬于一個比較新的內容，然而其作用和價值是不可估量的。很多教育界人士已經意識到這一點，紛紛提出將這個新生事物融入到圖學教育當中來。然而，目前還只是將三維繪圖簡單地引入到圖學教學中來，并沒有形成完整的體系和方法將三維繪圖和圖學教學有機地結合起來，更好地發揮其作用。

基于這種現狀培養出來的學員普遍具有很好的理論基礎，具有一定的知識積累，然而他們缺乏一定的能力，包括實踐能力、自學能力、審美能力、創新思維能力[1]等等，而這些能力恰恰是創新的必要前提。新產品的問世而且能夠在市場上立于不敗之地，靠的就是創新。如果不具備一定的圖學交流能力，何以容身合作團隊之中;如果不具備一定的圖學素養和能力，何以為創新的靈感輔以一雙有力臂膀。本文力在探索以創新設計為主導、以圖學素養為本位的高層次人才培養模式，全面培養理工科類學生的圖學素質。

一 新型培養模式的總體思路綱要

新型人才培養模式以新型課程體系為教學依據，嚴格貫徹兩條基本路線:縱向理論指導路線和橫向實際實施路線。人才培養以知識傳授為根本，能力培養為導向，培養高層次創新人才為目標，分團隊進行。具體的，選取一個班作為試點。大一期間所有學生統一學習和實踐。大二初期，根據大一的學習情況以及學生的個體差異，采用互補原則構建團隊，每個團隊7～10個人，每個團隊由一名老師帶隊，重點培養。在接下來的三年時間里，嚴格按照前面提出的新型培養模式培養學生。并將這些學生的各種情況備案，在其畢業后進行跟蹤，觀其效果。

二 新型培養模式的縱向理論指導路線

新型培養模式的縱向理論指導路線以知識傳授、引導為基礎，以能力培養為宗旨，以靈感思維、創新設計為峰尖，全方位培養具有創新設計能力的高層次人才，如圖1示。

1 知識傳授、引導

知識傳授應該按縱向和橫向分層次進行，縱向求深，圖學知識要夠深、夠精、夠扎實;橫向求廣，知識面要夠寬，對于與圖學相關的或者圖學之外的知識，可以不必精通，但一定要了解，這樣才可以觸類旁通。如圖2[2]示為圖學領域的相關基礎學科及外圍拓展。在實際的教學過程中，基礎理論知識(如投影理論、制圖基礎)應重點講解，打好堅實基礎;計算機繪圖、CAD技術等應該講解部分基礎內容，引領學生入門，后續通過學生自學完成;對于其他外圍學科內容可在實際的教學過程中給予學生一定的滲透，讓其了解這些學科的存在和應用，拓寬學生的知識面。

2 能力培養

素質教育不僅要重視知識的傳授，還要注重能力的培養。能力包括很多方面，這里只介紹跟圖學及創新相關的幾種能力的培養，包括形象思維能力、實踐動手能力、自學能力、審美能力、計算機繪圖能力。

(1)形象思維能力

思維是人的大腦最重要的機能，是人類智力因素的核心。思維包括邏輯思維和形象思維。形象思維是以表象為材料的思維方式，通過在頭腦中對表象的回憶、加工、處理形成新的結論。形象思維是制圖課程學習中的主要思維方式，它可以幫助激活右腦細胞，促進右腦思維，進而促進整個大腦思維，對于提高學生創造性思維有直接幫助。在教學中堅持直觀教學原則，多使用教學實物及教具，豐富學生形象感知素材的積累;堅持以圖為主的學習原則，增強記憶效果;理論問題盡量聯系實際，使表象素材更加生動鮮明。組織學生參加社會實踐、下企業、工廠實習，更多地接觸真實的事物，促進學生的表象積累，培養學生的形象思維能力。

(2)工程實踐能力

實踐能力的獲得和增強不但是大學生全面發展的重要體現，而且是提高創新能力的前提和基礎。而“眼高手低”――這似乎是一部分大學生的通病。對于以工科為主的學校而言，對學生動手能力的培養特別重要。學生光讀死書不行，應該深入實踐，提高處理問題的智慧、思想和能力，這樣才能成大器。通過組織學生參加挑戰杯競賽、CAD認證考試、創業計劃、機械設計大賽、工程訓練等方式來培養學生的工程實踐能力。利用假期的時間，組織學生深入社會，深入企業參觀實習，提高學生的工程實踐能力。通過引導學生參與到科研中，鍛煉其實踐創新能力。

(3)自學能力

終身教育是現代的教育觀念，大學不再是終結教育，所以大學教育更應注意其基礎性。培養學生獲取知識的能力比單純傳授知識更為重要，使學生在知識爆炸的年代不斷更新自己的知識，做到可持續發展。自學能力的高低很大程度上取決于基礎知識是否扎實、知識面是否寬廣。扎實的理論基礎需要老師與學生的共同努力，老師需要做的是全面提高自己的教學技能、教學方法和手段。拓寬學生的知識面需要教師的有效引導和學生的自主學習意識。教師首先應該拓寬自己的知識面，在教學的過程中有計劃的引入相關外圍知識，拓展學生的視野。教師在教學過程中還應該有意識地培養學生的自學能力，如在講課中留有余地，徹底拼棄“滿堂灌”的做法，將一些知識留給學生自學，或者留一些小的題目給學生，要求其查閱相關資料自學完成。

(4)審美能力

在現代產品設計中，人們對于產品的審美性要求越來越高，因此要求設計的產品具有一定的設計美感。美感能促進學生的創新意識，審美能力的培養也是能力培養的一個重要目標。工程圖學課具有其獨特的審美特點:圖形特點和思維特點。圖形特點包括學理美感、應用美感;思維特點包括審美直覺，審美想象，審美聯想，審美理解。無論課堂教學還是實踐環節培養，都要有意識的引導、培養學生的這種能力。例如從學生畫的圖樣或作業中選取具有美感的例子，掛在櫥窗里，供學生們欣賞，從中發現美的因素，從而產生審美愉悅。引導學生學會觀察，通過觀察，學生們就會發現周圍到處都有美的色彩，美的情態，從而培養、提高學生感受美、鑒賞美和創造美的能力。

(5)計算機繪圖能力

廣義的計算機繪圖涉及范圍很廣，但是與機械行業息息相關的計算機繪圖包括二維繪圖和三維繪圖。擁有較高的計算機繪圖能力可以使工程人員如魚得水。培養計算機繪圖能力，最重要的是引導學生快速入門，教給學生自學的方法，教導學生要多學多練多想，并介紹計算機繪圖的相關拓展知識，以便后續深入學習。

3 創新

具備了一定深度的理論知識和寬廣的知識面，以及相關能力素質，再注入靈感思維和集體智慧，創新不再是一個口號。通過新型培養模式，為創新提供必要的理論基礎和關鍵的能力素質，并在知識傳授和能力培養的過程中時刻注重創新思維的開發，創新意識的導入，使得創新時刻貫穿于新型培養模式的整個過程。

三 新型培養模式的橫向實際實施路線

新型培養模式的橫向實際實施路線是以項目為導向、整合了相關專業的課程和實踐環節，闡述產品整個生命周期的實現過程，包括產品的設計、制造、分析、測試、裝配、銷售、維護等等，在整個項目實施的過程中論述圖學的作用、教授圖學理論知識、拓展相關外圍學科領域以及培養學生的圖學素養和能力。

具體以某一家企業的某一產品為例，介紹其整個生命周期的全過程，然后闡述工程圖學在整個過程中的用途和作用，如作為快速捕捉設計靈感的手段、作為交流設計思想的手段、作為加工制造、分析測試、售后服務的依據、作為產品改型創新設計的基本依據等，使學生認識到圖學理論貫穿產品整個生命周期，從思想上高度重視起來。繼而進行圖學理論知識的講解和傳授，圖學素質的培養和提高。整個路線分為五個階段，如圖3所示。

1 第一階段:感性認識階段

感性認識階段是指在課堂上介紹其整個生命周期的全過程，包括產品的設計、制造、分析、測試、裝配、銷售、維護等等。然后到該企業參觀實習，了解該產品的整個生命周期實際實現過程，并將該產品的生產圖樣帶回分析。分析該產品的實際工程圖樣，從裝配圖到部裝圖到零件圖，進而分析設計者的設計思想，零件的基本結構、加工制造的工藝要求等等。告知學生，通過大學四年的學習，要把該產品的整個生命周期的實現過程徹底消化、吸收，分析其優勢和不足，對于不足的方面，盡量給出改進的意見或建議。在此基礎上設計出該產品的升級版本或創新產品。

2 第二階段:知識積累階段

要把該產品的整個生命周期的實現過程徹底消化、吸收需要一定的知識積累。然而開始階段學生的知識積累遠遠不夠，這就需要不斷地學習，其中學習包括課堂學習和自主學習。除了必須修的課程之外，學生還要根據項目要求選修相關選修課程，對于學校沒有開設的課程，學生應該通過自學實現知識的積累。

3 第三階段:理性認識階段

這一階段與感性認識階段不同，感性認識階段是在學生沒有什么工程背景知識的前提下，了解產品的全生命周期過程，理性認識階段是在學生具有一定的知識積累的情況下對產品的進一步消化。指導學生利用所學知識進一步研究產品的全生命周期實現過程，包括產品的技術文檔、加工制造工藝、產品的功能實現等等。然后組織學生帶著問題再次下企業參觀實習，做到對產品的整個生命周期過程具有較深入的認識。

4 第四階段:逆向復制階段

在理性認識階段后，學生利用逆向設計的手段完成產品的逆向實現過程，包括測量、逆向建模、快速原型等等。我們學校已經具備三坐標測量機和快速原型機，以及可以用來逆向建模的軟件產品。通過逆向復制階段，可以對產品的整個實現過程作更深一步的認識，消化、吸收，為進一步的創新設計奠定基礎。

5 第五階段:創新設計階段

在完全消化吸收了產品的全生命周期實現過程后，分析該產品具有哪些不足，總結需要改進的地方，并給出自己的意見和建議，將這種意見和建議轉化為新的思想源泉，為新產品的創新設計提供原動力。具體的，通過指導學生畢業設計，完成類似產品的創新設計，包括正向設計和逆向設計，而創新可以從功能創新和外觀創新兩方面來進行。

培養模式貫穿整個大學階段，每一個階段完成不同的培養內容，具體的實際實施步驟如表1示。

四 構建新型課程體系

目前國內在圖學教育方面越來越重視，開出的課程逐漸增多。但是缺乏一套系統、規范的課程體系。往往開出的課程相互獨立，沒有延續性。因此，構建了面向相關系列課程的優化整合的、注重大學生圖學素質培養的新型課程體系。該課程體系以工程為背景，以具體產品全生命周期為導向，旨在培養學生堅實的理論基礎、寬廣的知識面，較高的工程素質和圖學素養。

1 第一層次:工程意識熏陶

組織學生到工廠參觀實習，加強學生工程意識，使學生了解工程圖樣的作用與用途。

2 第二層次:理論基礎課

開設畫法幾何、工程圖學、機械制圖等課程，學生通過學習這些課程，可以打好堅實的理論基礎。

3 第三層次:拆裝、測繪實驗課

通過拆裝、測繪實驗課，可以結合工程實際，將前期學習到的理論知識應用于實際，鍛煉學生的實際動手能力，徒手繪圖能力等。

4 第四層次:計算機繪圖課

開設計算機繪圖課，學生學習先進的繪圖技術，通過先進的手段把所學知識表達出來，大大提高了繪圖的效率，激發了學生的學習熱情。

5 第五層次:逆向設計及產品創新

當前的社會是高速發展的社會，效率和創新是國家和企業立于不敗之地的重要前提。引進、消化、吸收、創新是被證明了的新產品快速開發的有效途徑，而逆向設計與產品創新恰恰為這一目的提出的。

6 第六層次:產品正向設計和逆向設計

在畢業設計階段，通過產品的正向設計、逆向設計及創新，將整個大學階段所學知識付諸應用，為今后走上工作崗位打下堅實的鋪墊。

五 小結

綜上所述，提出了以創新設計為主導、以圖學素養為本位的高層次人才培養模式，探索并給出了切實可行的理論指導路線和實際實施路線。理論指導路線強調能力培養和素質教育;實際的實施路線以產品整個生命周期的實現過程為導向、整合了相關專業的課程和實踐環節，強調以用帶學，使得學生的學習目的更加明確。在新型培養模式下進行人才培養，不僅能夠促使學生打下堅實的理論基礎，還能拓寬養學生知識面、培養學生的各種能力和素質，包括實踐動手能力、自學能力、創新思維能力，團隊協作能力等，以達到工程圖學為設計、工程、項目、創新、交流等服務的目的。

參考文獻

[1] 王臺惠，鄧春芳.在工程圖學課程教學中加強學生創新能力的培養[J].中國高教研究，2004:78-79.

[2] 王鋼.工程圖學創新教育的思考和探討[J].農機化研究，2001:121-122.