基于成圖與建模創(chuàng)新大賽的思考

李懷健，王劍平，張 琪，黃 川，王 灝

（同濟大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092）

工程圖學(xué)是研究工程與產(chǎn)品信息的表達(dá)、交流與傳遞的學(xué)問[1]。成圖與建模是利用工程圖學(xué)理論，在實際工程錯綜復(fù)雜的對象中，按國家相關(guān)的制圖標(biāo)準(zhǔn)，用手工尺規(guī)作圖或操作計算機的相關(guān)圖形處理軟件，把對象描述出來，供人們進(jìn)行釋讀、分析、決策和施工。它是普通高等院校本科專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程[2-3]。它是工程技術(shù)人員必須具備的基本技能之一[4]。

全國大學(xué)生成圖與建模創(chuàng)新大賽以工程圖學(xué)課程為依托，由教育部高等學(xué)校工程圖學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會、中國圖學(xué)學(xué)會（原中國工程圖學(xué)學(xué)會）制圖技術(shù)專業(yè)委員會聯(lián)合舉辦了4屆，無論是參賽的地區(qū)、學(xué)校、團隊，還是學(xué)生人數(shù)，規(guī)模一屆比一屆大，影響一屆比一屆深遠(yuǎn)，已經(jīng)引起高校的工程教育、人才招聘等多方面關(guān)注。借鑒大賽的得失，發(fā)現(xiàn)問題[5]，促進(jìn)學(xué)校建立適應(yīng)當(dāng)前工程圖學(xué)教育的方法。

1 成圖與建模創(chuàng)新大賽的意義

全國大學(xué)生成圖與建模創(chuàng)新大賽競賽內(nèi)容：按機械類、建筑類和水利類3個類別，尺規(guī)繪圖和利用計算機軟件繪圖。主要反映高校在校學(xué)生的制圖基本知識、工程產(chǎn)品表達(dá)方法、國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定和用計算機某一繪圖軟件繪制圖樣的能力。它牽涉到工程圖樣的視圖、尺寸、技術(shù)要求、圖線、字體、布圖等要求。

1.1 引導(dǎo)工程圖學(xué)理論知識與實踐能力同步發(fā)展

全國大學(xué)生成圖與建模競賽，通過賽題引導(dǎo)教師在高校傳授理論知識的同時，注重學(xué)生基本功操練，熟練手工成圖技能、計算機繪圖和建模技能。強調(diào)學(xué)校對學(xué)生的理論知識、動手實踐的綜合素質(zhì)培養(yǎng)，促使學(xué)校在學(xué)生整體工程實踐能力培養(yǎng)更上一層樓。因為，成圖、讀圖都是工科學(xué)生進(jìn)入社會的實際工作中交流溝通最基本的技能，投影理論、成圖技術(shù)、建模能力是在工程競爭中立足的有力武器，是學(xué)生在大學(xué)階段要學(xué)的重要基礎(chǔ)課程之一。大學(xué)生只關(guān)注理論，脫離實踐的學(xué)習(xí)，尋找工作會愈發(fā)艱難。對于一所高校，畢業(yè)的學(xué)生大部分是要投入到工程建設(shè)的激烈競爭中去。在激烈的工程建設(shè)中，沒有扎實的基本功，不可能成為一名出色的工程師。顯然，企業(yè)對工程師的交流溝通能力的要求是工程師在合格基礎(chǔ)上具有更強的素質(zhì)要求。

1.2 促進(jìn)工程圖學(xué)課程教學(xué)改革與教學(xué)效果交流

大賽為在校的大學(xué)生提供了展現(xiàn)現(xiàn)代大學(xué)生制圖技能水平和創(chuàng)新能力的機會，也為全國各所高等學(xué)校圖學(xué)教育工作者提供了一個交流工程圖學(xué)課程教學(xué)改革，以及探索制圖技術(shù)的發(fā)展方向、學(xué)習(xí)先進(jìn)的制圖技術(shù)與手段的平臺，有效促進(jìn)工程圖學(xué)教學(xué)工作者的教學(xué)研究。

高等院校普遍受困于學(xué)生在校期間的總體教學(xué)學(xué)時數(shù)限制與應(yīng)該接受教育的信息量、知識面需要大幅度提高所需教學(xué)學(xué)時數(shù)的矛盾。工程圖學(xué)教學(xué)包括投影理論、專業(yè)制圖基礎(chǔ)和計算機繪圖3部分，工程圖學(xué)課的基本教學(xué)目標(biāo)是執(zhí)行工程圖學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會和行業(yè)協(xié)會制定的課程教學(xué)基本要求，在現(xiàn)有的學(xué)時條件下，既要保持或加強理論基礎(chǔ)教學(xué)，又要保證制圖基礎(chǔ)部分的畫圖與讀圖基本技能訓(xùn)練，因各高校的定位不同，隨之出現(xiàn)了工程圖學(xué)課程的學(xué)時數(shù)和內(nèi)容要求的差異性，為此，各所高校的工程圖學(xué)教育工作者積極探索課程改革方向。舉辦全國性成圖大賽，或?。ㄊ校┵愋?nèi)賽，比賽本身讓教師和學(xué)生既有參與學(xué)校內(nèi)的交流、學(xué)習(xí)和提高，也使教師和學(xué)生交融于參賽地區(qū)與地區(qū)、學(xué)校與學(xué)校之間的交流、學(xué)習(xí)，返回學(xué)校之后，把參賽獲得的經(jīng)驗、體會，反哺指導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)校的工程圖學(xué)課程的理論教學(xué)、成圖和建模技能，融入專業(yè)課程知識水平提高。赴賽，教師、學(xué)生需要具備較高的綜合素質(zhì)，在找到技能差距之外，教師、學(xué)生可以看到不同學(xué)校之間的差距，以及在同類專業(yè)之間進(jìn)行比較。赴賽，也使教師之間相互交流成圖、建模技術(shù)教學(xué)之道，反思學(xué)校的定位和教學(xué)效果，加快教學(xué)改革步伐和教學(xué)成果轉(zhuǎn)化。

1.3 拓寬和加深學(xué)生對工程圖學(xué)與在校學(xué)習(xí)的專業(yè)知識相互聯(lián)系和應(yīng)用

學(xué)習(xí)工程圖學(xué)這門課，這既是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，更是一門深入專業(yè)學(xué)習(xí)的課程。它不但能夠培養(yǎng)同學(xué)們的空間想象能力，更是一種最直接的培養(yǎng)未來工程師嚴(yán)謹(jǐn)求實態(tài)度的手段。一幅幅繪圖大作業(yè)，更需要同學(xué)們的那份耐心與認(rèn)真。它同時也是一門深入專業(yè)學(xué)習(xí)的課程，無論學(xué)習(xí)工程的哪個專業(yè)方向，都要靠圖紙來說話，設(shè)計師的靈感、結(jié)構(gòu)師的能力、施工的難易、材料的多少，統(tǒng)統(tǒng)體現(xiàn)在圖紙上面，看不懂圖紙，絕對不是一個合格的工程師。事實上，畫圖的過程就是對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行熟悉的過程，通過畫圖，我們能夠?qū)W習(xí)到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程中所包含的每一個知識和細(xì)節(jié)。比賽賽題體現(xiàn)出學(xué)生知識的綜合應(yīng)用能力。

2 高校在工程圖學(xué)教育中需要改進(jìn)的問題

2.1 動手能力較弱

無論是計算機建模還是尺規(guī)作圖，作為一個技能型的活動考驗學(xué)生知識掌握熟練程度。無論識圖，還是成圖，最后都要通過筆的描畫或者是鼠標(biāo)和鍵盤的操作把圖像反映出來。而將心中的圖做成紙上和屏幕上的圖的過程，對于一個優(yōu)秀的工程師來說，卻是最消耗時間的一環(huán)。目前形勢下的高校，許多學(xué)校在制訂大學(xué)生培養(yǎng)計劃時，已不能保證給與工程圖學(xué)課程以較多的學(xué)時，部分學(xué)校的工程圖學(xué)課程技能訓(xùn)練的時間只能依靠學(xué)生課外自覺安排，技能訓(xùn)練的質(zhì)量依靠教師根據(jù)學(xué)生實際接受程度進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生熟練成圖的能力沒有保證。圖紙與專業(yè)知識密不可分，工程實體繪制施工圖樣和三維建模能檢驗學(xué)生深入了解一個工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)型能力，它對一個學(xué)生的空間想象能力、協(xié)調(diào)能力和對大局的把握能力都有著全面的鍛煉。學(xué)生競賽在繪圖能力方面的差距主要體現(xiàn)在：工程圖紙看不懂，繪圖的思路不清晰，在繪圖過程中不知道如何著手；對工程圖紙的質(zhì)量要求未能成為自己的自然要求，繪圖、建模的時候就不會合理的安排比賽時間；另外，參加比賽的學(xué)生雖然是經(jīng)過層層選拔出來的佼佼者，但他們專業(yè)知識掌握不熟，綜合分析能力欠缺等，是導(dǎo)致大賽成績不理想的又一個因素。因此，在競賽中成績較好的學(xué)校，往往是這所學(xué)校對課程理論和技能兩手抓，學(xué)生學(xué)習(xí)和訓(xùn)練額外認(rèn)真投入的綜合反映。

2.2 學(xué)生計算機技術(shù)水平與成圖技術(shù)發(fā)展銜接不緊

當(dāng)今，計算機應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，各類繪圖和建模軟件不斷涌現(xiàn)，那些原來已經(jīng)占領(lǐng)市場的軟件業(yè)也在積極完善，不斷地推出和更新各種計算機繪圖軟件，這使得工程師在成圖過程中得到很大的幫助。有些軟件的進(jìn)步，可以從根本上改變工程師的整個工作流程。采用計算機成圖和處理圖像的技術(shù)已成為現(xiàn)代工程設(shè)計的主要技術(shù)手段。為適應(yīng)信息處理技術(shù)的發(fā)展，普及先進(jìn)的成圖技術(shù)，學(xué)校應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生掌握先進(jìn)的設(shè)計方法。比賽中，多款計算機軟件在建模中發(fā)揮很大的作用，也體現(xiàn)不同軟件在不同應(yīng)用方面無法比擬的優(yōu)勢。對于當(dāng)代大學(xué)生，工程圖學(xué)課程如果僅限于二維工程圖的軟件使用上，對其他繪圖、建模軟件不作介紹，學(xué)生不做調(diào)研、自習(xí)，有的甚至根本不全面了解和使用已學(xué)軟件，他們的計算機成圖與建模能力就不會有效發(fā)揮和提高。因此，行業(yè)設(shè)計成圖與建模典型軟件在學(xué)校的課程教學(xué)計劃中是否被及時納入、教師對學(xué)生在課內(nèi)課外的引導(dǎo)、工程圖學(xué)課程內(nèi)容的學(xué)時安排能否及時調(diào)整，將較多地影響學(xué)校對學(xué)生進(jìn)入工作狀態(tài)和工程師能力培養(yǎng)。學(xué)生需要自覺加強應(yīng)用性培養(yǎng)，才能適應(yīng)當(dāng)今社會對于人才的需求。

2.3 急功近利做法不利學(xué)生整體能力提高

在校大學(xué)生目前學(xué)業(yè)普遍較重，各種類型的創(chuàng)新活動和比賽很多，如：國家、省市級和校級大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃（SRTP）活動，全國大學(xué)生數(shù)學(xué)競賽、全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽、全國大學(xué)生英語競賽等10多種類型。盡管參加成圖比賽的同學(xué)熱情很高，但是，他們沒有足夠的時間、精力進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)和提高，部分學(xué)校老師則賽前針對個別參賽學(xué)生，按照比賽要求重點輔導(dǎo)、強化學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生缺少過程教育培養(yǎng)。有的學(xué)校因為教學(xué)安排中的原因，沒有把相應(yīng)的知識和實踐點落實在課程中，只是為提高參加比賽同學(xué)的成績，聘請教師花較大精力對參賽學(xué)生進(jìn)行突擊輔習(xí)，從而把大部分同學(xué)排除在渴望知識學(xué)習(xí)之外，這種急功近利取得的成果，不是舉辦比賽的初衷，對提高學(xué)校的整體實力作用不大。

2.4 賽題的團隊合作精神和創(chuàng)新性體現(xiàn)不夠

從以往比賽題目的要求來看，它注重對學(xué)生成圖、建模的熟練程度和圖面質(zhì)量方面；而對學(xué)生創(chuàng)新性的能力要求，題目的反映力度不夠，賽題評分中沒有考慮；對學(xué)生如何通過運用團隊的協(xié)作精神來完成競賽題目的要求缺失。也正因為在比賽中缺乏體現(xiàn)學(xué)生經(jīng)過創(chuàng)新性思考、構(gòu)思、推理、演繹，然后熟練地運用投影理論，高質(zhì)量地成圖和建模，以至于部分學(xué)生誤認(rèn)為比賽，主要是吃虧在缺乏強化訓(xùn)練而速度始終跟不上。由于本賽事的影響力正在逐步擴大，如何引導(dǎo)高校在講授本課程的理論知識、制圖技能訓(xùn)練的同時，更注重學(xué)生創(chuàng)新能力、相互之間的信息傳遞和團隊成員分工合作等方面的培養(yǎng)，是賽題設(shè)計者值得認(rèn)真思考的問題。

3 大力培養(yǎng)大學(xué)生圖學(xué)應(yīng)用能力

3.1 必須重視工程圖學(xué)技能訓(xùn)練

高等院校工程圖學(xué)課程教學(xué)課時偏少，特別是專門用于手工尺規(guī)和計算機動手繪圖時間亟待增加。正是我們的計算機應(yīng)用得到了普及，學(xué)時不多的工程圖學(xué)課程，只有注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代圖示方法和技術(shù)解決工程實際問題的能力，加強應(yīng)用性培養(yǎng)，才能適應(yīng)21世紀(jì)對于人才的需求[6]。

計算機繪圖、三維建模的過程變得簡單易行。為了能夠很好地增強學(xué)生對工程結(jié)構(gòu)圖樣的認(rèn)識與了解，順應(yīng)社會發(fā)展的趨勢，滿足用人單位的需求，工程圖學(xué)課程要做到使學(xué)生對工程形體空間想象能力、視圖表達(dá)能力都很好，要在理論性、針對性教學(xué)的同時，工程圖學(xué)教學(xué)應(yīng)該以加強培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代圖示方法和技術(shù)解決工程實際問題能力，有意識地反映新動態(tài)、新技術(shù)。保留必要的手工尺規(guī)繪圖訓(xùn)練，加強徒手繪圖、構(gòu)型訓(xùn)練和計算機機繪實踐，鍛煉他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，鍛煉他們分析問題、解決問題和實際動手能力，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中了解圖學(xué)的發(fā)展趨勢，為把自己培養(yǎng)成為創(chuàng)新型人才打下基礎(chǔ)。賽后，一些大型企業(yè)立即與個別競賽優(yōu)秀學(xué)生簽訂就業(yè)意向的事實證明，工程圖學(xué)教育工作者必須注重學(xué)生理論與實踐的共同發(fā)展,如圖1所示。

圖1 在教學(xué)過程中開展的構(gòu)型、圖樣表達(dá)訓(xùn)練課題

3.2 圖學(xué)教學(xué)的創(chuàng)新

1）圖學(xué)教學(xué)理念創(chuàng)新。樹立服務(wù)學(xué)校的卓越工程師培養(yǎng)總目標(biāo)，將圖學(xué)教學(xué)的知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高貫穿全過程，形成有個性的人才教育特色內(nèi)涵。作為工科類專業(yè)的高等院校的學(xué)生，必須做到理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，兩方面共同發(fā)展。完備、扎實的理論知識是畢業(yè)生進(jìn)一步發(fā)展的資本，特別是成圖能力越來越成為大學(xué)后畢業(yè)生就業(yè)的第一把鑰匙。學(xué)校要成為不但能夠培養(yǎng)工程研究領(lǐng)域的專家學(xué)者，更能培養(yǎng)能工巧匠、設(shè)計精英等社會型人才。

2）圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計將帶動學(xué)生由全過程的知識灌輸，轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)知識傳授、動手實踐、發(fā)現(xiàn)問題、主動探索提高的學(xué)習(xí)氛圍。采用計算機成圖和處理圖像的技術(shù)已成為現(xiàn)代工程設(shè)計的主要技術(shù)手段，為適應(yīng)信息處理技術(shù)的發(fā)展，普及先進(jìn)的成圖技術(shù)，學(xué)校應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生掌握先進(jìn)的設(shè)計方法。當(dāng)代大學(xué)生僅限于工程圖學(xué)課程的軟件使用還不夠，更需要引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)其他相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用軟件，了解其新發(fā)展，并積極創(chuàng)新自己的應(yīng)用方式。

3）教學(xué)考核手段創(chuàng)新。建立了新的教學(xué)理念和新的教學(xué)內(nèi)容，則教學(xué)考核的手段可以是開放式，其試題設(shè)計將進(jìn)一步鞏固新的教學(xué)理念和教學(xué)內(nèi)容改革。

人才培養(yǎng)是學(xué)校的根本任務(wù)，人才培養(yǎng)質(zhì)量是學(xué)校的生命線，教學(xué)是學(xué)校的中心工作[7]。高校的人才培養(yǎng)以應(yīng)用型人才培養(yǎng)所占比重越來越大[8]?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”由教育部發(fā)起，旨在為未來各行各業(yè)培養(yǎng)各種類型的優(yōu)秀工程師后備軍[9]。為了配合國家“工程教育改革”和“卓越人才培養(yǎng)計劃”，參與全國大學(xué)生成圖與建模創(chuàng)新大賽，成為學(xué)校工程素質(zhì)教育實踐工作的一個方面，提升了學(xué)校工程圖學(xué)教學(xué)工作的應(yīng)用，提升了學(xué)生就業(yè)能力的形象。工程圖學(xué)教學(xué)與實踐需要得到高等院校的重視，也必將得到高等院校的重視。

4 結(jié)束語

工程圖學(xué)教學(xué)是一個系統(tǒng)工程，全國大學(xué)生成圖大賽依附的教學(xué)內(nèi)容，是以理論教學(xué)為主，還是以社會適用教學(xué)為主的直接碰撞。如果培養(yǎng)的學(xué)生具備較深專業(yè)知識的同時，加之以良好的成圖技術(shù)，將會更好地適應(yīng)社會的需求。透過全國大學(xué)生創(chuàng)新成圖大賽，考量的是學(xué)生的工程素質(zhì)、創(chuàng)新能力、團隊精神等綜合素質(zhì)。社會、企業(yè)熱切期待熟練掌握工程基本功的人才大量涌現(xiàn)。

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