基于科學圖譜化的機械制圖課程探究

文珈?原君靜?屈曉軍

摘 要：科學知識的圖景與形象化，可以增強信息的傳播與可操作性。知識的可視化研究直觀反映了知識結構的動態特征和科學概念之間不斷變化的關系網絡。本文提出，將基于科學圖譜的知識可視化模式進行機械制圖課程信息研究，發揮圖形學的優勢，不僅可以高效、清晰地講解課程內容與體系，更可以引領學生確立學習目標，盡早樹立職業理想，培養學生良好的職業素質。將圖形學理論基礎轉化為可視化知識，將成為新世紀課程發展與改革的必然方向。

關鍵詞：科學圖譜知識可視化 信息化技術 機械制圖素質培養

一、基于科學圖譜與知識可視化

大約在35000年前，人類主要通過圖畫來傳達想法，實現交流。語言、文字、數據與圖形構成了信息的主體。“一圖勝千言”則充分體現了視覺傳播的價值與效率。科學和技術的發展史充滿了“發現”，其中的關鍵就是視覺思維——從抽象到具體視覺思維就是一個強大的思維策略。視覺思維對于結構信息的高速運轉，包含了個體的信息分析研究，同時理清個體與整體的連接脈絡。在抽象方面，學習者重構甚至改變概念變得容易，學習者以圖表的形式進行表達的過程則體現了抽象到具體的思維策略。

將文字和數據經過加工轉化為生動形象的信息圖，消除了受眾之間的知識差距，實現了復雜信息的快速傳播。知識與思考的可視化，促進了信息圖技術的研究與發展。

二、工程圖學的知識可視化設計探究

1.淺析緒論課與職場學習地圖的關系

機械制圖的緒論以文字說明為主，分為以下三項：

（1）課程的目的與任務。

（2）課程的主要知識內容及對應的基本要求。

（3）制圖學習任務與方法。

常規教學設計是以教師講述為主，學生被動接受的模式。而機械制圖作為工程界的語言，職業技能的基礎地位不容忽視；學習者明確學習目標，樹立職業理想有利于工程圖學知識的理解與應用。工程圖學——知識的重點是圖形的表達，在筆者的教學團隊實踐中，嘗試將信息技術替代文字，以圖表、學習地圖的形式呈現出來，不但可以清晰地表達知識結構，而且對于學生確定學習目標，樹立良好的職業觀大有裨益。

例如：以圖1所示的框圖替代課本的目錄，把知識體系與知識應用區分開來，同時又表明其內在聯系，有助于學生初步了解所學課程。

為了讓學生了解制圖課程的學習任務與技能技術，可以用圖表清楚地體現出制圖與識圖二者相互依托的關系。如圖2所示，學生掌握二維繪圖的技術和方法是制圖常規教學的目標，而二維圖與三維圖相互轉化因為計算機繪圖技術的發展可以以立體圖形的形式具體呈現出來。在現代制造業中，零件圖或部件圖是二維平面圖與三維立體圖的集成。故此準確的圖形表達能力就是制圖與識圖的能力。

在對用人企業學生的回訪調研中，教師團隊將學生職業目標確定的時間、專業技能和職業能力的可持續性進行了對比，發現職業目標的確定時間與學生的職業學習效果是成正比的，借鑒企業人力資源培訓模式，通過學習地圖幫助學生建立專業知識關聯、職業規劃關聯，把課程的學習任務轉變為可視化信息（見圖3、圖4）。

2.工程圖學知識的可視化分析

工程圖學是利用精準的圖形表示客觀的世界，三視圖要求正確選擇投影方向。此外，國家標準對工程圖學的嚴格規定保證了圖學作為一種語言形式的交流的便利。工程圖學以“圖”說話的主體知識體系正是符合了信息技術的發展規律，同時為圖學知識的可視化奠定了堅實的基礎。

課堂教學中手工繪圖的環節一定不可以被計算機繪圖或者多媒體動畫所替代。特別是在機械制圖的識圖環節，通過教師與學生的共同求證與推演，得出的每一條線段都是一個反復思考的過程，在粉筆板書中運用多色粉筆分別表示形體中凸臺、溝槽或斜面的三面投影，利用這樣的知識可視化實施方法，清楚地解讀組合體或零件，課堂的知識有效性將大大提升。

三、信息化技術對智慧型教學與智慧學習的影響

信息化技術的迅猛發展正改變著人們的學習、生活和工作的方式，為教師教學和學生學習方式的改變產生了深遠的影響。其中，“智慧型教學、智慧型學習與智慧型管理”就是在信息化技術發展的基礎上實踐并發展起來的。

1.“智慧型教學”，倡導信息化技術在專業教學中的應用

工程圖學知識的可視化，學生學習質量檢測與分析的圖表化，并通過教學過程的指導評價系統，通過數據分析找出問題與原因；專業課程以云數據的形式實現優質教學資源有效的整合、補充與共享。專業課程教學平臺的建設依托互聯網大數據，使專業發展規劃和課程改革有理有據。

2.推進“智慧型學習”即“電子書包”

可視化技術將知識圖形化、圖表化，推進了信息技術在學生學習中的應用。工程制圖的電子書包具有以下3個優勢：

（1）體現在課堂教學中實現教師與學生、教師與多媒體教學設備、學生與多媒體設備的三方互動，加強教師與學生之間的交流互動的途徑與形式。

（2）對學生的學習活動過程進行有效記錄，形成學生成長電子檔案。

（3）利用數據挖掘技術，對學生個體的學習與思維過程進行比對與分析，促進學生個體學習方式的轉變。

3.信息化技術可以實現教學的“智慧型管理”

推進教育門戶網站及其與之相關的網站建設，逐步擴大門戶網站網絡辦公范圍，提供便捷的交流互動服務項目，增加服務內容，切實將校外各級教育部門、兄弟各級各類院校互通互聯，在基于科學圖譜化的信息技術的推動下，切實實現工程圖學課程的發展與進步。

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（作者單位：北京電子科技職業學院）