基于科学图谱化的机械制图课程探究

文珈?原君静?屈晓军

摘 要：科学知识的图景与形象化，可以增强信息的传播与可操作性。知识的可视化研究直观反映了知识结构的动态特征和科学概念之间不断变化的关系网络。本文提出，将基于科学图谱的知识可视化模式进行机械制图课程信息研究，发挥图形学的优势，不仅可以高效、清晰地讲解课程内容与体系，更可以引领学生确立学习目标，尽早树立职业理想，培养学生良好的职业素质。将图形学理论基础转化为可视化知识，将成为新世纪课程发展与改革的必然方向。

关键词：科学图谱知识可视化 信息化技术 机械制图素质培养

一、基于科学图谱与知识可视化

大约在35000年前，人类主要通过图画来传达想法，实现交流。语言、文字、数据与图形构成了信息的主体。“一图胜千言”则充分体现了视觉传播的价值与效率。科学和技术的发展史充满了“发现”，其中的关键就是视觉思维——从抽象到具体视觉思维就是一个强大的思维策略。视觉思维对于结构信息的高速运转，包含了个体的信息分析研究，同时理清个体与整体的连接脉络。在抽象方面，学习者重构甚至改变概念变得容易，学习者以图表的形式进行表达的过程则体现了抽象到具体的思维策略。

将文字和数据经过加工转化为生动形象的信息图，消除了受众之间的知识差距，实现了复杂信息的快速传播。知识与思考的可视化，促进了信息图技术的研究与发展。

二、工程图学的知识可视化设计探究

1.浅析绪论课与职场学习地图的关系

机械制图的绪论以文字说明为主，分为以下三项：

（1）课程的目的与任务。

（2）课程的主要知识内容及对应的基本要求。

（3）制图学习任务与方法。

常规教学设计是以教师讲述为主，学生被动接受的模式。而机械制图作为工程界的语言，职业技能的基础地位不容忽视；学习者明确学习目标，树立职业理想有利于工程图学知识的理解与应用。工程图学——知识的重点是图形的表达，在笔者的教学团队实践中，尝试将信息技术替代文字，以图表、学习地图的形式呈现出来，不但可以清晰地表达知识结构，而且对于学生确定学习目标，树立良好的职业观大有裨益。

例如：以图1所示的框图替代课本的目录，把知识体系与知识应用区分开来，同时又表明其内在联系，有助于学生初步了解所学课程。

为了让学生了解制图课程的学习任务与技能技术，可以用图表清楚地体现出制图与识图二者相互依托的关系。如图2所示，学生掌握二维绘图的技术和方法是制图常规教学的目标，而二维图与三维图相互转化因为计算机绘图技术的发展可以以立体图形的形式具体呈现出来。在现代制造业中，零件图或部件图是二维平面图与三维立体图的集成。故此准确的图形表达能力就是制图与识图的能力。

在对用人企业学生的回访调研中，教师团队将学生职业目标确定的时间、专业技能和职业能力的可持续性进行了对比，发现职业目标的确定时间与学生的职业学习效果是成正比的，借鉴企业人力资源培训模式，通过学习地图帮助学生建立专业知识关联、职业规划关联，把课程的学习任务转变为可视化信息（见图3、图4）。

2.工程图学知识的可视化分析

工程图学是利用精准的图形表示客观的世界，三视图要求正确选择投影方向。此外，国家标准对工程图学的严格规定保证了图学作为一种语言形式的交流的便利。工程图学以“图”说话的主体知识体系正是符合了信息技术的发展规律，同时为图学知识的可视化奠定了坚实的基础。

课堂教学中手工绘图的环节一定不可以被计算机绘图或者多媒体动画所替代。特别是在机械制图的识图环节，通过教师与学生的共同求证与推演，得出的每一条线段都是一个反复思考的过程，在粉笔板书中运用多色粉笔分别表示形体中凸台、沟槽或斜面的三面投影，利用这样的知识可视化实施方法，清楚地解读组合体或零件，课堂的知识有效性将大大提升。

三、信息化技术对智慧型教学与智慧学习的影响

信息化技术的迅猛发展正改变着人们的学习、生活和工作的方式，为教师教学和学生学习方式的改变产生了深远的影响。其中，“智慧型教学、智慧型学习与智慧型管理”就是在信息化技术发展的基础上实践并发展起来的。

1.“智慧型教学”，倡导信息化技术在专业教学中的应用

工程图学知识的可视化，学生学习质量检测与分析的图表化，并通过教学过程的指导评价系统，通过数据分析找出问题与原因；专业课程以云数据的形式实现优质教学资源有效的整合、补充与共享。专业课程教学平台的建设依托互联网大数据，使专业发展规划和课程改革有理有据。

2.推进“智慧型学习”即“电子书包”

可视化技术将知识图形化、图表化，推进了信息技术在学生学习中的应用。工程制图的电子书包具有以下3个优势：

（1）体现在课堂教学中实现教师与学生、教师与多媒体教学设备、学生与多媒体设备的三方互动，加强教师与学生之间的交流互动的途径与形式。

（2）对学生的学习活动过程进行有效记录，形成学生成长电子档案。

（3）利用数据挖掘技术，对学生个体的学习与思维过程进行比对与分析，促进学生个体学习方式的转变。

3.信息化技术可以实现教学的“智慧型管理”

推进教育门户网站及其与之相关的网站建设，逐步扩大门户网站网络办公范围，提供便捷的交流互动服务项目，增加服务内容，切实将校外各级教育部门、兄弟各级各类院校互通互联，在基于科学图谱化的信息技术的推动下，切实实现工程图学课程的发展与进步。

参考文献：

[1]熊频，胡小勇.可视化思维支架：概念图研究的新视角[J].信息技术教育，2005（10）.

[2]毛昕，黄英，那履弘.教学中的思维可视化技术[J].图学学报，2009（3）.

[3]赵慧臣.知识可视化的视觉表征研究综述[J].远程教育（杂志），2010（1）.

[4]戴俊凯.思维可视化工具支持下的高级思维能力培养[J].现代企业教育，2014（24）.

[5]刘濯源.基于“未来课堂”的思维可视化研究[J].中国信息技术教育，2013（1）.

[6]刘则渊，陈悦，侯海燕.科学知识图谱：方法与应用[M].北京：人民教育出版社，2008.

[7]陈超美.科学前沿图谱——知识可视化探索（第二版）[M].北京：科学出版社，2014.

[8]Mark Smiciklas.“视”不可当——信息图与可视化传播[M].北京：人民邮电报社，2013.

（作者单位：北京电子科技职业学院）