计算机图形学与印刷工程【我与工程图学及计算机图形学】

　　一、我与浙大工程图学一同发展 　　 　　我国工程图学课程量大面广，从新中国成立以来主要承袭于前苏联，经过50多年的建设、改革和发展，课程体系形成了较明显的中国特色，既不同于欧美，也不同于前苏联。可以分为如下四个发展阶段：
　　第一阶段(1949－1962年)称为初期阶段，1957年教育部邀请苏联专家在清华大学举办了画法几何及机械制图教学研究进修班，在总结交流基础上，初步形成了中国模式的工程制图教学体系和框架。
　　第二阶段(1962－1978年)称为成长阶段，以1962年成立的教育部画法几何及工程制图教材编审委员会(即现在的工程图学教学指导委员会的前身)为标志，审定出版了一批高水平的教材，中间虽有反复，但总体上奠定了课程发展的基础。
　　第三阶段(1978－1992年)称为发展阶段，改革开放使工程制图课程进入一个崭新阶段。1980年中国工程图学学会成立，首次使用“图学”名称，拓展了课程的内涵。
　　第四阶段(1992年至今)，称为改革阶段，1992年国家标准在《学科分类与代码》标准(GB／T13745-92)中正式将工程图学列为“工程与技术学科”(代码410)下设分支学科中的一个。2001年教育部成立高等学校工程图学教学指导委员会挂靠浙江大学。
　　我于1979年考入浙江大学，1983年本科毕业留校，而后在职攻读硕士、博士学位，基本上经历了改革开放以来浙江大学工程图学改革和发展历程，初步建立起教学科研相互促进机制。
　　第一阶段从1978年开始整顿改革本科生制图课教学到1985年开始招收工程图学硕士研究生，主要精力放在本科生教学质量的稳定提高上，并开始参与科研工作。
　　第二阶段从1985年开始到1990年本门课程通过鉴定成为浙江大学首门优秀课程，实现了本科生教学、研究生教学和科研的协调发展，特别是科研得到了快速发展。
　　第三阶段从1990年到1996年，研究生教学改革发展和科研上水平、上规模，以1993年建立全国第一个工程图学博士点、1994年获国家杰出青年科学基金、1995年开始改革制图系列课程为主要标志。这一阶段科研在多方面支持了教学，一定程度上弥补了教学经费的严重不足，度过了一段教学的困难时期。
　　第四阶段从1996年开始，1996年获准建设国家教委直属院校唯一的工程制图教学基地，成为本门学科、本类课程和本研究所发展的一个新的里程碑，进入了教学科研相互促进的较为成熟的良性循环发展阶段。
　　
　　二、我与工程图学
　　
　　1．构建新的课程体系
　　工程制图课程体系20世纪50年代承袭于苏联，50多年来总体变化不大，难以满足新世纪人才培养的需要。我们提出并建立了公共素质平台和综合提高模式相结合的新课程体系：公共素质平台以知识传授为媒介，着重素质培养：综合提高模式以知识传授为媒介，着重能力培养。公共素质平台教材《图学基础教程》及其习题集已经由高教社作为“面向21世纪课程教材”出版，并获2000年度中国高校科学技术进步奖科技教材一等奖、2002年度普通高校优秀教材一等奖。综合提高模式教材《图学应用教程》作为“面向21世纪课程教材”也由高教社出版，并已列入“十一五”规划教材。公共素质平台以宽、广为特点，综合提高模式着重考虑了与后续课程的整体优化、与计算机技术的深层次融合。
　　从公共平台来看，有三重含义：
　　(1)将图形处理技术作为21世纪各项高新技术的公共基础技术平台。
　　(2)将工程图学课程作为工科类各专业技术基础课的公共基础课程平台。
　　(3)将图形表达与形象思维能力作为新时代大学生的公共基础能力平台。
　　从综合提高来看，也可归纳出三重含义：
　　(1)文字表达(小论文、小总结)、数字表达(计算机语言)、图形表达的综合提高。
　　(2)分析问题、解决问题与全局把握问题能力的综合培养。
　　(3)工程意识、工程概念与基本设计能力的综合培养。
　　反映新课程体系的教学改革成果《工程制图课程教学新体系创建与应用》获2001年度国家级教学成果二等奖。
　　
　　2．开创新的考试模式
　　现代社会需要的人才具备的能力：语言表达能力、图形思维能力、计算机应用能力。其中语言表达能力包括口头表达(包括中文表达与外语表达)、书面表达(包括文字表达与图形表达)；图形思维能力包括图形表达、图形分析、图形综合；计算机应用能力包括文本处理能力、图形处理能力、编程开发能力、软件使用能力。可以说每一个方面都与图形密切相关，我们通过考核方法改革予以具体实施。
　　在规范面上考试的基础上，我们开展了考试模式改革的探索，包括面试免考试、结构表达小设计、 撰写小论文，尤其是学生“自主命题、自我测试、自行评价”“三自”模式富有特色新意和可操作性。
　　所谓“三自”模式，即由学生自行命题，然后自己给出答案，同时写出出题心得。从学期一开始就告诉学生可以采用这种新模式进行考试，学生既觉得新鲜好奇，又觉得是一种挑战，同时以期中测验成绩作为主要的选拔标准，一般班级前20％可以在申请期末三自“模式”考试。这样前半学期以掌握基本理论为主，仍然是传统的统一考试模式，后半学期则给予充分发挥的空间，实际上有效地延长了考试时间，将考试融入了学习过程，学习与考试实现了有机结合。通过考试方法改革，将传统的2小时的考试拓展为2天、2周乃至整个学习过程，这正是教学的根本目的所在。
　　新的考试模式从2001级学生开始试点，2003―2004学年开始在2003级的3000多名学生中全面推开，学生和教师都反映效果不错，应该说达到了一般考试无法实现的目标。以下摘取几位同学的体会：
　　竺可桢学院罗海燕同学写道：“我觉得出了这份试卷学到了很多东西。首先，我觉得出试卷时的复习和平时的复习是不同的。出试卷的时候，我是带着目的性去看书的，是以一个老师的身份揣摩学生的心理，把一些学生平时容易错，应该掌握的内容加以整理……”
　　竺可桢学院的一个学生写道：“刚听说出试题可以免试或者加分，我觉得出题可以参考很多的资料，应该会比复习方便。但是经过两天的出题，我发现这并不是一个简单的过程，甚至是比看书复习更花精力的事。同时这个过程也让我学到了很多东西。”另一个学生说：“第一次，用出卷这样的形式来检验自己是否掌握了一门课程，很新鲜很特别。”
　　《中国青年报》以“浙大：考试的脸在悄悄变”为题2004年1月14日报道。《钱江晚报》以“考试变脸：别太在乎卷面”为题2004年1月18日报道。数十家网站转载相关消息。
　　
　　3．引入新的教学思路
　　研究型学习即是在掌握知识的同时，培养学习能力、提高自身素质，工程图学研究型学习主要通过掌握分析 方法、建立设计概念和了解科研前沿加以体现。
　　(1)将分析方法引入课堂教学
　　分析方法可以分为几种：分类、分层、分解、合成、分步、概括等。分类是将问题分成相互并行的几个方面，是一种纵向的分割；分层是将问题分成具有上下层次关系的几个方面，是一种横向的分割；分解是将问题分成相互关联的几个方面，是一种点状的分割。分步方法与分解方法类似，分解可能更多地体现在空间中，而分步可能更多地体现在时间过程中，分步方法同样需要合成才能解决相应问题。合成与分解往往是相对应的，分解以后的合成往往预示着问题的解决。概括方法是对一个问题的高度浓缩的描述。
　　工程图学课程贯穿了各种各样的分析方法，如果能在一门课程中既掌握相关知识，更能掌握分析问题解决的方法，将使学生受益匪浅、受益终身。
　　我曾给学生列了许多题目供学生分析研究：关于工程图学中的分类方法研究，关于图形与文字作用的比较分析，关于图形与图像的表示方法比较。
　　(2)将设计概念引入课堂教学
　　通过引入设计过程与方法，在制图的传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学、以及对产品全生命周期概念等相关内容，并不断加以更新，学生深化了对本课程、对零部件结构与功能、对图形表达等全方位理解。
　　为了发挥学生学习的主动性和创造性，在机械图部分进行零件结构设计表达和装配结构设计表达的阶段小设计。教师给出零件或部件基本的功能要求，由学生根据零部件功能进行结构构思设计和绘图表达。这些小设计紧扣本课程的形体构思及零件和装配结构合理表达的特点，注重零件形体结构和装配结构构思的新颖性和创造性，以及视图表达方案选择的合理性和图形表达的正确性。对于思维活跃、构思巧妙、表达正确的设计绘图方案，在综合成绩中将占较大的比例。
　　(3)将科研前沿引入课堂教学
　　将工程图学基础课程教学与计算机图形学、计算机辅助设计、工程图样智能理解等学科前沿结合起来，启发学生多向思维。
　　如在介绍“点”的投影时，将“点”与计算机图形学的“光栅”联系起来，从而介绍真实感图像、动画技术、虚拟现实技术，学生非常感兴趣。如在介绍尺寸标注时，将项目组在尺寸智能化、参数化、自动化方面的科研进展与尺寸清晰标注等内容有机结合，加深了对尺寸的理解：如在讲解二视图加画第三视图时，介绍项目组在工程图样智能理解方面的研究，与形体分析法、读图规律等有了很好的结合，消除了科研的神秘感。
　　
　　三、我与学生拓展计算机图形学
　　
　　计算机图形学学科诞生于20世纪60年代，虽距今只有40多年，但相对于40年代诞生的计算机而言，实已属老学科。在《计算机图形学》课程教学中，面向工程教育高级班的高年级优秀学生，通过“一个实验、一份读书报告、一次演讲”的教学方法，引导学生开展基础算法研究，1997级的吴�晖同学表现特别突出。我发现了他上交的读书报告中关于裁剪算法的新火花，就与他一起继续实验，然后撰写论文，第1篇论文发表于CAD／Graphics2001国际会议上，并被推荐到著名计算机国际期刊Computers＆Graphics，发表于2002年第3期，著名国际裁剪专家V.Skala当即来邮件，对算法表示极大兴趣并说要介绍给他的学生，很快同时被SCI、EI收录。进一步拓展的中点分割算法在《计算机辅助设计与图形学学报》2002年第6期发表，并被EI收录。
　　基于线被矩形窗口裁剪的创新想法，我又与其他学生一起将其拓展到圆形窗口线裁剪、圆形窗口多边形裁剪，进一步拓展到三维裁剪技术。本科生的创新想法极大激励了其他学生的积极性，相继在基本图形元素生成、多边形处理等方面发表一大批论文，计有20篇，其中14篇一级学报、1篇国际期刊、2篇国际会议，3篇二级学报，其中1篇SCI、7篇EI、1篇ISTP。
　　在此基础上，融入新的研究内容，我们于2004年在科学出版社出版专著《工程计算机图形学》，深受国内同行赞誉。在整个教学过程中，我深深感受到教学相长给我和学生带来的巨大喜悦!
　　
　　四、我与工程图学教学团队
　　
　　回想自己的成长过程，我要感谢所有教育指导我的老师，从小学、中学、大学乃至毕业工作以后。我要特别感谢本科毕业设计导师朱国辉教授、硕士阶段导师吴中奇教授、博士阶段导师彭群生教授，他们在不同阶段引我步入科学的殿堂、教学的圣殿，并且不断鼓励我向前开拓。我更要感谢我们拥有一支优秀的团队，周广仁教授、谭建荣教授、施岳定教授、张树有教授、盛奎川教授等等，我们共同营造了教学科研相互促进的优良环境。
　　浙大工程图学教学团队具有较好的年龄结构、学历结构、学位结构和职称结构，从年龄来看，50岁左右、40岁左右、30岁左分布合理；从学历来看，博士学位获得者为60％，对工程图学而言，是非常高的；正高职5人，绝对数在同行中最多，其中4人为博导，占全国同行在职博导的一半。
　　现有国家杰出青年基金获得者1名，国家百千万人才第一二层次1名，宝钢优秀教师特等奖1名，宝钢优秀教师奖3名，国家级教学名师奖1名，浙江省教学名师奖1名，浙江省151人才工程第一层次2名、第二层次1名等等。
　　我们提出并构建了工程图学五个特色平台和教学基地辐射中心，即基于高新技术与经典内容相结合的图学素质公共平台、面向多层次多类型的立体化教材平台、参与式交互式实验平台、自主式研究型学习平台和以人为本的工程图学教学基地可持续发展平台，已经将浙江大学工程图学教学基地建设成为工程图学领域里教学研究的中心点、教学改革的试验点、教学水平的示范点、教学科研的结合点和教学成果的辐射源。本项目获得了2005年度国家教学成果一等奖。
　　我们承担了国家级教改项目5项，包括21世纪初教改项目、新世纪网络课程工程建设项目2项，国家攻关项目工程图学试题库等。有多项教材方面的成果，包括在高教社出版“面向21世纪课程教材”2本，获2001年中国高校科技进步科技教材一等奖，获2002年普通高校优秀教材一等奖，列入国家“十五”规划教材2本，列入国家“十一五”规划教材l本，教材用户超过100家。CAI课件方面，在高教社出版国家级工程图学试题库，用户超过100家，出版工程制图电子模型挂图库，用户超过100家。2003年工程图学课程成为国家级精品课程，2004年“机械制图及CAD”被评为浙江省精品课程。
　　近年来年均科研经费350万元，绝对值不大，但几乎是全国工程图学同行每年科研经费的一半强。近年来几乎每年获得一项以上国家自然科学基金，还有863项目、973项目、博士点基金项目等。2000年获浙江省科技进步一等奖，2004年获得教育部自然科学一等奖和国家科技进步二等奖，2006年再获国家科技进步二等奖。
　　工程图学教学指导委员会挂靠浙江大学，是与数学、物理、化学、力学、机械并列的大委员会，引导和推动了全国工程图学教学改革。如每年全国工程图学会议，都有我们两个大会报告，我们主办了多次全国会议，我们还举办了工程图学高级研讨班。
　　近十年来，发表教学研究论文65篇，其中2000年以来发表41篇。每年发表科研论文50篇左右，多篇被SCI/EI/ISTP收录，在机械工业出版社出版专著1部，在科学出版社和清华大学出版社出版编著3部，交稿科学出版社编著2部即将出版。
　　
　　五、结束语
　　
　　教学是推上山的石头，需要不断的付出才能到达光辉的顶点。兴趣是最好的老师，激发学生强烈的兴趣、进而培养学生主动学习精神是我孜孜以求的目标。宁静致远、脚踏实地、勤奋工作、甘于奉献、学生成才是我最大的心愿。
　　工程图学是一门培养空间思维能力、掌握多种绘图方法、理解工程基本规范的综合性课程，在计算机技术不断发展的今天和未来，工程图学自有用武之地。就像有了计算器，我们还要学算术；有了WORD，我们仍要学语文。