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關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；動量方程；科研能力培養(yǎng)

作者簡介：韋魯濱（1962-），男，江蘇揚(yáng)州人，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，教授；曾鳴（1957-），男，重慶人，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，教授。（北京 100083）

基金項(xiàng)目：本文系中國礦業(yè)大學(xué)（北京）課程建設(shè)與教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：K120304）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）10-0085-01

“工程流體力學(xué)”涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理學(xué)內(nèi)容和必要的工程背景。作為礦物加工、化工等學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，“工程流體力學(xué)”課程理論性強(qiáng)、概念多、公式煩雜、工程應(yīng)用廣，對學(xué)生綜合運(yùn)用知識和聯(lián)系實(shí)際的能力要求較高，是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)、科學(xué)研究和工程應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。因此，教師在傳授課程知識點(diǎn)的同時，更要注重學(xué)生學(xué)習(xí)、綜合運(yùn)用以及科研實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

一、注重課程導(dǎo)論，激發(fā)求知興趣

“工程流體力學(xué)”學(xué)時少、任務(wù)重，教師講授課程導(dǎo)論時要確保學(xué)生在對課程有整體認(rèn)識的基礎(chǔ)上，激發(fā)他們對課程的求知欲望和學(xué)習(xí)興趣，豐富學(xué)生的想象力。流體力學(xué)是研究流體運(yùn)動及其作用的學(xué)科，從數(shù)學(xué)的角度看，流體力學(xué)是對有解方程在不同定解條件下的求解；從美學(xué)的角度看，流體力學(xué)將變化萬千的流體世界，按照相對簡單的數(shù)學(xué)規(guī)律給予描述，體現(xiàn)了客觀世界的內(nèi)在美與和諧；從物理和工程的角度看，流體力學(xué)是一個由一般到特殊，再由特殊到一般的過程，即對現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行簡化，提出方程并構(gòu)造定解條件，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)法、解析法和數(shù)值模擬法等手段去尋求問題的答案，再回到所設(shè)定問題，根據(jù)所解的特定問題尋找?guī)в衅毡樾缘囊?guī)律，從而指導(dǎo)進(jìn)一步研究和實(shí)踐的過程。這樣的講授能使學(xué)生從不同角度理解流體力學(xué)的美與價值。

引入學(xué)生感興趣和當(dāng)今工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，分析流體力學(xué)知識在其中的應(yīng)用。如運(yùn)載火箭整流罩形狀變化對火箭飛行過程的作用；鯊魚皮泳衣對運(yùn)動員游泳速度的影響等。通過相關(guān)問題的討論，學(xué)生了解學(xué)習(xí)這門課以后，能夠運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)知識解決實(shí)際生活和工程實(shí)踐中的問題，從而增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性。

二、注重深入淺出，促進(jìn)消化吸收

“工程流體力學(xué)”的講授過程要求內(nèi)容深入淺出、淺顯易懂，由靜力學(xué)到動力學(xué)，由理想流體到粘性流體。學(xué)生在對簡單知識充分了解和掌握的基礎(chǔ)上能夠更容易接受相關(guān)的擴(kuò)展和推廣的知識點(diǎn)。以恒定不可壓縮流體的動量方程為例，具體說明深入淺出的授課過程：將問題簡化，給出限定條件，即在恒定漸變流的過水?dāng)嗝嫔狭蟹匠?；由動力守恒的角度給出質(zhì)點(diǎn)系的動量方程；假設(shè)將流體看成系統(tǒng)，利用拉格朗日觀點(diǎn)解釋；結(jié)合不可壓縮流體連續(xù)性方程得出：

（1）

其歐拉觀點(diǎn)的物理解釋為，作用于控制體上的合力等于單位時間流出控制體的動量減去流入控制體的動量；由物理解釋可知其在漸變流過水?dāng)嗝?，速度分布不均勻的情況下仍然成立；由恒定不可壓縮流體總流動量方程對任意封閉管面的控制體均成立，可進(jìn)一步推廣為雷諾輸運(yùn)方程：

（2）

其中，P為任何物理量。

上述循序漸進(jìn)的過程表明，先對問題進(jìn)行適當(dāng)簡化，后逐漸由淺入深、層層推進(jìn)，有助于學(xué)生對較難知識點(diǎn)的接收、理解和掌握。

三、注重物理解釋，加強(qiáng)理解記憶

“工程流體力學(xué)”涉及的數(shù)學(xué)公式較多，授課過程中若過分強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)推導(dǎo)會使得學(xué)生提不起興趣且難于理解和記憶，注重相關(guān)公式的物理解釋可以加強(qiáng)學(xué)生對公式的理解程度，便于記憶和應(yīng)用。如，理想流體恒定元流的伯努利方程一般給出的是歐拉描述法解釋，還可給出更為直觀的拉格朗日描述法解釋：重力作用下的恒定不可壓縮理想流體，給定質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能在流動過程中保持不變。

例如，“工程流體力學(xué)”中經(jīng)常涉及的隨體導(dǎo)數(shù)運(yùn)算符號，除了解釋位移加速度和當(dāng)?shù)丶铀俣戎?，還應(yīng)將隨體導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用范圍自然延伸，拓展后的物理意義為：追蹤觀察場中的某一流體質(zhì)點(diǎn)，單位時間內(nèi)該質(zhì)點(diǎn)的物理量在流動過程中的變化。隨體導(dǎo)數(shù)物理意義可用于不可壓縮流體連續(xù)性方程的導(dǎo)出，糾正了不可壓縮流體密度為常數(shù)的錯誤認(rèn)識。綜上所述，物理解釋無論是對學(xué)生理解概念和公式，還是對知識的進(jìn)一步應(yīng)用都具有較大促進(jìn)作用。

四、注重詳略得當(dāng)，掌握重點(diǎn)知識

“工程流體力學(xué)”涉及范圍廣，知識點(diǎn)多，若面面俱到地將教材內(nèi)容一并灌輸給學(xué)生，會增加他們的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，很難達(dá)到很好的教學(xué)效果。因此，要在整個教學(xué)過程中貫穿“少而精”的原則，對于那些學(xué)生已經(jīng)學(xué)過或能夠自學(xué)理解的內(nèi)容安排課下自學(xué)，對于專業(yè)不相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)刪減；要重點(diǎn)突出、究其實(shí)質(zhì)，詳略對比，使學(xué)生能夠由此及彼，觸類旁通。例如，《工程

流體力學(xué)》教材中密度、浮力、壓力等知識點(diǎn)在普通物理的課程中已經(jīng)有所涉及，完全可以安排學(xué)生自學(xué)；而流體運(yùn)動的連續(xù)性方程、伯努利方程和動量方程作為研究流體運(yùn)動的核心內(nèi)容則需要多花精力，詳細(xì)講解。在學(xué)生已掌握核心內(nèi)容基礎(chǔ)上，知識點(diǎn)的進(jìn)一步擴(kuò)展和延伸可以通過對比方式給出，省去復(fù)雜的推導(dǎo)過程，使學(xué)生遇到相關(guān)問題時直接應(yīng)用即可。例如，動量矩方程可以確定運(yùn)動流體與邊界之間的作用力位置，在介紹動量矩方程時可以簡單地與動量方程對比得出，而無需進(jìn)行過程推演，進(jìn)而可知恒定不可壓縮流體的動量矩方程，其物理意義為：

（3）

合力矩等于單位時間從控制體輸出的流體動量矩減去向控制體內(nèi)輸入的流體動量矩。以上過程表明，對于重點(diǎn)知識的掌握有助于相關(guān)知識的拓展，因此要詳略得當(dāng)，使學(xué)生學(xué)習(xí)過程更輕松。

五、注重工程背景，培養(yǎng)科研能力

教師在授課過程中一方面要考慮學(xué)生對各個知識點(diǎn)掌握，另一方面還要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識以及科研和工程實(shí)踐能力，以便學(xué)生在將來的學(xué)習(xí)和工作中能夠?qū)W以致用。一個簡單的水流經(jīng)過噴管的過程就涉及伯努利方程、連續(xù)性方程和動量方程。因此，要想很好地掌握理論知識，解決實(shí)際問題，對工程流體力學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力必不可少?！肮こ塘黧w力學(xué)”作為礦物加工工程專業(yè)的專業(yè)課，在礦物分離過程中應(yīng)用極其廣泛，教師在授課過程中應(yīng)結(jié)合選礦應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行講解，使學(xué)生在掌握理論知識的同時體會到在具體問題解決過程中如何分析和建模。例如，跳汰機(jī)可看作一個不等斷面的連通管，其水流運(yùn)動是周期性的非定常流，各點(diǎn)運(yùn)動速度隨位置和時間而變，且推動水流運(yùn)動的源動力也不是恒定的，而是時間的函數(shù)；水力旋流器內(nèi)流體速度切向速度可由強(qiáng)制渦和準(zhǔn)自由渦描述，顆粒在水力旋流器離心力場的分離可從顆粒重力場中分離類比推演。通過理論結(jié)合實(shí)際的方式，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐中認(rèn)識問題和解決問題的能力。

六、結(jié)束語

“工程流體力學(xué)”作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，既有較強(qiáng)的理論性，又和工程實(shí)踐緊密結(jié)合。因此學(xué)好這門課程對學(xué)生綜合運(yùn)用、科學(xué)研究、工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)都具有重要意義。教師在教學(xué)過程中，應(yīng)充分做到內(nèi)容、方法和手段相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)和綜合運(yùn)用的能力，為將來從事科學(xué)研究和工程實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[關(guān)鍵詞]風(fēng)暴潮 研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

[中圖分類號] P47 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-7-313-1

1研究背景

風(fēng)暴潮是沿海近岸的一種巨大的海洋災(zāi)害，系指由于強(qiáng)烈的大氣擾動---強(qiáng)風(fēng)和氣壓驟變所招致的海水異常升降、水流異常增大的現(xiàn)象[1]。中國是全球遭受風(fēng)暴災(zāi)害最頻繁和最嚴(yán)重的國家之一，受災(zāi)區(qū)域幾乎遍及整個中國沿海，風(fēng)暴給沿海人們的生產(chǎn)和生活設(shè)施造成極大的損害。

2風(fēng)暴潮研究進(jìn)展

風(fēng)暴潮的研究大約起始于20世紀(jì)20年代。最初對于風(fēng)暴潮的研究僅限于個例的觀察和分析，主要目的是了解其現(xiàn)象、發(fā)生過程和初步探討其成因。50年代以后，隨著雷達(dá)、衛(wèi)星等探測技術(shù)的發(fā)展，使人們對風(fēng)暴潮的成因、機(jī)制以及發(fā)展過程有了更加深入的認(rèn)識，提出了諸如：邊緣波、陸架波；深海、淺海、超淺海風(fēng)暴潮；線性、非線性模型以及天文潮與風(fēng)暴潮的非線性耦合理論等。

對風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)主要有經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法、數(shù)值模擬方法。統(tǒng)計(jì)的方法是通過歷史資料統(tǒng)計(jì)分析從而展開對風(fēng)暴潮的預(yù)測，將影響因素和量值與所研究的臺風(fēng)增水值進(jìn)行對比，確定臺風(fēng)增水和影響因素變化的關(guān)系，并運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算這種關(guān)系的可靠程度和相關(guān)程度。數(shù)值模擬是研究風(fēng)暴潮最直接方法，從流體力學(xué)方法出發(fā)，到處理臺風(fēng)中心到達(dá)海岸時，風(fēng)、氣壓在沿岸引起的臺風(fēng)暴潮分布的動力學(xué)模式，它是基于風(fēng)暴潮控制方程、計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用而發(fā)展起來的一種新型的研究方法。經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的方法主要采用回歸分析和統(tǒng)計(jì)相關(guān)來建立指標(biāo)站的風(fēng)和氣壓與特定港口風(fēng)暴潮位之間的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方程或相關(guān)圖表，此方法局限性較大，只能在少數(shù)特定的港口應(yīng)用。風(fēng)暴潮的數(shù)值模擬方法則克服了以上缺點(diǎn)，建立了預(yù)報(bào)場的概念。數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)開始于上個世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展為風(fēng)暴潮研究技術(shù)的發(fā)展提供了優(yōu)良的條件，風(fēng)暴潮的數(shù)值預(yù)報(bào)模式日臻完善。

3國外風(fēng)暴潮研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

風(fēng)暴潮數(shù)值模式技術(shù)的研究從20世紀(jì)50年代開始。1954年，Kivisild用手工計(jì)算的方法，對二維流體動力學(xué)基本方程組的積分，模擬1949年8月26-27日襲擊美國奧基喬比湖（Okeechobee）颶風(fēng)風(fēng)暴潮，但是由于非線性效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果并不是很好，但這一次嘗試翻開了風(fēng)暴潮數(shù)值模式研究的第一頁[2]。1956年，德國海洋學(xué)家W.Hansen使用計(jì)算機(jī)對北海1953年1月31日至2月l日發(fā)生的風(fēng)暴潮進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并取得了初步成功，但由于差分格式的不穩(wěn)定，計(jì)算中出現(xiàn)了虛假的誤差短波。進(jìn)入60年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的國家加入到風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)的行列中，數(shù)值模擬成為研究風(fēng)暴潮的主要研究手段，風(fēng)暴潮數(shù)值模式迅速發(fā)展起來。英國Bidston海洋研究院開發(fā)了STWS系統(tǒng)并且在Heaps（1969）二維線性模型的基礎(chǔ)上發(fā)展出海模式（Sea Model），[3]海模式于1978年開始被應(yīng)用于對溫帶風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)，該方法最早以10層大氣模式輸入一個二維流體動力學(xué)方程組作為外力，計(jì)算出不列顛諸島大陸架逐時全過程風(fēng)暴潮變化值。于1982年將大氣模式由10層發(fā)展到15層，處于當(dāng)時世界溫帶風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)技術(shù)的領(lǐng)先水平。美國的Jelesnianski等于1972年建立了有名的SPLASH模式，該模式曾在美國的實(shí)時風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)中發(fā)揮過重要作用，其諾模圖至今仍在東南亞一些國家的風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)中廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代初期，Jelesnianski等學(xué)者又開始對SPLASH模式進(jìn)行改進(jìn)，于1992年正式了一個新一代二維流體動力學(xué)的風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模擬SLOSH，該模式計(jì)算域采用了扇形極坐標(biāo)網(wǎng)格系統(tǒng)，其范圍覆蓋大部分大陸架和部分內(nèi)陸地形及水域，如湖泊和接近封閉狀的海灣等，由于考慮了漫灘，該模式同時還具有預(yù)報(bào)淹水范圍的功能，因此SLOSH模式成為美國國家最新一代的臺風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)模式，廣泛應(yīng)用于海、陸及湖泊的臺風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)，在防災(zāi)預(yù)報(bào)中發(fā)揮了很好的作用。1993年，Jelesnianski等學(xué)者繼續(xù)采用可變尺度的極坐標(biāo)網(wǎng)格又發(fā)展了一個溫帶風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)模式，非漫灘，所需風(fēng)場和氣壓場由美國天氣局的航空模式提供，已成為美國國家溫帶風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)模式。G.D.ROY（1995）將天文潮和風(fēng)暴潮進(jìn)行耦合，采用大小區(qū)網(wǎng)格嵌套的方法，考慮岸邊島嶼的影響，估計(jì)了沿孟加拉國MEGHNA河口的預(yù)期最大可能水位。Tatsuo Konishi等（1995）運(yùn)用傳統(tǒng)的二維數(shù)值模式計(jì)算了9119號臺風(fēng)在日本瀨戶內(nèi)海北部沿岸所引起的風(fēng)暴潮，同時用海面數(shù)據(jù)和Schwab（1982）方法計(jì)算了臺風(fēng)風(fēng)場。

4國內(nèi)風(fēng)暴潮研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

我國風(fēng)暴潮研究始于20世紀(jì)60年代，以馮士筰為首的團(tuán)隊(duì)對風(fēng)暴潮理論、機(jī)理及其在近海的發(fā)展進(jìn)行了長期研究，1982年出版了《風(fēng)暴潮導(dǎo)論》，分別從封閉和半封閉海域及大洋大陸架的風(fēng)暴潮問題出發(fā)，根據(jù)不同海域的動力特征，研究了風(fēng)暴潮解析解的動力特征，并揭示了風(fēng)暴潮的內(nèi)在動力機(jī)制，建立了我國風(fēng)暴潮研究的理論體系[1]。20世紀(jì)80年代以來，我國風(fēng)暴潮的數(shù)值研究和應(yīng)用發(fā)展迅速，對渤海、黃海、東海和南海陸架區(qū)以及臺灣海峽海域的風(fēng)暴潮數(shù)值模擬研究都取得了較好的成果[4]。對風(fēng)暴潮特性和各種動力因子效應(yīng)進(jìn)行的深入細(xì)致的研究，其結(jié)果較好的闡明了半封閉海域和開闊海域的風(fēng)暴潮機(jī)制，為風(fēng)暴潮經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)因子篩選提供了可靠的依據(jù)。

20世紀(jì)90年代，中美合作上海市防汛信息中心引進(jìn)了美國的新一代臺風(fēng)風(fēng)暴潮模式SLOSH，建立了適合上海及其鄰近海域的風(fēng)暴潮漫灘預(yù)報(bào)模式，并在上海對風(fēng)暴潮過程進(jìn)行了跟蹤預(yù)報(bào)，成功模擬計(jì)算出臺風(fēng)引起的風(fēng)暴潮增水過程。中國國家海洋預(yù)報(bào)中心、中國科學(xué)院海洋研究所和中國海洋大學(xué)等單位分別完成了“風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)方法研究”和“風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)（A、B）等專項(xiàng)科研課題，并在模式中引入了風(fēng)暴潮和天文潮的耦合效應(yīng)。孫文心提出了流速分解法[5]，后來孫文心、魏更生又提出了一種新的計(jì)算方法—交序法，大大提高了計(jì)算速度[6]，并成功用于北部灣風(fēng)暴潮數(shù)值模擬。王喜年等考慮有限振幅非線性影響，建立了5區(qū)塊模式，以5個子區(qū)域部分重疊覆蓋整個中國海沿岸海域的臺風(fēng)風(fēng)暴潮模式，該模式采用忽略對流項(xiàng)的平面二維控制方程和Takahashi、Fujita嵌套氣壓場以及Veno Takeo風(fēng)場模式，當(dāng)輸入模式的預(yù)報(bào)臺風(fēng)參數(shù)準(zhǔn)確或者比較準(zhǔn)確時，預(yù)報(bào)結(jié)果令人滿意[7]。國家海洋預(yù)報(bào)中心于福江等建立了球坐標(biāo)系下的溫帶風(fēng)暴潮數(shù)值模式，還采用卡爾曼（Kalman）濾波方法，建立了東海的風(fēng)暴潮同化預(yù)報(bào)模式和渤海溫帶風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模式，提高了我國溫帶風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度。大小區(qū)嵌套式的計(jì)算格式也被廣泛運(yùn)用，建立了一個在GIS支持下的4層嵌套網(wǎng)格的風(fēng)暴潮漫灘數(shù)值預(yù)報(bào)模式，其中重點(diǎn)區(qū)廈門的網(wǎng)格分辨率高達(dá)100m×100m，漫灘計(jì)算中采用水力學(xué)中的堰流公式，并考慮了越浪和波增水[8]。

5結(jié)語

綜上對國內(nèi)外風(fēng)暴潮研究進(jìn)展的述評，關(guān)于風(fēng)暴潮的研究，主要存在以下幾個方面的問題：風(fēng)暴潮本身氣象預(yù)報(bào)精度不高，時效不長；在風(fēng)暴潮中心附近和氣壓梯度及速度的變化很不均勻，數(shù)值計(jì)算中網(wǎng)格大小的選擇比較棘手；風(fēng)暴潮與天文潮兩潮耦合模式的研究已有初步進(jìn)展，但仍有待深入開發(fā)有效易用的耦合技術(shù)，提高業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的精度。

參考文獻(xiàn)

[1]馮士筰，《風(fēng)暴潮導(dǎo)論》，[M]科學(xué)出版社，1982.

[2]全國臺風(fēng)科研協(xié)作技術(shù)組編，臺風(fēng)會議文集.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，上海，1983.

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[4]孫文心，馮士筰，秦曾灝. 超淺海風(fēng)暴潮的數(shù)值模擬（I）零階模型對渤海風(fēng)潮的初步應(yīng)用.海洋學(xué)報(bào)，1979，l（2）：194一211.

[5]羅義勇，孫文心.北部灣風(fēng)暴潮的數(shù)值模擬-三維流速分解模型的一個應(yīng)用.青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，25（1）：7-16.

[6]孫文心，魏更生.交換計(jì)算順序法.水動力學(xué)研究與進(jìn)展，10（4）：391-397.

篇4

關(guān)鍵詞：能源與動力工程 專業(yè)導(dǎo)論 教學(xué)方法 專業(yè)特色

中圖分類號：G642；TK0-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（b）-0171-03

Talking About Professional Introduction Course of Energy and Power Engineering

Li Jianzhong1 Yuan Li2 He Xiaomin1 Mao Junkui1 Zhang Jingyu1 Shi Bo1

（1.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System，Nanjing Jiangsu，210016，China；2.PLA University of Science and Technology， School of National Defense Engineering，Nanjing Jiangsu，210007，China）

Abstract：Based on training of professional talents and demand for talents of energy and power engineering，and also in view of school-running characteristics （aviation，aerospace，civil aviation） of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics and course highlights of energy and power engineering，professional characteristics and training objectives of energy and power engineering were introduced and the necessity of establishing professional introduction course was analysed.The teaching methods of theory and practice for professional introduction course of energy and power engineering were discussed.

Key Words：Energy and power engineering；Professional introduction；Teaching method；Professional characteristic

高等學(xué)校是培養(yǎng)專業(yè)型人才的搖籃和基地，制定合理的培養(yǎng)方案、設(shè)置具有綜合體系的專業(yè)課程、配套相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)平臺、改進(jìn)教學(xué)方法、提高教師水平等是實(shí)現(xiàn)循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生快樂學(xué)習(xí)、輕松了解和掌握專業(yè)技能及成為高技能專業(yè)型科技人才的保證。專業(yè)課程設(shè)置關(guān)系到如何讓學(xué)生“喜歡學(xué)”、如何讓學(xué)生知道“學(xué)什么”、及如何讓學(xué)生掌握“如何學(xué)”。專業(yè)導(dǎo)論課，是進(jìn)行系統(tǒng)專業(yè)學(xué)習(xí)的先導(dǎo)和鋪墊，是引導(dǎo)學(xué)生了解所學(xué)專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的入門課程，有利于幫助大學(xué)生盡早了解所學(xué)專業(yè)性質(zhì)、培養(yǎng)專業(yè)興趣、掌握專業(yè)學(xué)習(xí)方法、規(guī)劃自身發(fā)展，能夠起到重要的導(dǎo)航作用[1]。

1 專業(yè)特色及培養(yǎng)目標(biāo)

國家即將啟動以航空發(fā)動機(jī)/地面燃?xì)廨啓C(jī)為核心的高效動力裝置重大科技工程專項(xiàng)，明確提出要突破高性能動力裝置的核心關(guān)鍵技術(shù)，提升我國各類核心裝備、重大機(jī)械設(shè)備動力系統(tǒng)的自主保障能力。我國能源供需矛盾尖銳，結(jié)構(gòu)不合理，能源利用效率低，一次能源消費(fèi)以煤為主，化石能源的大量消費(fèi)造成嚴(yán)重的大氣污染，霧霾天氣不斷，嚴(yán)重影響人類的健康。如何滿足持續(xù)快速增長的能源需求和能源的清潔高效利用，對能源科技發(fā)展提出重大挑戰(zhàn)。國家正在推進(jìn)清潔能源開發(fā)與高效利用技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)、高效動力技術(shù)等為主的多項(xiàng)計(jì)劃，作為涵蓋能源、動力及環(huán)境領(lǐng)域的核心學(xué)科之一，能源與動力工程學(xué)科必將在新能源開發(fā)與綜合利用、高效低污染排放動力技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵的科學(xué)與技術(shù)支撐作用，為我國早日實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的宏偉目標(biāo)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，發(fā)展前景廣闊。國家重大計(jì)劃和實(shí)施綱要為能源與動力工程專業(yè)的發(fā)展提供了廣闊和美好地前景，該專業(yè)迎來了歷史性的發(fā)展機(jī)遇，同時也帶了巨大地挑戰(zhàn)，尤其在綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的能源與動力工程專業(yè)人才培養(yǎng)方面，對如何進(jìn)一步辦好能源與動力工程專業(yè)、提高本科和研究生教學(xué)水平、做好高水平人才培育基地提出了更高地要求。

大部分剛踏入大學(xué)校門的新生對自己專業(yè)認(rèn)知及畢業(yè)后從事工作崗位了解甚少，對大學(xué)生活和專業(yè)學(xué)習(xí)既好奇又迷茫，同時，中學(xué)階段被動式學(xué)習(xí)和吸收，學(xué)習(xí)時間緊，作業(yè)量大，承受具大考試壓力，而進(jìn)入大學(xué)以后，很多學(xué)生像脫韁的野馬，擺脫了家長和老師的束縛，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立學(xué)習(xí)積極性降低，失去學(xué)習(xí)目標(biāo)。鑒于此，一般高校在大一期間都設(shè)置了專業(yè)導(dǎo)論課，不僅要指導(dǎo)學(xué)生解除在該專業(yè)一些問題上的困惑，還要能引導(dǎo)學(xué)生更好地適應(yīng)大學(xué)生活，幫助學(xué)生領(lǐng)會大學(xué)的學(xué)習(xí)方法及提升自主學(xué)習(xí)能力，消除學(xué)生的不適應(yīng)性以提升學(xué)生自立、自主學(xué)習(xí)的能力，幫助學(xué)生更好地規(guī)劃學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。專業(yè)導(dǎo)論課教學(xué)內(nèi)容一般包括：（1）介紹專業(yè)背景和專業(yè)特色。（2）專業(yè)人才培養(yǎng)方案的課程體系及相互邏輯關(guān)系。（3）涉及的基本專業(yè)知識、專業(yè)拓展及交叉學(xué)科。（4）本科和研究生學(xué)科的對接關(guān)系。開設(shè)專業(yè)導(dǎo)論課可以幫助學(xué)生了解未來的就業(yè)和發(fā)展趨勢，增強(qiáng)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，為順利完成大學(xué)學(xué)業(yè)奠定基礎(chǔ)。高中生進(jìn)入大學(xué)后，常常因?yàn)椴贿m應(yīng)大學(xué)學(xué)習(xí)生活環(huán)境、不明確自己努力的方向而迷茫、放松自我約束，不能快速順利地完成由高中生向大學(xué)生的角色過渡，造成學(xué)習(xí)成績和思想滑坡。教學(xué)實(shí)踐表明，開設(shè)專業(yè)導(dǎo)論課程有利于學(xué)生了解專業(yè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的興趣，對以后學(xué)習(xí)專業(yè)及專業(yè)基礎(chǔ)課具有良好的導(dǎo)向作用。探索在本科低年級階段開設(shè)專業(yè)導(dǎo)論課程對教學(xué)質(zhì)量的提高、學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)具有重要意義[2]。高校應(yīng)該在更新教育觀念、加強(qiáng)教學(xué)管理、集中優(yōu)勢師資、編寫特色教材等環(huán)節(jié)著手進(jìn)行改革，全面推進(jìn)專業(yè)導(dǎo)論課的開設(shè)，切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。

南京航空航天大學(xué)能源和動力工程專業(yè)傳承了本校的航空、航天和民航特色，長期致力于動力領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究及相關(guān)技術(shù)，形成了高效燃燒組織、強(qiáng)化換熱理論及應(yīng)用、復(fù)雜流動仿真與控制、新概念動力裝置設(shè)計(jì)等多個優(yōu)勢明顯的特色方向。能源與動力工程專業(yè)緊密結(jié)合國家和江蘇省工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力為目標(biāo)，為國家和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供重要技術(shù)支撐和人才儲備。南京航空航天大學(xué)的能源與動力工程專業(yè)在多年的專業(yè)建設(shè)和發(fā)展過程中，始終弘揚(yáng)學(xué)?！柏?fù)重奮進(jìn)、獻(xiàn)身國防，唯實(shí)創(chuàng)新、志在超越”的辦學(xué)精神，把人才培養(yǎng)放在首要位置，研究能力持續(xù)攀升，產(chǎn)學(xué)研效果突出，素質(zhì)教育特色出眾，創(chuàng)新型優(yōu)秀人才培養(yǎng)成效突出，教學(xué)改革、課程群建設(shè)及國際交流不斷完善和進(jìn)步。因此，南京航空航天大學(xué)的能源與動力工程專業(yè)以素質(zhì)教育為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)體系特色突出，國防特色鮮明，基礎(chǔ)研究能力和服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力出眾，師資力量雄厚、專業(yè)綜合實(shí)力強(qiáng)，具備了非常廣闊地發(fā)展前景。

專業(yè)課程群是優(yōu)化學(xué)生知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、提高學(xué)生工程技術(shù)能力的基礎(chǔ)，直接影響實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系和師資隊(duì)伍的建設(shè)。借鑒國外著名大學(xué)中相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)方案及課程體系設(shè)立模式，在充分考慮南京航空航天大學(xué)能源與動力工程專業(yè)特色的現(xiàn)有培養(yǎng)方案基礎(chǔ)上，增加了實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的比重，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的應(yīng)用知識和實(shí)施能力。該專業(yè)發(fā)展核心專業(yè)課程體系的核心指導(dǎo)思想為完善基礎(chǔ)類課程體系、優(yōu)化課件，建立了開放式虛擬熱工基礎(chǔ)試驗(yàn)系統(tǒng)，提升教學(xué)效果；建設(shè)了燃?xì)廨啓C(jī)動力系統(tǒng)、節(jié)能減排、新能源利用3個核心課程群，理順各門課程知識領(lǐng)域的相互關(guān)系，遵循教育教學(xué)規(guī)律，突出特色，逐步完善該專業(yè)的課程知識體系，以流體力學(xué)、熱工學(xué)為理論基礎(chǔ)，輔助以機(jī)電、計(jì)算機(jī)和控制等學(xué)科的理論知識，培養(yǎng)具有高尚人格品行和社會責(zé)任感，具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和專業(yè)水平，熟悉能源利用、轉(zhuǎn)化及動力系統(tǒng)原理、應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)人才，可以從事能源動力、環(huán)境保護(hù)、新能源研究開發(fā)、動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、控制和管理等的工作。

2 專業(yè)導(dǎo)論課的教學(xué)方法

專業(yè)導(dǎo)論課作為學(xué)科啟蒙課程之一，旨在促進(jìn)低年級學(xué)生在較短時間內(nèi)概略了解自己所學(xué)專業(yè)的概念、內(nèi)涵、地位、作用、專業(yè)現(xiàn)狀、應(yīng)用前景，增強(qiáng)新生學(xué)習(xí)目的性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和動力，引導(dǎo)學(xué)生對該專業(yè)的人才培養(yǎng)計(jì)劃和培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系等了解，提高學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的認(rèn)知度，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)感情，有助于學(xué)生確立專業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生以積極的心態(tài)投入未來的學(xué)習(xí)生活[4-6]。專業(yè)導(dǎo)論課從培養(yǎng)方案討論開始，讓學(xué)生總體了解大學(xué)的培養(yǎng)模式，了解課程設(shè)置的特點(diǎn)，了解每門課的作用以及各課程之間的關(guān)系等，幫助學(xué)生認(rèn)識到其在低年級所學(xué)在高年級有所用。不僅有助于學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，更有助于學(xué)生制定中長期學(xué)習(xí)計(jì)劃。

南京航空航天大學(xué)能源與動力工程專業(yè)導(dǎo)論課采取理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式，培養(yǎng)學(xué)生對所學(xué)專業(yè)從宏觀上了解該專業(yè)的課程體系和課程結(jié)構(gòu)。理論教學(xué)環(huán)節(jié)，專業(yè)導(dǎo)論課的授課采用多位教師和專家聯(lián)合授課的方式，通過專業(yè)負(fù)責(zé)人對能源與動力專業(yè)培養(yǎng)方案解讀和相關(guān)專業(yè)老師以航空、航天、民航及相關(guān)領(lǐng)域?yàn)楸尘斑M(jìn)行具體的專業(yè)介紹，讓學(xué)生對所學(xué)專業(yè)有更深地了解。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)普適性教學(xué)，授課內(nèi)容不包含具體方法、原理等，專業(yè)內(nèi)容選擇上應(yīng)全面，表現(xiàn)形式應(yīng)具啟發(fā)性，且新穎、形象，具有一定的綜述性，深淺適當(dāng)。課堂上創(chuàng)設(shè)更加寬松的學(xué)習(xí)氛圍，多些特色、多些思考、多些討論、多些實(shí)踐。專業(yè)導(dǎo)論課的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)成具有引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識專業(yè)、了解專業(yè)，促使學(xué)生熱愛專業(yè)、明確個人發(fā)展規(guī)劃。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，安排現(xiàn)場參觀、實(shí)驗(yàn)演示等，對提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性具有作用積極。學(xué)生組隊(duì)專題討論，就某個同該專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)專題開展調(diào)研和論述，合作撰寫論述報(bào)告，小組成員上臺講述并分別回答如下問題：選題同該專業(yè)有何聯(lián)系？目前發(fā)展?fàn)顟B(tài)？未來發(fā)展趨勢？可能會涉及哪些知識？該專業(yè)哪些課程會涉及這些知識？該選題同哪些企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)相關(guān)等？南京航空航天大學(xué)能源與動力工程專業(yè)導(dǎo)論課以寬松、多樣化的教學(xué)安排調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和提升學(xué)習(xí)效果。為了實(shí)現(xiàn)能源與動力工程專業(yè)導(dǎo)論課在有效教學(xué)中的作用及其實(shí)施對策，在本科專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目“能源與動力工程專業(yè)導(dǎo)論視頻課”的支持下，拍攝并制作了八個單元的能源與動力工程專業(yè)導(dǎo)論課程視頻，在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上建成課程網(wǎng)站、上傳主要課程PPT、課程視頻、課程教學(xué)大綱等材料，學(xué)生可以更深入學(xué)習(xí)該課程和深入了解該專業(yè)。

3 結(jié)語

專業(yè)導(dǎo)論課是為大一新生能夠初步了解專業(yè)知識、掌握學(xué)習(xí)方法、做好職業(yè)生涯規(guī)劃的一門啟蒙和科普課程，啟發(fā)、調(diào)動大一新生的自主學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)新生熟悉能源利用、轉(zhuǎn)化及動力系統(tǒng)原理、應(yīng)用技術(shù)等知識，了解能源與動力工程專業(yè)涉及能源動力、環(huán)境保護(hù)、新能源研究開發(fā)、動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、控制和管理等行業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生熱愛所學(xué)專業(yè)、進(jìn)行大學(xué)成長規(guī)劃及職業(yè)生涯規(guī)劃及實(shí)施，逐漸提高自主學(xué)習(xí)能力，有計(jì)劃地進(jìn)行自我培養(yǎng)。能源與動力工程專業(yè)導(dǎo)論課教學(xué)模式是采用專業(yè)組長和同行專業(yè)教授配合理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的靈活性和多元化教學(xué)方法，使得專業(yè)導(dǎo)論課程能夠很好地激發(fā)學(xué)生的參與意識和學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生掌握專業(yè)學(xué)習(xí)方法，為高效地學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)知識打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。專業(yè)導(dǎo)論課是引領(lǐng)大學(xué)生建立專業(yè)自信心和專業(yè)歸屬感、走入專業(yè)領(lǐng)域的向?qū)?，在大學(xué)一年級新生在大學(xué)的學(xué)習(xí)和成長過程中，具有重要的領(lǐng)航作用。

參考文獻(xiàn)

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篇5

關(guān)鍵詞：CDIO；課程體系；實(shí)訓(xùn)課程

一、引言

CDIO工程教育模式的核心體現(xiàn)在兩個方面：一是強(qiáng)調(diào)工程活動的真實(shí)背景環(huán)境，這就要求工程教育培養(yǎng)的學(xué)生具備在真實(shí)的社會環(huán)境中進(jìn)行工程活動所必需的知識和能力，這不僅涉及專業(yè)技術(shù)知識和能力，還包括與工程活動相關(guān)的社會、政治、經(jīng)濟(jì)、文化和環(huán)境等非技術(shù)要素。二是強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作的完整生命周期，注重工程師系統(tǒng)構(gòu)建能力的培養(yǎng)。所以要實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)能夠勝任這個生命周期中所有活動的工程師的這一目標(biāo)，工程教育必須重視工程的實(shí)踐本質(zhì)要求，能夠提供真實(shí)工作環(huán)境培養(yǎng)學(xué)生的CDIO能力。結(jié)合CDIO工程教育模式的核心理念，某校安全工程專業(yè)的課程體系建設(shè)從八個方面展開。

二、基于“CDIO工程教育模式”的課程體系建設(shè)

1.CDIO背景環(huán)境的建立。CDIO背景環(huán)境的建立包括CDIO理念在培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系以及教學(xué)條件的保障等多個方面。從諸多環(huán)節(jié)保障學(xué)生能深刻認(rèn)識安全產(chǎn)品（以“安全技術(shù)”和“安全管理”形式輸出的產(chǎn)品）的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作過程，并培養(yǎng)其相關(guān)能力。依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，安全工程專業(yè)制定了12項(xiàng)畢業(yè)要求，從個人基礎(chǔ)知識、人際交往能力、安全產(chǎn)品建造能力以及學(xué)科知識等方面對學(xué)生的培養(yǎng)提出要求。在培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的基礎(chǔ)上，安全工程專業(yè)制定了基于CDIO模式的課程體系。通過數(shù)學(xué)等自然科學(xué)類課程、工程基礎(chǔ)類和專業(yè)基礎(chǔ)類課程培養(yǎng)學(xué)生思考工程問題的能力，通過一系列課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)安全產(chǎn)品的能力，通過金工實(shí)習(xí)、認(rèn)識實(shí)習(xí)、專業(yè)實(shí)習(xí)以及畢業(yè)實(shí)習(xí)等課程為學(xué)生提供安全工程實(shí)踐環(huán)境，掌握安全產(chǎn)品的實(shí)施和運(yùn)行知識，具備相應(yīng)的能力。同時，通過畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，綜合各種通識類課程的教授，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。2.專業(yè)利益相關(guān)者參與課程體系建設(shè)。按照CDIO教育理念，課程體系應(yīng)能符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，并得到專業(yè)利益相關(guān)者的驗(yàn)證。根據(jù)某校專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)修訂制度的規(guī)定，安全工程專業(yè)每四年修訂一次培養(yǎng)目標(biāo)，同時對課程體系進(jìn)行修訂，保證課程體系建設(shè)符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。課程體系修訂的過程分為兩個層次完成：第一層次每年開展一次，主要進(jìn)行修訂資料的積累，由學(xué)院院長牽頭組建包括所有專業(yè)教師在內(nèi)的課程體系修訂領(lǐng)導(dǎo)小組，在開展用人單位調(diào)查和畢業(yè)生調(diào)查的基礎(chǔ)上，初步明確課程體系的修訂內(nèi)容；第二層次四年開展一次，按照第一層次積累的修訂意見修改課程體系，并召開行業(yè)專家會，確定最終的修訂方案，制定新版課程體系。專業(yè)利益相關(guān)者主要包括學(xué)生（通過畢業(yè)生體現(xiàn)專業(yè)獲益）、專業(yè)教師、用人單位和行業(yè)專家（通過行業(yè)專家來評價專業(yè)獲益）。所有的利益相關(guān)者均參與課程體系的建設(shè)，并從學(xué)生獲知需求、教師在專業(yè)上的成長、用人需求等角度出發(fā)，協(xié)助調(diào)整課程設(shè)置，行業(yè)專家則從行業(yè)發(fā)展的角度評價課程設(shè)置的合理性，保證課程體系能得到專業(yè)利益相關(guān)者的驗(yàn)證。3.綜合性教學(xué)計(jì)劃的設(shè)計(jì)和實(shí)施。按照CDIO教育理念，本專業(yè)構(gòu)建了相互支撐的綜合性課程體系，并明確將基本個人能力、人際能力和對安全產(chǎn)品的構(gòu)建能力的培養(yǎng)融于其中。（1）著眼于基本個人能力培養(yǎng)的課程體系。基本個人能力的培養(yǎng)主要通過公共基礎(chǔ)課和學(xué)科基礎(chǔ)課實(shí)現(xiàn)。包括數(shù)學(xué)類和自然科學(xué)類課程，奠定牢固的自然科學(xué)基礎(chǔ)，英語和計(jì)算機(jī)是應(yīng)用工具類課程，以一系列思想政治課為思維導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感、職業(yè)道德和敬業(yè)精神，并注重職業(yè)生涯規(guī)劃；學(xué)科基礎(chǔ)課包括熱工基礎(chǔ)、工程力學(xué)、電工學(xué)、流體力學(xué)等課程，為專業(yè)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。（2）著眼于人際能力培養(yǎng)的課程體系。通過一系列通識類課程以及畢業(yè)設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)學(xué)生具有較好的人文社會科學(xué)素養(yǎng)，能夠在多學(xué)科背景下處理好個人和團(tuán)隊(duì)之間的關(guān)系，發(fā)揮個體優(yōu)勢，具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，并具有一定的組織領(lǐng)導(dǎo)能力；具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下就復(fù)雜的安全工程問題與同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流。同時通過安全法律法規(guī)等課程的講授，培養(yǎng)學(xué)生在工程實(shí)踐中自覺遵守工程師職業(yè)道德和規(guī)范，履行社會責(zé)任和義務(wù)。（3）著眼于安全產(chǎn)品構(gòu)建能力培養(yǎng)的課程體系。安全產(chǎn)品構(gòu)建能力的培養(yǎng)主要通過學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)課以及各種實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)。第二學(xué)年開設(shè)部分學(xué)科基礎(chǔ)課程，重點(diǎn)培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)知識與技能；第三學(xué)年主要開設(shè)部分學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課，并開展多種形式的專業(yè)實(shí)踐（金工實(shí)習(xí)、認(rèn)識實(shí)習(xí)、專業(yè)實(shí)習(xí)），重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的安全專業(yè)素養(yǎng)和工程實(shí)踐能力，并以注冊安全工程師和安全評價師執(zhí)業(yè)資格考試的主要科目為參考設(shè)置安全評價綜合實(shí)訓(xùn)等一系列實(shí)踐課程。每門專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課均設(shè)有一定學(xué)時的課程設(shè)計(jì)，在掌握理論知識的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思考解決問題的能力；第四學(xué)年組織開展畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），注重將學(xué)位論文與工程實(shí)踐項(xiàng)目相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，從論文選題、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用價值多個方面建立論文質(zhì)量評審指標(biāo)，考察學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識分析解決復(fù)雜工程問題的能力。（4）工程導(dǎo)論課程的設(shè)置。本專業(yè)開設(shè)必修課《安全科學(xué)基礎(chǔ)與職業(yè)發(fā)展》作為工程導(dǎo)論課程，一方面激發(fā)學(xué)生對安全工程領(lǐng)域的興趣和動力，另一方面講授安全工程實(shí)踐所需要的知識和能力框架，并且引出必要的個人和人際交往能力。（5）設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的培養(yǎng)，在課程計(jì)劃中包括兩個或更多的設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，其中一個為初級的，一個為高級的。初級的設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)培養(yǎng)課程包括機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)安全工程課程設(shè)計(jì)、鍋爐壓力容器安全課程設(shè)計(jì)、機(jī)械安全課程設(shè)計(jì)、電氣安全課程設(shè)計(jì)。其中，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)已經(jīng)經(jīng)過三年的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力在逐年提高。高級的設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)培養(yǎng)課程主要包括畢業(yè)設(shè)計(jì)，最后以畢業(yè)論文的形式考核。培養(yǎng)學(xué)生圍繞復(fù)雜安全工程問題開展設(shè)計(jì)，要求有充分的設(shè)計(jì)論證和正確的設(shè)計(jì)方法，并提供設(shè)計(jì)圖紙或設(shè)計(jì)方案或體系。本專業(yè)通過兩層機(jī)制對畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制：一方面，對畢業(yè)論文的指導(dǎo)與評審流程進(jìn)行質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制畢業(yè)論文指導(dǎo)與評審過程。另一方面，為了進(jìn)一步貫徹CDIO理念，培養(yǎng)學(xué)生從構(gòu)思、設(shè)計(jì)到實(shí)施、運(yùn)行的工程實(shí)踐能力，專業(yè)邀請安全工程領(lǐng)域的專家和企業(yè)指導(dǎo)老師共同參與畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的指導(dǎo)和考核，對培養(yǎng)學(xué)生的工程意識發(fā)揮促進(jìn)作用。在近三年的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作中，本專業(yè)分別邀請過北京市安監(jiān)局、北京市北一機(jī)床股份有限公司、北京東燕京礦山設(shè)備有限公司等多家單位的老師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐，并對論文提出修改意見，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使論文與實(shí)際聯(lián)系更加緊密。（6）工程實(shí)踐場所保障。安全工程專業(yè)近年來在二十多家企事業(yè)單位建立了實(shí)習(xí)基地，組織安全工程專業(yè)全體學(xué)生在基地進(jìn)行了實(shí)習(xí)活動。課程體系中包括的金工實(shí)習(xí)、認(rèn)識實(shí)習(xí)和專業(yè)實(shí)習(xí)都有對應(yīng)的工程實(shí)踐場所，各類課程設(shè)計(jì)都有對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境保障。（7）綜合實(shí)訓(xùn)課程培養(yǎng)多方面能力。通過開設(shè)安全評價綜合實(shí)訓(xùn)課程、安全人機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)課程、消防工程綜合實(shí)訓(xùn)課程，既為培養(yǎng)學(xué)生的綜合性學(xué)習(xí)能力和主動學(xué)習(xí)提供了保障，又提高了教師的工程實(shí)踐能力，同時保障了學(xué)生以及教師的個人基礎(chǔ)知識、人際交往能力以及安全產(chǎn)品建造能力的獲取。（8）通過課程目標(biāo)達(dá)成度評價畢業(yè)要求達(dá)成度，每門課程設(shè)置與畢業(yè)要求相對應(yīng)的課程目標(biāo)，通過分析所有學(xué)生的課程目標(biāo)達(dá)成度來評價畢業(yè)要求達(dá)成度，以此來進(jìn)行學(xué)生成績的考核，評價學(xué)生在個人基礎(chǔ)知識、人際交往能力、安全產(chǎn)品建造能力以及學(xué)科知識等方面的學(xué)習(xí)效果。

三、總結(jié)

篇6

歷

層

次

星期五（10月21日）

星期六（10月22日）

星期日（10月23日）

上午

（8：30—11：00）

下午

（2：00—4：30）

上午

（8：30—11：00）

下午

（2：00—4：30）

上午

（8：30—11：00）

下午

（2：00—4：30）

本

科 漢語言文學(xué)

050105　 03709基本原理概論

00540外國文學(xué)史　 00812中國現(xiàn)當(dāng)代作家作品專題研究

00813外國作家作品專題研究　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

00539中國古代文學(xué)史（二）

00321中國文化概論　 00541語言學(xué)概論

00015英語（二）

英語語言文學(xué)

050201　 00600高級英語

03709基本原理概論　 00830現(xiàn)代語言學(xué)

03708中國近現(xiàn)代史綱要

00016日語　 00603英語寫作

會計(jì)

020204　 00162會計(jì)制度設(shè)計(jì)

04183概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)（經(jīng)管類）

03709基本原理概論

00159高級財(cái)務(wù)會計(jì)

04184線性代數(shù)（經(jīng)管類）

03708中國近現(xiàn)代史綱要　 00161財(cái)務(wù)報(bào)表分析（一）

00051管理系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)應(yīng)用

00071社會保障概論

工商企業(yè)管理

020202　 03709基本原理概論

00067財(cái)務(wù)管理學(xué)

04183概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)（經(jīng)管類）　 00149國際貿(mào)易理論與實(shí)務(wù)

03708中國近現(xiàn)代史綱要

00154企業(yè)管理咨詢

04184線性代數(shù)（經(jīng)管類）　 00051管理系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)應(yīng)用

00071社會保障概論

00015英語（二）

市場營銷

020208　 04183概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)（經(jīng)管類）

00186國際商務(wù)談判

03709基本原理概論　 00149國際貿(mào)易理論與實(shí)務(wù)

04184線性代數(shù)（經(jīng)管類）

03708中國近現(xiàn)代史綱要

00055企業(yè)會計(jì)學(xué)　 00071社會保障概論

00051管理系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)應(yīng)用

00098國際市場營銷學(xué)

00015英語（二）

金融

020106　 03709基本原理概論

00067財(cái)務(wù)管理學(xué)

04183概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)（經(jīng)管類）　 00076國際金融　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

04184線性代數(shù)（經(jīng)管類）

00077金融市場學(xué)　 00051管理系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)應(yīng)用

00071社會保障概論

0 0015英語（二）

國際貿(mào)易

020110　 00100國際運(yùn)輸與保險(xiǎn)

03709基本原理概論

04183概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)（經(jīng)管類）　 00101外經(jīng)貿(mào)經(jīng)營與管理　 00055企業(yè)會計(jì)學(xué)

03708中國近現(xiàn)代史綱要

04184線性代數(shù)（經(jīng)管類）　 00098國際市場營銷學(xué)

00051管理系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)應(yīng)用

0 0015英語（二）

物流管理

020229　 00067財(cái)務(wù)管理學(xué)

03709基本原理概論

04183概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)（經(jīng)管類）　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

04184線性代數(shù)（經(jīng)管類）　 00043經(jīng)濟(jì)法概論（財(cái)經(jīng)類）

0 0015英語（二）

公安管理

030401　 03709基本原理概論

00372公安信息學(xué)　 00235犯罪學(xué)（一）

03708中國近現(xiàn)代史綱要

04729大學(xué)語文

00860公安行政訴訟　 00373涉外警務(wù)概論

00015英語（二）

法律

030106　 03709基本原理概論

00230合同法

05678金融法 　 00257票據(jù)法

00227公司法

00262法律文書寫作　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

00263外國法制史

05680婚姻家庭法　 00228環(huán)境與資源保護(hù)法學(xué)

00169房地產(chǎn)法

00015英語（二）

行政管理

030302　 03709基本原理概論

00320領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)

00067財(cái)務(wù)管理學(xué)　 00319行政組織理論

00323西方行政學(xué)說史

03708中國近現(xiàn)代史綱要

00321中國文化概論　 00322中國行政史

00316西方政治制度

00015英語（二）

機(jī)電一體化

080307　 03709基本原理概論

02194工程經(jīng)濟(jì)　 02240機(jī)械工程控制基礎(chǔ)

03708中國近現(xiàn)代史綱要

02202傳感器與檢測技術(shù)　 02241工業(yè)用微型計(jì)算機(jī)

00420物理（工）

00015英語（二）

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

080709　 03709基本原理概論

04747 Java語言程序設(shè)計(jì)（一）

02331數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　 00342高級語言程序設(shè)計(jì)（一）

04735數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理

04749網(wǎng)絡(luò)工程　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

02379計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理　 03142互聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用

00015英語（二）

計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用

080702　 03709基本原理概論

04747 Java語言程序設(shè)計(jì)（一）

02331數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　 00342高級語言程序設(shè)計(jì)（一）

04735數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理　 04737 C++程序設(shè)計(jì)

03708中國近現(xiàn)代史綱要　 02333軟件工程

00015英語（二）

應(yīng)用電子技術(shù)

080735　 05693音響及視頻技術(shù)

3709基本原理概論

00342高級語言程序設(shè)計(jì)（一）

03708中國近現(xiàn)代史綱要

02202傳感器與檢測技術(shù)　 00015英語（二）

建筑工程

080806　 03709基本原理概論

02440混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　 02446建筑設(shè)備

03347流體力學(xué)　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

02404工程地質(zhì)及土力學(xué)

02448建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)　 02447建筑經(jīng)濟(jì)與企業(yè)管理

00420物理（工）

00015英語（二）

護(hù)理學(xué)

100702　 03709基本原理概論

03006護(hù)理管理學(xué)

03203外科護(hù)理學(xué)（二）

00018計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)　 03008護(hù)理學(xué)研究

03009精神障礙護(hù)理學(xué)　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

03005護(hù)理教育導(dǎo)論

00182公共關(guān)系學(xué)　 03010婦產(chǎn)科護(hù)理學(xué)（二）

03011兒科護(hù)理學(xué)（二）

04436康復(fù)護(hù)理學(xué)

00015英語（二）

旅游管理

020210　 00199中外民俗　 00200客源國概況

漢語言文學(xué)教育050113　 00537中國現(xiàn)代文學(xué)史　 00024普通邏輯

00413現(xiàn)代教育技術(shù)　 00540外國文學(xué)史

06417中學(xué)語文課堂教學(xué)技能訓(xùn)練　 00037美學(xué)

00466發(fā)展與教育心理學(xué)*　 00015英語（二）

英語教育

050206　 00087英語翻譯　 00831英語語法　 00604英美文學(xué)選讀　 06425中學(xué)英語課程教材教法　 00466發(fā)展與教育心理學(xué)

03708中國近現(xiàn)代史綱要　 00603英語寫作

地理教育

070702　 02104現(xiàn)代自然地理學(xué)　 02103計(jì)量地理與地理信息系統(tǒng)　 02105中學(xué)地理教育學(xué)

02102遙感概論　 02101區(qū)域科學(xué)原理　 03708中國近代史綱要

00466發(fā)展與教育心理學(xué)　 中學(xué)地理專題選講

思想政治教

040202育　 00483科學(xué)思維方法論　 05629思想政治課教學(xué)法

00033當(dāng)代世界政治經(jīng)濟(jì)與國際關(guān)系　 00481現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與當(dāng)代社會

05630中學(xué)政治課專題選講　 00466發(fā)展與教育心理學(xué)

00321中國文化概論　 00015英語（二）

歷史教育

060102　 00774史學(xué)理論與方法　 05631中學(xué)歷史課堂教學(xué)技能訓(xùn)練

00771中國現(xiàn)（當(dāng)）代史專題　 06427西方文化史

05632中學(xué)歷史專題選講　 00466發(fā)展與教育心理學(xué)

00321中國文化概論　 00773世界現(xiàn)（當(dāng)）代史專題

00015英語（二）

生物教育

070402　 02081進(jìn)化生物學(xué)　 02088生物教育學(xué)　 02085 細(xì)胞生物學(xué)

03709基本原理概論　 02076 遺傳學(xué)（一）　 03708中國近代史綱要

02077 中學(xué)生物教學(xué)法　 00015英語（二）

法律教育

030113　 00230合同法

05678金融法　 00262法律文書寫作

00227公司法　 00466發(fā)展與教育心理學(xué)　 0228環(huán)境與資源保護(hù)法

信息技術(shù)教育080713　 04345信息技術(shù)教育教育與研究方　 電視編導(dǎo)與制作04340　 02141計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)　 04338音響技術(shù)及應(yīng)用

計(jì)算機(jī)科學(xué)教育080745　 　 微機(jī)故障診斷與維修技術(shù)（06518）　 多媒體教學(xué)系統(tǒng)（00441）　 高等數(shù)學(xué)（工本）（00023）　 發(fā)展與教育心理學(xué)（00466）

數(shù)學(xué)教育

070102　 概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)（一）（02010）　 抽象代數(shù)（02009）　 高級語言程序設(shè)計(jì)（二）（03204）　 發(fā)展與教育心理學(xué)（00466）　 教育科學(xué)研究方法（二）（00456）

物理教育

070202　 06437物理學(xué)創(chuàng)新思維　 02036量子力學(xué)　 06438物理課堂教學(xué)技能訓(xùn)練　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

化學(xué)教育學(xué)

070302

02055中級有機(jī)化學(xué)　 03709馬克思主基本原理概論　 05543中學(xué)化學(xué)專題選講　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

音樂教育

050408

美術(shù)教育

050410　 02200現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法　 00745中國畫論

體育教育

040302　 00501體育史　 00495體育保健

教育管理

040107　 03709基本原理概論

00454教育預(yù)測與規(guī)劃

06159教育社會學(xué)　 00451教育經(jīng)濟(jì)學(xué)

00457學(xué)前教育管理

00458中小學(xué)教育管理　 00449教育管理原理

03708中國近現(xiàn)代史綱要　 00456教育科學(xué)研究方法（二）

00015英語（二）

教育學(xué)

040108　 00464中外教育簡史

03709基本原理概論

06159教育社會學(xué)　 00469教育學(xué)原理

00449教育管理原理

00321中國文化概論

03708中國近現(xiàn)代史綱要

00466發(fā)展與教育心理學(xué)　 00456教育科學(xué)研究方法（二）

00015英語（二）

學(xué)前教育

040102　 03709基本原理概論

00401學(xué)前比較教育

00409美育基礎(chǔ)　 00883學(xué)前特殊兒童教育

00403學(xué)前兒童家庭教育　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

00887兒童文學(xué)名著導(dǎo)讀　 00399學(xué)前游戲論

00015英語（二）

小學(xué)教育

040112　 03709基本原理概論

00464中外教育簡史　 00458中小學(xué)教育管理　 03330小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)研究

03301中小學(xué)教師信息技術(shù)（高級）　 06231現(xiàn)代教育測量與評價學(xué)

人力資源管理

020218　 03709基本原理概論

06093人力資源開發(fā)與管理　 06091薪酬管理　 00182公共關(guān)系學(xué)

00321中國文化概論

03708中國近現(xiàn)代史綱要　 00051管理系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)應(yīng)用

00071社會保障概論

06089勞動關(guān)系與勞動法

00015英語（二）

民商法

030116　 06455社會保障法

03709基本原理概論　 05558侵權(quán)行為法　 05559海商法

05557物權(quán)法　 05561世界貿(mào)易組織法

應(yīng)用化學(xué)

081209　 03709基本原理概論　 02066有機(jī)化學(xué)（二）　 02483工業(yè)分析　 02521食品分析與檢驗(yàn)

基礎(chǔ)教育

040120　 03709基本原理概論　 05683素質(zhì)教育理論與實(shí)踐　 06420中文工具書　 04579中學(xué)語文教學(xué)法

軟件工程

080720　 03709基本原理概論　 07165軟件工程概論　 07026網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)　 07028軟件測試技術(shù)

道路與橋梁工程

080807 03709基本原理概論

06080高速公路　 06082筑路機(jī)械及施工　 06081隧道工程

06079城市道路　 06078交通工程

06076結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

英語翻譯

050134　 03709基本原理概論

05349英漢語言文化比較

汽車服務(wù)工程

082232　 03709基本原理概論

044461汽車營銷與貿(mào)易　 06906汽車運(yùn)行材料　 06895汽車節(jié)能技術(shù)

制藥科學(xué)與工程

081204　 03709基本原理概論

07780化學(xué)制藥工藝學(xué)

藥學(xué)

100805　 03709基本原理概論　 03708中國近現(xiàn)代史綱要　 00015英語（二）

義務(wù)教育

040125　 03709基本原理概論

09291初中語文課程與教學(xué)

09294初中數(shù)學(xué)課程與教學(xué)

09297初中英語課程與教學(xué)

000464中外教育簡史　 00458中小學(xué)教育管理　 03708中國近現(xiàn)代史綱要

09339中小學(xué)生品德發(fā)展與道德教育　 00456教育科學(xué)研究方法（二）

00015英語（二）

監(jiān)所管理

030109　 00928罪犯勞動改造學(xué)　 00918民事訴訟原理與實(shí)務(wù)（一）

篇7

關(guān)鍵詞：MOOCs；“翻轉(zhuǎn)課堂”；教學(xué)模式；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0283-02

一、前言

隨著我國高等教育發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人才培養(yǎng)質(zhì)量也引起國家和社會的廣泛關(guān)注。在21世紀(jì)，決定一個國家和民族競爭力的關(guān)鍵是創(chuàng)新能力的大小強(qiáng)弱，而創(chuàng)新能力、創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，關(guān)鍵要靠教育，特別是高等教育[1]。競爭將主要取決于學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識創(chuàng)造性地解決問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力，然而，現(xiàn)行大學(xué)教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。教學(xué)方法是教學(xué)活動的基本要素，是增強(qiáng)教學(xué)效果和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段?，F(xiàn)行大學(xué)的教學(xué)模式：以傳授知識為主要教學(xué)目標(biāo)，而不是知識、能力、綜合素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展；以課堂講授為主要教學(xué)方法，而不是多種教學(xué)手段和方法的結(jié)合；以教師和教材為中心，而不是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)；以筆試為主要評估手段，而不是從多個方面全面評估學(xué)生。

高等學(xué)校教學(xué)方法應(yīng)有以下幾個特點(diǎn)：學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)；學(xué)生研究能力的培養(yǎng)；注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)；倡導(dǎo)學(xué)生合作精神的培養(yǎng)；強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新精神的培養(yǎng)[2]，即重視培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力、實(shí)踐能力、價值觀念、健全人格等。2012年，一場以數(shù)字化為特征的教育改革正以燎原之勢席卷而來[3]，這就是“慕課”，2012年因此被稱為“慕課（MOOCs）元年”。MOOCs，是Massive Open Online Courses的英文首字母縮寫，即大規(guī)模在線開放課程。MOOCs是一種具有交互功能的、開放式在線學(xué)習(xí)方式，它是一場學(xué)習(xí)的革命，MOOCs的教學(xué)形式被譽(yù)為“印刷術(shù)發(fā)明以來教育最大的革新”。MOOCs標(biāo)志著現(xiàn)代教育進(jìn)入數(shù)字化時代，顯示了信息化和大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，同時可以推進(jìn)教育公平、提升教育質(zhì)量[3]。MOOCs的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的教學(xué)方式、學(xué)習(xí)形態(tài)發(fā)生根本性改變，知識的傳授方式、學(xué)生學(xué)習(xí)方式和教學(xué)組織方式都在發(fā)生變化；MOOCs課程建設(shè)使得學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)、以學(xué)生為主體成為可能，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)生的主觀能動性得到發(fā)揮；這將引發(fā)高等教育理念和教育體系的全面更新和調(diào)整[4]。

二、MOOCs模式下《天氣學(xué)》知識的學(xué)習(xí)

MOOCs，其中“M”代表大規(guī)模（Massive）；“O”代表開放（Open），指的是學(xué)習(xí)空間、時間和學(xué)習(xí)資源的開放；“O”代表在線（Online），指的是教師講授、學(xué)生學(xué)習(xí)、相互之間的討論、作業(yè)完成和提交等都是通過網(wǎng)絡(luò)在線實(shí)現(xiàn)的；“C”是學(xué)習(xí)課程（Courses），包括教學(xué)內(nèi)容的課程教案和教師的教學(xué)設(shè)計(jì)、課程教學(xué)視頻、參考資料和作業(yè)。在MOOCs模式下，所學(xué)課程、課堂教學(xué)、學(xué)習(xí)進(jìn)度、互動過程等被完整地、系統(tǒng)地在線實(shí)現(xiàn)[3]?！短鞖鈱W(xué)》課程是綜合運(yùn)用流體力學(xué)、大氣探測學(xué)、大氣物理學(xué)、動力氣象學(xué)等理論，論述大氣中天氣系統(tǒng)和天氣現(xiàn)象的分布、演變規(guī)律及其分析方法，并用以制作天氣預(yù)報(bào)的一門課程?！短鞖鈱W(xué)》MOOCs課程總體建設(shè)目標(biāo)：按照氣象學(xué)本科人才培養(yǎng)方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，以國家精品課程《天氣學(xué)》為基礎(chǔ)，理論120學(xué)時，分2個學(xué)期開設(shè)課程。通過錄制視頻，《天氣學(xué)》建立包括緒論、氣團(tuán)和鋒、溫帶氣旋、冷空氣活動和冷高壓、副熱帶高壓、大氣環(huán)流、熱帶天氣系統(tǒng)、熱帶氣旋、中小尺度天氣系統(tǒng)、季風(fēng)等章節(jié)知識點(diǎn)的視頻資源；配套的習(xí)題；提供一套電子教材；課程教學(xué)設(shè)計(jì)、課程教案和課件、教學(xué)案例，建設(shè)一套開放式MOOCs課程?！短鞖鈱W(xué)》MOOCs課程項(xiàng)目建成后，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教育資源的共享，提高資源使用效率，為氣象學(xué)專業(yè)《天氣學(xué)》課程創(chuàng)新教學(xué)模式、推動教學(xué)方法改革奠定基礎(chǔ)；項(xiàng)目可以為任課教師推進(jìn)“翻轉(zhuǎn)課堂”式、研討式、案例式等教學(xué)提供教學(xué)資源，有利于培養(yǎng)一批高素質(zhì)教師隊(duì)伍；為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)資源，促進(jìn)學(xué)生的合作式學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程從“知識傳授”為主向“知識獲取”為主的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。該MOOC課程通過補(bǔ)充相關(guān)資源，還可以應(yīng)用于海洋學(xué)、大氣探測學(xué)、空間工程等本科專業(yè)《天氣學(xué)概論》、《天氣學(xué)原理》等課程的學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)教學(xué)模式，課堂上講授《天氣學(xué)》知識、課后完成內(nèi)化知識（如完成作業(yè)、思考題和天氣過程小結(jié)等），重在知識傳遞，不重視能力培養(yǎng)?！胺D(zhuǎn)課堂”（Flipped Classroom或Inverted Classroom）使得學(xué)生課前通過教學(xué)微視頻學(xué)習(xí)《天氣學(xué)》教學(xué)內(nèi)容，即知識傳授由信息技術(shù)的幫助在課前完成；課堂上教師組織學(xué)生討論、答疑互動活動（釋疑、解惑、探究等），知識的內(nèi)化在課堂上完成?！胺D(zhuǎn)課堂”的前提需要借助《天氣學(xué)》的MOOCs視頻資料，這種教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)生的參與度，促進(jìn)知識到能力的內(nèi)化。借助于數(shù)字化和大數(shù)據(jù)技術(shù)，MOOCs和“翻轉(zhuǎn)課堂”的有機(jī)結(jié)合，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，形成了《天氣學(xué)》教學(xué)過程的最大變革。MOOCs和“翻轉(zhuǎn)課堂”的出現(xiàn)，不僅僅是改變了空間、時間，需對《天氣學(xué)》教學(xué)過程進(jìn)行反思；它把被動灌輸變?yōu)橹鲃犹剿鳎沟脤W(xué)生對知識的獲取更有針對性；可以體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，進(jìn)行個性化、主動學(xué)習(xí)；在觀看MOOCs視頻資料時，可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)狀況控制學(xué)習(xí)進(jìn)度；通過在線老師的幫助，及時解決疑問；基于課前的視頻學(xué)習(xí)，課堂上老師可以使用多種教學(xué)模式，使學(xué)生的《天氣學(xué)》知識得到更好的內(nèi)化，獲取知識的能力和學(xué)生之間的合作精神等整體素質(zhì)得以更大的提升。

三、MOOCs模式下多種教學(xué)模式的應(yīng)用

通過《天氣學(xué)》MOOCs課程的微視頻，和“翻轉(zhuǎn)課堂”式教學(xué)模式的使用，過去由教師通過課堂講授的關(guān)于天氣學(xué)的知識，現(xiàn)在可以通過MOOCs系統(tǒng)實(shí)施，由優(yōu)秀教師制作的關(guān)于天氣、天氣系統(tǒng)、天氣現(xiàn)象及其發(fā)生發(fā)展演變規(guī)律和預(yù)報(bào)方法等知識的課件、多媒體教學(xué)片、課程網(wǎng)頁在網(wǎng)絡(luò)上對學(xué)生開放，使得課前就能完成《天氣學(xué)》知識的學(xué)習(xí)；課堂上的教師可以應(yīng)用多種教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的綜合發(fā)展為教學(xué)目標(biāo)。下面談一下MOOCs模式下《天氣學(xué)》其他教學(xué)方法的使用：“探究性學(xué)習(xí)”方法是從自然、社會和生活中選擇和確定專題進(jìn)行研究。載客458人的“東方之星”客船2015年6月1日約21時28分，在長江中游湖北監(jiān)利水域沉沒。這就需要研究當(dāng)天的氣象條件，是否有強(qiáng)對流如龍卷出現(xiàn)，龍卷是一種強(qiáng)烈的、小范圍的空氣渦旋，水平范圍幾米到幾百米，最大1千米，地面風(fēng)速在100～200米/秒之間，破壞性很強(qiáng)，生命史幾分鐘到十幾分鐘，滿足一定的氣象條件才可能出現(xiàn)。對于這樣一個令人痛心的專題，組織學(xué)生利用氣象觀測進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，使得學(xué)生在研究過程中主動地獲取知識、應(yīng)用所學(xué)知識解決問題――在這次沉沒事件中是否有龍卷出現(xiàn)？批判性思維的訓(xùn)練：翻轉(zhuǎn)課堂的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，其核心有賴于“批判性思維”，學(xué)生學(xué)習(xí)知識后的提問和討論，這種思維方式是創(chuàng)新型人才所必需的素質(zhì)；對于長期被動接受知識的學(xué)生來說很難做到，他們只接受不思考。在《天氣學(xué)》的教學(xué)中，學(xué)生通過課外搜索學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)在赤道（科氏參數(shù)為零）也有熱帶風(fēng)暴出現(xiàn)，他們對熱帶氣旋形成的四個必要條件提出了質(zhì)疑；但此問題的解決，還需學(xué)生進(jìn)一步的研究性學(xué)習(xí)。啟發(fā)式教學(xué)法在《天氣學(xué)》中的應(yīng)用，在教學(xué)過程中要做到“不憤不啟，不悱不發(fā)”，表明不到學(xué)生非常想知道時，教師不要去要求他知道，不到學(xué)生經(jīng)過認(rèn)真思考想說時，教師不要告訴他結(jié)論。目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的求知欲，學(xué)生主體地位明顯、教師位居主導(dǎo)地位。通過教師啟發(fā)，綜合利用各種氣象觀測資料，讓學(xué)生積極、主動地去發(fā)現(xiàn)和探索新的天氣現(xiàn)象和觀測事實(shí)，充分運(yùn)用發(fā)現(xiàn)式教學(xué)方法，以此提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和利用所學(xué)知識解決問題的能力，培養(yǎng)其敏銳的觀察力、豐富的想象力、獨(dú)特的創(chuàng)造力?！短鞖鈱W(xué)》的教學(xué)，在MOOCs和“翻轉(zhuǎn)課堂”有機(jī)結(jié)合的基礎(chǔ)上，做到以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，采用多種教學(xué)模式，配合答疑課、討論課，鼓勵學(xué)生走上講臺，促進(jìn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)、小組協(xié)作式學(xué)習(xí)，從而提升學(xué)生獨(dú)立思考能力、獲取知識能力、創(chuàng)新能力、表達(dá)能力、協(xié)作能力。

四、結(jié)語

由于國家的發(fā)展和民族的振興，對21世紀(jì)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求，培養(yǎng)具有國際競爭力的創(chuàng)新人才成為大學(xué)教育發(fā)展的主要任務(wù)，肩負(fù)培養(yǎng)人才使命的高等院校的教育改革勢在必行，大學(xué)教學(xué)的教學(xué)模式和教學(xué)方式面臨重塑。當(dāng)代高等教育正在從“知識為本”走向“綜合素質(zhì)為本”，即走向知識、能力與情感態(tài)度價值觀融為一體的教育。在高等教育的教學(xué)改革中，教學(xué)方法是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、完成教學(xué)任務(wù)、增強(qiáng)教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，直接關(guān)系到人才培養(yǎng)質(zhì)量。教學(xué)方法是聯(lián)系教師、學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容三者的橋梁，任何教學(xué)內(nèi)容都是通過一定的教學(xué)方法而完成的，采用何種教學(xué)模式是教師需要深入思考的問題，作為起“主導(dǎo)作用”的教師需要把握、設(shè)計(jì)好課程的整個教學(xué)過程。

參考文獻(xiàn)：

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[2]徐輝，季誠鈞.大學(xué)教學(xué)概論[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2004.

篇8

摘 要：本文通過全面論述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識結(jié)構(gòu)體系與它在計(jì)算機(jī)科學(xué)教育中的作用與地位，提出把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)列入計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，以彌補(bǔ)“高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范(試行)”與“高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)公共核心知識體系與課程”中對計(jì)算理論“能行性”教育的缺失與應(yīng)用軟件編程系統(tǒng)訓(xùn)練的不足。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；計(jì)算機(jī)教育；核心課程；軟件系統(tǒng)；應(yīng)用開發(fā)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 引言

2006年，國家教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會編制出版了“高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范(試行)“(以下簡稱”新專業(yè)規(guī)范“)[1]，該“新專業(yè)規(guī)范”指出：由于計(jì)算機(jī)專業(yè)是全國在校人數(shù)最多、高校開設(shè)專業(yè)最多的專業(yè)，這導(dǎo)致計(jì)算機(jī)類專業(yè)畢業(yè)生目前出現(xiàn)就業(yè)困難，其主要原因還是計(jì)算機(jī)人才的培養(yǎng)滿足社會需要的針對性不夠明確，導(dǎo)致了人才結(jié)構(gòu)上的不合理。解決方法是分類培養(yǎng)、使計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生能有相對優(yōu)勢的知識結(jié)構(gòu)，高校教育應(yīng)該為計(jì)算機(jī)專業(yè)現(xiàn)在的畢業(yè)生增加專業(yè)特色、增強(qiáng)就業(yè)競爭優(yōu)勢，等等。并由此提出了“高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)公共核心知識體系與課程”(以下簡稱“核心課程”)[2]。無疑，這對全面規(guī)范并提高國內(nèi)計(jì)算機(jī)教育的整體水平具有非常大的指導(dǎo)作用。通過認(rèn)真學(xué)習(xí)研究這些內(nèi)容之后發(fā)現(xiàn)，究竟應(yīng)選擇哪些課程作為計(jì)算機(jī)的公共核心課程供全國各行業(yè)人員作為學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識，以及一些課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該如何安排，才能做到既拓展計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的知識領(lǐng)域、又能增加學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)渠道等，這些都是大家不斷思考的問題。而計(jì)算機(jī)“核心課程”的選擇似乎對上述已有問題的解決幫助不夠，而增加計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教育對解決這些問題是一個值得借鑒的好方法，理由如下(不妥之處，請批評指正)。

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程列入核心課程，彌補(bǔ)本科教學(xué)計(jì)算能行性教育的缺失

作為具有全國指導(dǎo)意義的“新專業(yè)規(guī)范”，應(yīng)該為計(jì)算機(jī)教育在多個行業(yè)方向的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，而抽出它們所共有的基礎(chǔ)課作為計(jì)算機(jī)本科教育的核心課程，但現(xiàn)有的“新專業(yè)規(guī)范”的公共“核心課程”[2]只有

程序設(shè)計(jì)

離散數(shù)學(xué)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)組成

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

操作系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

等7門課程內(nèi)容，而把“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程排斥在核心課程之外，這顯然不利于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的全面發(fā)展，不利于計(jì)算機(jī)動畫、游戲、圖形標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造等計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件行業(yè)的全面發(fā)展，會縮小計(jì)算機(jī)本科生畢業(yè)之后的就業(yè)面，也與制定“新專業(yè)規(guī)范”的初衷相悖。

什么能被自動計(jì)算一直是計(jì)算機(jī)界探討的主題之一[8]，那些確切能用計(jì)算方法解決的問題如何設(shè)計(jì)才能被計(jì)算機(jī)自動計(jì)算簡稱計(jì)算的能行性(可計(jì)算性的實(shí)現(xiàn)前提)，而程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這兩門課程是計(jì)算機(jī)編程的基礎(chǔ)，它們作為計(jì)算機(jī)的公共核心課程是必須的。但這兩門課程(該“程序設(shè)計(jì)”課程實(shí)為計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言＋語句的簡單應(yīng)用，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”講授程序加工的數(shù)據(jù)如何配合算法進(jìn)行有效管理安排、以實(shí)現(xiàn)算法的功能)并沒有從理論上解決計(jì)算機(jī)程序根據(jù)什么原則才能進(jìn)行有效設(shè)計(jì)、以及程序如何構(gòu)成系統(tǒng)后才能最后自動解決用戶提交的計(jì)算問題，這是國內(nèi)“程序設(shè)計(jì)”課程多年來懸而未決的老大難題。其原因在于：講授程序設(shè)計(jì)語言時，學(xué)生還沒有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的知識，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身既不講模型方法、又不講解軟件系統(tǒng)等概念，同時這兩門課程也缺少具有復(fù)雜計(jì)算模型的大規(guī)模實(shí)用軟件編程的整體訓(xùn)練內(nèi)容與方法，若把這些缺失的內(nèi)容都加入到教學(xué)中，則一無足夠的課時、二是改變了授課的性質(zhì)。所以，從算法語言的角度介紹程序的設(shè)計(jì)方法是不完備的。

對于這個問題，計(jì)算理論早已從計(jì)算的機(jī)理與實(shí)現(xiàn)上予以解決。但計(jì)算理論的內(nèi)容一般只在研究生階段講授，且計(jì)算理論是研究生的一個專業(yè)方向、即使該理論在研究生階段講授、學(xué)生理解也有一定難度，而把這套理論方法直接用于實(shí)踐以解決實(shí)際應(yīng)用問題難度更大[9]。即現(xiàn)有成熟的程序設(shè)計(jì)理論與方法沒有通過適當(dāng)?shù)妮d體引進(jìn)本科課堂教學(xué)中是現(xiàn)行教育政策最大的不足，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是直接從應(yīng)用軟件開發(fā)的角度闡述計(jì)算的“能行性”問題(見下述)，當(dāng)其列入計(jì)算機(jī)的核心課程后，既能彌補(bǔ)上述計(jì)算理論教育中缺失的一環(huán)，也能有效彌補(bǔ)上述7門核心課程中計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件編程系統(tǒng)訓(xùn)練不足的尷尬。事實(shí)上，GPU(圖形處理芯片)與CPU在PC機(jī)上的發(fā)展并駕齊驅(qū)，證明計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中不可缺少的重要研究領(lǐng)域，可這些沒有在“核心課程”[2]中得到有效的體現(xiàn)令人不解。

3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識結(jié)構(gòu)體系

3.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對象、研究方法與基本教學(xué)內(nèi)容

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的最終目的就是用計(jì)算機(jī)程序的方法在計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上生成圖像效果，特別是生成類似照相機(jī)拍攝的三維圖像。而照相機(jī)拍攝三維圖像是一個具體的物理過程，它的基本原理是光線在空間物體之間相互傳播，當(dāng)光線被物體表面反射并被照相機(jī)接收后形成的顯示效果。由于人們能從二維照片上光點(diǎn)的亮度與大小判斷出物體表面該點(diǎn)距照相機(jī)的相對遠(yuǎn)近，故人們常稱這種圖像為三維圖像。用計(jì)算機(jī)程序的方法生成具有高度真實(shí)感的圖形就是對上述物理過程的一種近似仿真模擬得到的效果。為了達(dá)到這一目的，人們根據(jù)仿真方法的要求，建立了仿真過程需要的各種模型(包括照相機(jī)模型，燈光模型，顏色模型，照明模型，物體的幾何模型，物體表面的材質(zhì)與紋理模型)，通過①模型數(shù)據(jù)的輸入(交互輸入、編程輸入、文件輸入等)、②數(shù)據(jù)的存儲與管理(系統(tǒng)參數(shù)文件、圖形模型數(shù)據(jù)文件、規(guī)格化圖形數(shù)據(jù)文件、物理顯示設(shè)備的圖形顯示文件)、③數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理(物體的幾何變換、全剖切運(yùn)算、集合運(yùn)算、三維重建算法、物體的各種變形運(yùn)算等)、④數(shù)據(jù)的輸出(各種線段圖形的生成與實(shí)面積多邊形的填充算法、著色算法、消隱算法、紋理映射算法、陰影算法，光線跟蹤算法與輻射度算法)等4個處理過程，用系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)其圖形顯示[7]。

這里照相機(jī)模型描述了三維空間中的點(diǎn)、線、面等圖形投影轉(zhuǎn)換成二維空間中點(diǎn)、線、面等圖形，并調(diào)用二維圖形的生成算法生成二維圖像，同時裁剪超出顯示范圍的三維圖形、便于圖形的正確顯示。燈光模型與顏色模型描述了光線產(chǎn)生的根源、點(diǎn)光源的空間幾何分布、光線在空間中的傳播方向與衰減規(guī)律，光線的色彩屬性、亮度計(jì)算方法與合成色的變化規(guī)律等內(nèi)容。照明模型描述了物體表面反光或透光能力的計(jì)算方法。物體的幾何模型描述了一個物體的點(diǎn)線面等幾何尺寸與大小。材質(zhì)特性描述了各物體表面對各種性質(zhì)光線的反光與透光能力的大小。紋理模型直接描述了物體表面各點(diǎn)的顯示細(xì)節(jié)與像素值。著色算法確定了用何種插值算法填充多邊形網(wǎng)格表面、使其顯示效果是多邊形網(wǎng)格效果或是一張光滑的曲面效果。消隱算法確定顯示物體表面的各個可見表面與邊線，不顯示其被遮擋的不可見的表面與邊線。紋理映射算法就是把一張照片映射至物體的表面上(又稱貼圖)，而這個照片既可以是實(shí)際照相機(jī)拍攝的三維照片，也可以是用數(shù)學(xué)模型描述并動態(tài)產(chǎn)生的結(jié)果。在場景中，由于某些遮擋物的存在，光線不能直接照射到某些物體的表面，使得這些表面反光(透光)的亮度暗于被光線直接照射物體表面的亮度；觀察的角度不同，所見這種陰影效果的形狀與大小不一樣；陰影算法即在場景圖中統(tǒng)一繪制這種陰影顯示效果與非陰影顯示效果。光線跟蹤算法、輻射度算法就是仿真光線的傳播過程以達(dá)到最后生成所需的圖像效果。

事實(shí)上，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域中僅研究這些模型還不夠，還要用程序設(shè)計(jì)語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識把它們都轉(zhuǎn)換成一個個可執(zhí)行的算法，并用系統(tǒng)編程的方法把這些算法構(gòu)成一個軟件系統(tǒng)整體，才能方便各種圖形的生成。而在這個軟件系統(tǒng)中生成圖形的第一步是構(gòu)造多種物體的幾何模型與形狀(物體的幾何變換、全剖切運(yùn)算、集合運(yùn)算是用簡單物體構(gòu)造復(fù)雜物體的有效工具之一，三維重建算法是用點(diǎn)、線、面等元素恢復(fù)物體外殼的幾何形狀)，在統(tǒng)一的世界坐標(biāo)系中確定它們的位置與朝向，再逐一確定物體表面的材質(zhì)特性與紋理效果等，使這種多物體造型(稱場景造型)滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。第二步是設(shè)置燈光與燈光的特性，設(shè)置照相機(jī)模型等。第三步是在上述二步的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一用光線跟蹤算法或輻射度算法生成上述場景造型所對應(yīng)的三維圖像效果(又稱渲染)。

應(yīng)注意：

① 試圖精確的構(gòu)造現(xiàn)實(shí)世界中所有物體、特別是具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)或微小結(jié)構(gòu)或細(xì)微動態(tài)變化物體的幾何模型既不現(xiàn)實(shí)、其代價也太大，人們總是想用其它的方法來代替，這就是所謂分形描述、粒子描述建模等多種其它建模方法的來源；

② 完全按照物理學(xué)上光線的傳播方法來生成圖像太費(fèi)時間，光線跟蹤算法、輻射度算法事實(shí)上是對物理光線傳播方法的一種近似。這個近似程度一般由圖像顯示的真實(shí)感與計(jì)算的復(fù)雜度來確定。

③ 在上述場景造型的構(gòu)造過程中，若物體運(yùn)動或變形，燈光改變照射的范圍、朝向、亮度、色彩，照相機(jī)改變拍攝的方向或跟蹤拍攝，此時若連續(xù)拍攝(即渲染)三維空間場景效果，就形成了多幀圖像，連續(xù)播放這些多幀圖像就是計(jì)算機(jī)動畫。

④ 所謂圖形標(biāo)準(zhǔn)就是把上述的照相機(jī)模型、點(diǎn)光源的燈光模型、顏色模型、簡單的照明模型、著色算法，以及點(diǎn)線面、多邊形網(wǎng)格模型等模型與算法用硬件實(shí)現(xiàn)，并由圖形標(biāo)準(zhǔn)提供軟件接口方法調(diào)用這些硬件功能；當(dāng)用戶向該圖形標(biāo)準(zhǔn)提供上述模型的描述數(shù)據(jù)與材質(zhì)、紋理描述數(shù)據(jù)之后，計(jì)算機(jī)就能用硬件加速的方法實(shí)現(xiàn)在顯示器中高速生成點(diǎn)線面、多邊形網(wǎng)格，以及光照效果的表面、紋理效果等圖形。目前的圖形標(biāo)準(zhǔn)本身并不負(fù)責(zé)物體幾何模型的構(gòu)造，也不負(fù)責(zé)管理各種模型數(shù)據(jù)等?，F(xiàn)圖形標(biāo)準(zhǔn)主要以紋理映射算法為主，暫時還沒有用光線跟蹤或輻射度算法以實(shí)現(xiàn)三維圖形的實(shí)時顯示?？梢妶D形標(biāo)準(zhǔn)僅是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)部分研究成果的具體實(shí)現(xiàn)。

⑤ 若能在上述場景造型中，讓各種物體實(shí)時運(yùn)動(照相機(jī)與燈光是具有其它功能的物體，它們也有幾何形狀，也能與人、動物等角色(多關(guān)節(jié)物體)一樣進(jìn)行各種運(yùn)動)，并能接收用戶的交互操作、且這種運(yùn)動過程具有故事情節(jié)性，同時這種多物體運(yùn)動的效果能在計(jì)算機(jī)顯示器屏幕中實(shí)時生成顯示，這種計(jì)算機(jī)動畫就是3D游戲(人類社會活動的仿真)。3D游戲另一個難點(diǎn)在于復(fù)雜游戲引擎的構(gòu)造――即如何構(gòu)造并管理游戲場景的模型數(shù)據(jù)(包括聲音與人工交互操作等)，使整個游戲畫面達(dá)到實(shí)時顯示的目的。事實(shí)上，3D游戲可以看成是計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在商業(yè)上的降級簡單應(yīng)用。

⑥ 物體的幾何造型、變形與運(yùn)動是計(jì)算機(jī)動畫的一個難點(diǎn)，比體這個概念更復(fù)雜的是流體與場的模型構(gòu)造、顯示，它們能描述更廣泛一類的物理現(xiàn)象，如臺風(fēng)的變化過程、風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)效果、物體表面的應(yīng)力變化現(xiàn)象、環(huán)境中熱傳遞效果的變化、地質(zhì)勘探結(jié)果的可視化顯示等，一般人們把這些問題歸納在“科學(xué)計(jì)算的可視化”課程中講授，因?yàn)檫@些流體與場的模型構(gòu)造等需要比較深的數(shù)學(xué)知識。但是，一旦這些流體與場的幾何數(shù)據(jù)模型確定之后，人們就能用圖形標(biāo)準(zhǔn)顯示它們。

⑦ 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD與計(jì)算機(jī)動畫的區(qū)別：在CAD中，也需要構(gòu)造物體的幾何模型并顯示這些物體的構(gòu)造效果，更重要的是還需要用數(shù)控機(jī)床把這些設(shè)計(jì)出的物體零件加工制造出來，故它對物體的幾何模型要求特別高、特別是其誤差控制，因?yàn)槎鄠€零部件組成的精密加工機(jī)床等最后影響加工的精度都與各個物體模型的誤差精度相互關(guān)聯(lián)。顯然，在CAD領(lǐng)域中，也有零部件之間的聯(lián)動等多種運(yùn)動需要精密控制(機(jī)械運(yùn)動與仿真)。與物體幾何模型要求相比，CAD領(lǐng)域中物體的顯示要求可以放低些。而在計(jì)算機(jī)動畫中，相對而言，對物體幾何模型的要求低，例如物體的外表面可以不封閉，只要這個不封閉的外殼表面破綻不被照相機(jī)拍攝到就可以了；但計(jì)算機(jī)動畫對最后渲染的圖像顯示質(zhì)量的真實(shí)感效果要求很高。

⑧ 二維圖形與三維圖形的區(qū)別：這兩者的區(qū)別除了其數(shù)學(xué)模型一個是二維的、一個是三維的之外，更大的區(qū)別還在于二維圖形學(xué)只能從數(shù)學(xué)上研究圖形的基本規(guī)律(點(diǎn)、直線、曲線、平面與形狀，位置，運(yùn)動與變形，色彩等)、以及圖形的模型構(gòu)造與顯示方法；利用二維圖形的簡單性，可剖析計(jì)算機(jī)二維圖形系統(tǒng)的組成，即軟件系統(tǒng)是一個能自動運(yùn)行的程序，它能從輸入、存儲、運(yùn)算處理、

輸出等方面全面處理用戶在某個領(lǐng)域中提出的諸多數(shù)學(xué)模型并完成其模型描述數(shù)據(jù)的加工任務(wù)，使用戶很容易明確這種軟件的組成、功能與使用范圍。三維圖形學(xué)卻可以用數(shù)學(xué)模型的方法研究自然界中的多種物理現(xiàn)象，由此探討大自然中多種物理現(xiàn)象的變化規(guī)律，并能用圖形顯示的方法來表現(xiàn)這種變化過程，這種方法正是人們探索自然并進(jìn)行科學(xué)研究所倡導(dǎo)的基本方法之一。因此，從三維圖形學(xué)的基本教學(xué)研究內(nèi)容可知，用圖形方式(可見的點(diǎn)線面、色彩、紋理)顯示各種物理現(xiàn)象的變化過程只是一個表面現(xiàn)象，關(guān)鍵的是要掌握這種變化過程的物理機(jī)理并能用數(shù)學(xué)模型的方法全面正確的描述這種變化(即用圖形的方法表達(dá)計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)的含義非常適合人們觀察自然、了解自然現(xiàn)象與變化規(guī)律，而計(jì)算機(jī)的信息描述數(shù)據(jù)是由具體的各種物理變化過程確定的)，即掌握計(jì)算機(jī)仿真與科學(xué)研究方法才是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的真諦，也即用計(jì)算物理學(xué)的基本思想能統(tǒng)一傳統(tǒng)意義上計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)學(xué)科中的基本研究內(nèi)容。計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生有了這種方法后，再深入其它各應(yīng)用學(xué)科領(lǐng)域，努力掌握其物理原理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)模型方法等知識，并與行業(yè)專家相互配合，計(jì)算機(jī)與計(jì)算工具就在各專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)上大有用武之地了。

綜上所述，可以給出計(jì)算機(jī)圖形學(xué)如下定義：

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的研究范疇，它主要通過物理原理與數(shù)學(xué)方法，建立描述自然景觀(虛幻世界)的幾何數(shù)據(jù)模型與顯示圖形的物理數(shù)學(xué)模型，以達(dá)到用程序的方法把這些模型的描述數(shù)據(jù)通過算法轉(zhuǎn)換成在計(jì)算機(jī)顯示器中顯示自然景觀圖像的目的。本質(zhì)上，用計(jì)算機(jī)生成三維真實(shí)感圖形就是用數(shù)學(xué)模型的方法仿真光線在物體之間相互傳播而產(chǎn)生的顯示效果或把光線傳遞的效果即照片映射至物體表面上所產(chǎn)生的顯示效果。

國內(nèi)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教育工作者已認(rèn)識到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在計(jì)算機(jī)學(xué)科教育與科學(xué)研究中的重要性，并于2001年公開出版計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材支持上述觀點(diǎn)[10]。但由于這些觀點(diǎn)沒有引起國內(nèi)計(jì)算機(jī)界制定政策的主流階層人士的關(guān)注，相反，從2000年開始，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的內(nèi)容卻從全國范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)專業(yè)等級考試中消失，這不能不說是國內(nèi)計(jì)算機(jī)教育的一大損失。

而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的授課關(guān)系見4.1節(jié)。

3.2 “新專業(yè)規(guī)范”中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容有待改進(jìn)

“新專業(yè)規(guī)范”中計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要放在計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)的使用上，核心內(nèi)容只有圖形標(biāo)準(zhǔn)、照相機(jī)模型，圖形顯示設(shè)備與輸入設(shè)備，前期課程要求計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言與離散數(shù)學(xué)，并只安排8個課時來講授這些內(nèi)容，其它的內(nèi)容作為選修內(nèi)容(這包括各種圖形的生成算法、物體幾何模型的描述方法，計(jì)算機(jī)動畫，可視化，虛擬現(xiàn)實(shí)，計(jì)算機(jī)視覺，人們對色彩的主觀感受、如何用色彩方式表達(dá)設(shè)計(jì)作品的主題思想，等等)。這種教學(xué)安排能使學(xué)生掌握圖形標(biāo)準(zhǔn)的使用、以及照相機(jī)模型的應(yīng)用，很容易導(dǎo)致學(xué)生誤認(rèn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)就是在顯示器上繪制各種圖形這種認(rèn)識偏差。

這種教學(xué)安排不當(dāng)之處如下：

首先，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的前期課程應(yīng)該是程序設(shè)計(jì)語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，不學(xué)離散數(shù)學(xué)并不影響學(xué)生編寫圖形學(xué)的各種應(yīng)用程序；但不學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則編程困難；而且授課學(xué)時數(shù)太少。

其次，圖形標(biāo)準(zhǔn)自成體系，但它不能構(gòu)成一個完全自動運(yùn)行并具有圖形數(shù)據(jù)輸入、存儲、運(yùn)算處理、輸出等處理全流程功能的軟件系統(tǒng)，它往往需要用戶在應(yīng)用軟件中向圖形標(biāo)準(zhǔn)輸入模型數(shù)據(jù)并調(diào)用其各函數(shù)才能出現(xiàn)所需要的圖形顯示效果。初學(xué)者原指望學(xué)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，就知道象3DS MAX與OpenGL等軟件中是如何編寫程序并實(shí)現(xiàn)各種動畫圖形的顯示，但授課結(jié)果卻令人失望。

第三，由于初學(xué)者一般缺少對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的全面了解，缺少對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對象與研究方法的認(rèn)識，也沒有圖形系統(tǒng)的概念，該“新專業(yè)規(guī)范”授課大綱中雖有物體幾何模型的描述方法但缺少在圖形系統(tǒng)中具體建造物體幾何模型等實(shí)例；另大綱中授課內(nèi)容的邏輯關(guān)系非常不順暢(例如把計(jì)算機(jī)視覺作為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一部分對待并講授值得商榷，雖然人們期待從計(jì)算機(jī)視覺圖像中獲得圖像的模型描述數(shù)據(jù)并一直朝這個方向努力，但計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與計(jì)算機(jī)視覺的研究方向與研究方法畢竟有很大的區(qū)別)，也沒有總結(jié)出計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的核心概念，且對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的認(rèn)識仍停留在圖形學(xué)由各種算法的集合所組成的認(rèn)識層面上，很難正確體現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在科學(xué)研究中的重要作用。若授課內(nèi)容掌握不當(dāng)易使教學(xué)與學(xué)習(xí)迷失方向，或再次導(dǎo)致計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程被計(jì)算機(jī)專業(yè)邊緣化，這也是多年來國內(nèi)同行反映計(jì)算機(jī)圖形學(xué)難教難學(xué)的原因之一，這顯然與當(dāng)今計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的發(fā)展潮流相悖。

第四，圖形標(biāo)準(zhǔn)只是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)部分研究成果的具體實(shí)現(xiàn)，當(dāng)初國外為什么會選擇圖形標(biāo)準(zhǔn)而不是選擇計(jì)算機(jī)動畫為案例作為講授計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的主要內(nèi)容，作者認(rèn)為可能有以下原因：

① 歷史的原因：因?yàn)閳D形標(biāo)準(zhǔn)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)最早、最成熟的研究領(lǐng)域，后才有CAD、游戲與動畫等；且圖形標(biāo)準(zhǔn)在各個行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，而CAD、游戲與動畫是一個具體的專業(yè)方向，教學(xué)難度大。

② 商業(yè)發(fā)展的需要：圖形標(biāo)準(zhǔn)用硬件實(shí)現(xiàn)后，已經(jīng)成為個人計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，這就促使人們更加專注圖形標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。

③ 國外的教學(xué)體系不一樣：美國的計(jì)算機(jī)工業(yè)、圖形學(xué)產(chǎn)業(yè)與計(jì)算機(jī)教育均位于世界領(lǐng)先水平，但全美國并沒有強(qiáng)制性的計(jì)算機(jī)教育指導(dǎo)大綱，可是美國各校的計(jì)算機(jī)教育各有特色，他們對計(jì)算機(jī)的各個方面都有涉及、且各種層次的計(jì)算機(jī)課程都有，這種寬松的教育體制有利于科技成果與教育的創(chuàng)新培養(yǎng)。以圖形學(xué)課程為例，若你需要繼續(xù)深造，它還有許多圖形學(xué)的選修課、提高課程(如計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)、數(shù)字幾何處理、曲面造型與設(shè)計(jì)、CAD、計(jì)算機(jī)動畫、游戲、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)方法等等)以及最新的學(xué)術(shù)論文等待著你、直至讓你從這種授課體系中走向?qū)W科的最前沿與商業(yè)開發(fā)――即雖然他們的某一門基礎(chǔ)課不一定很完美，但他們可以從完整的授課體系中，讓你掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)科的全部內(nèi)容；但這也同時留下了因?yàn)檎n程劃分過細(xì)，使人不容易一下掌握學(xué)科內(nèi)容的全貌而留下遺憾。可是國內(nèi)的計(jì)算機(jī)教育與國外不一樣，首先，國內(nèi)的高校沒有條件開設(shè)那么多的計(jì)算機(jī)選修課；其次，若是全國性的計(jì)算機(jī)教學(xué)指導(dǎo)大綱不全面、不權(quán)威的話，就會在計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展道路上留下無可挽回的遺憾。

④ 出于知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，美國沒有一本書的教學(xué)內(nèi)容是一樣的(包括CC2005中關(guān)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識結(jié)構(gòu)體系的論述)，這固然便于知識創(chuàng)新，但卻不利于優(yōu)秀知識的繼承與傳授，結(jié)果使得每本新書的內(nèi)容與體系都不一樣且龐雜，這對初學(xué)者是一個極大的負(fù)擔(dān)，需要教師認(rèn)真抽取眾多書籍的有效內(nèi)容，成系統(tǒng)后傳授給學(xué)生，才能有效的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，2000年以前國內(nèi)外計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教材內(nèi)容與體系的不夠成熟，也是造成國內(nèi)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)授課不能得到有效重視的原因之一。

⑤ 由于以上原因，美國人并沒有把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為計(jì)算機(jī)學(xué)科的核心課程，這使得美國人的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教育落后于其計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等商業(yè)軟件開發(fā)等應(yīng)用，這是一個不爭的事實(shí)(在美國，教材與授課基本上是老師的個人作為，商業(yè)軟件的開發(fā)是團(tuán)隊(duì)作為并有經(jīng)濟(jì)利益作為支撐，它能不斷發(fā)展并自我完善)。也有很多國際人士認(rèn)識到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教育出現(xiàn)了問題[4]，顯然，仍把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)定義為在顯示器上顯示各種圖形是過于簡單，這是沒有正確地把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)科的發(fā)展規(guī)律引入教育部門、忽視計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在各行業(yè)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用與需求的一種表現(xiàn)。因此，全面認(rèn)真研究美國人在計(jì)算機(jī)教育與計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展規(guī)律、商業(yè)軟件開發(fā)等多種優(yōu)缺點(diǎn)，再針對國內(nèi)計(jì)算機(jī)教育中存在的不足，提出解決問題的方法應(yīng)該是國內(nèi)計(jì)算機(jī)教育界值得深思的問題；顯然，僅用跟蹤所謂國外先進(jìn)的教學(xué)方法與理念也有不全面的地方。

4 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程在計(jì)算機(jī)科學(xué)教育中的作用與地位

4.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件編程思想系統(tǒng)訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)課程

數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲與檢索、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)通信是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的三個最基本的應(yīng)用。在這三者中，對于數(shù)據(jù)存儲，一般有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件分別介紹其基本原理與大規(guī)模數(shù)據(jù)的系統(tǒng)管理等軟件應(yīng)用；對于數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)通信，一般有通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)等課程、WinSocket技術(shù)等介紹其基本原理與實(shí)現(xiàn)方法；對于數(shù)據(jù)計(jì)算，一般有算法語言、編譯原理、自動機(jī)理論等課程介紹其原理，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)追求的目標(biāo)是：用形式語言與自動機(jī)理論，通過形式化和模型的建立，構(gòu)建系統(tǒng)，進(jìn)行模型計(jì)算。但這些內(nèi)容抽象、內(nèi)容難以理解、難以直接應(yīng)用解決實(shí)際應(yīng)用問題[9]，計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科生學(xué)習(xí)這一方法尚有一定難度，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生更不會接觸編譯原理與自動機(jī)理論等，這就造成一般學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程計(jì)算的問題上存在知識缺陷，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的授課正好可以有效的解決這個問題。

國內(nèi)新一版的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的授課方法[7]：首先，以二維圖形為例，從理論上全面解決了圖形系統(tǒng)軟件的構(gòu)建方法以及圖形數(shù)據(jù)處理流程的全過程，使初學(xué)者牢固的樹立起軟件系統(tǒng)的概念；其次，為了用計(jì)算機(jī)仿真的方法在顯示器中生成三維真實(shí)感圖形效果，建立了描述各種物理現(xiàn)象的多種數(shù)學(xué)模型(見上述)，這些數(shù)學(xué)模型的描述數(shù)據(jù)都能通過圖形模型數(shù)據(jù)文件的方式保存在計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中供系統(tǒng)內(nèi)部程序調(diào)用，以仿真方法生成三維圖像。也就是說，①系統(tǒng)與模型的數(shù)學(xué)與形式化的描述方法；②按系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程，用算法語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等知識把模型數(shù)據(jù)的處理方法全轉(zhuǎn)換成一個個程序，以實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)處理的全過程等任務(wù)；③編程實(shí)現(xiàn)時，需根據(jù)計(jì)算機(jī)的配置與用戶的經(jīng)濟(jì)要求，合理考慮所選算法的復(fù)雜度(或選擇優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)圖形功能)；這三者是計(jì)算機(jī)編程計(jì)算的基本步驟與要求，是實(shí)現(xiàn)可計(jì)算性的三個條件――即計(jì)算機(jī)圖形學(xué)既成功探索了一般典型的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)的基本規(guī)律，又用可視化的方式表達(dá)了其程序數(shù)據(jù)運(yùn)算處理的最后結(jié)果，這為該課程成為初學(xué)者學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)方法的首選課程之一奠定了基礎(chǔ)。

若沒有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等編程課程的系統(tǒng)訓(xùn)練，計(jì)算機(jī)初學(xué)者一般只能通過實(shí)際大型軟件項(xiàng)目的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練(或繼續(xù)深造)，通過自我總結(jié)與提高，才能全面地掌握這種編程與數(shù)據(jù)計(jì)算等知識，而這種機(jī)會不是人人都具有的，其付出的代價也將是巨大的。例如現(xiàn)在一般計(jì)算機(jī)本科專業(yè)的學(xué)生雖然能熟練的掌握3ds max軟件的操作使用，但不清3ds max軟件是如何編制而成，就是現(xiàn)階段本科教育存在缺陷的具體表現(xiàn)。

通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生明白：算法＋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定程序設(shè)計(jì)；但計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的授課能使學(xué)生進(jìn)一步明白：算法不是從天上掉下來的，它們是由用戶解決實(shí)際問題建立的物理數(shù)學(xué)模型、并抽象出模型描述數(shù)據(jù)之后，提出處理其數(shù)據(jù)模型的基本方法與步驟；而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是記錄該模型的描述數(shù)據(jù)、以及根據(jù)算法的需要構(gòu)造而成、以配合保存各種中間加工數(shù)據(jù)或最后加工結(jié)果；編程者只有把這些解決問題對象的多種模型編寫成軟件系統(tǒng)之后，才能完滿的完成程序設(shè)計(jì)的任務(wù)――即計(jì)算模型及對模型的變換與運(yùn)算處理方法決定了程序設(shè)計(jì)的算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

4.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教育體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)學(xué)科的科學(xué)性

計(jì)算學(xué)科是指通過在計(jì)算機(jī)上建立模型并模擬物理過程來進(jìn)行科學(xué)調(diào)查和研究。該學(xué)科是對信息描述和變換算法的系統(tǒng)研究，主要包括它們的理論、分析、效率、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用[6]。在目前所見的計(jì)算機(jī)教材中，只有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是按照這種理論體系組織教學(xué)內(nèi)容的。這些教學(xué)內(nèi)容是人們耳熟能詳?shù)奈锢碓砼c相對簡單的數(shù)學(xué)知識在計(jì)算機(jī)中的綜合運(yùn)用，是計(jì)算機(jī)學(xué)科科學(xué)性的具體表現(xiàn)之一――只有把計(jì)算工具直接應(yīng)用于科學(xué)研究中，這種計(jì)算工具與方法具有科學(xué)性才有說服力，而計(jì)算機(jī)仿真是科學(xué)研究中常用的一種有效方法，復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算又是仿真建模的基礎(chǔ)，從這個意義上講，仿真與復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算等都是科學(xué)研究中重要的研究方法之一。這樣，該課程就很好的解決了“新專業(yè)規(guī)范”中人們對“數(shù)字科學(xué)計(jì)算”的認(rèn)識不統(tǒng)一而導(dǎo)致該課程的教學(xué)內(nèi)容與要求不詳?shù)葐栴}，很好地使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用回歸其本來面目；

4.3 用圖形方式表示計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)的含義，比用數(shù)字符號方式表示其含義更高級、更自然，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的對象之一

用文字符號方式描述客觀世界是對客觀世界的一種抽象，是對客觀世界的一種不完整的描述；而人們感受客觀世界最自然、相對全面的是用眼睛觀察客觀世界，它可以較準(zhǔn)確的確定客觀世界中物理現(xiàn)象的存在與變化規(guī)律，這個方法運(yùn)用于計(jì)算機(jī)中，就是用圖形方式表示計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)的含義，這種表示方法比符號方式表示信息數(shù)據(jù)的含義復(fù)雜，表示的信息量大，對計(jì)算機(jī)的硬件要求高。在計(jì)算機(jī)的多媒體信息表達(dá)方式中，圖形方式是處理過程最復(fù)雜的、也更符合人們的觀察習(xí)慣。故用圖形方式表達(dá)信息數(shù)據(jù)是一種表達(dá)信息數(shù)據(jù)含義的高級表達(dá)方式。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，不僅是數(shù)值計(jì)算與數(shù)據(jù)管理、還表現(xiàn)在工程設(shè)計(jì)中，人們用圖形方式來表達(dá)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，以及設(shè)計(jì)作品的體系結(jié)構(gòu)與功能等，它能充分表達(dá)設(shè)計(jì)人員的形象思維方式，這種表達(dá)方式不僅要求能用計(jì)算機(jī)表達(dá)出來，而且要求計(jì)算機(jī)能接受人們用這種方式向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)學(xué)模型，這些都是計(jì)算機(jī)科學(xué)面臨的新課題。例如古代三國時期，諸葛亮造木牛流馬搬運(yùn)糧草，史書雖然有文字記載其構(gòu)造方法，但后人卻無法復(fù)原這種運(yùn)輸工具。在沒有實(shí)物的情況下，只有用圖形方式表示該運(yùn)輸工具的基本構(gòu)造方法才能使后人復(fù)原這種古代的運(yùn)輸工具。對于這類復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)雜物體與運(yùn)動形式即使用幾何數(shù)據(jù)對它詳細(xì)描述，若不借助圖形方式來表示其幾何形狀與結(jié)構(gòu)等信息，人們對它的理解也會發(fā)生困難，這就是現(xiàn)實(shí)中用符號方式描述與圖形方式描述(抽象描述與形象描述)信息含義之間的差別。經(jīng)驗(yàn)告訴我們：在計(jì)算機(jī)中，信息數(shù)據(jù)的描述方法不同，往往導(dǎo)致編程的方法與效果也不同，若我們不進(jìn)行這種方式的培訓(xùn)，就會落后于計(jì)算機(jī)時代的發(fā)展。

4.4 掌握計(jì)算機(jī)配置的常用工具，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的必要條件

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)學(xué)科的授課內(nèi)容，并不直接講解如何進(jìn)行科學(xué)計(jì)算等問題，而是為解決復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算等問題提供軟件服務(wù)工具、方法與手段等。例如，從大量應(yīng)用中(包括軟件編程)，找準(zhǔn)、預(yù)測用戶的需求；然后，從中抽象其具有共性的方法與難題，并把它們上升為理論，最后把這種理論開發(fā)成工具與系統(tǒng)方法，供用戶使用；操作系統(tǒng)軟件、匯編語言與編譯系統(tǒng)、高級語言與編譯系統(tǒng)、軟件工程的概念與方法、面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)語言等都是這樣逐漸發(fā)展起來的；同樣的思路，為了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，人們開發(fā)了辦公自動化軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、三維圖形標(biāo)準(zhǔn)等各種工具，等等，用戶用這些工具能更高效率的開發(fā)應(yīng)用程序。但是，這種授課方式卻把用計(jì)算機(jī)解決科學(xué)計(jì)算等應(yīng)用問題留給具體的應(yīng)用部門與用戶對應(yīng)用軟件的具體開發(fā)，而課堂教學(xué)一般缺少這方面的系統(tǒng)實(shí)例，這也是導(dǎo)致目前計(jì)算機(jī)本科生應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)能力弱的原因之一。

但當(dāng)計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展到用可視化軟件開發(fā)應(yīng)用程序，而計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)教育卻忽視這種發(fā)展潮流與技術(shù)進(jìn)步(現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)公共核心課程沒有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的內(nèi)容)，這只能使我們的應(yīng)用軟件的開發(fā)水平仍停留在上世紀(jì)70年代的字符表現(xiàn)水平上。因此，計(jì)算機(jī)本科教育中，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)配置的常用工具是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的必要條件，這當(dāng)然包括讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)三維圖形標(biāo)準(zhǔn)這個有用工具。

4.5 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是嫁接多學(xué)科的橋梁，是科學(xué)研究思維能力訓(xùn)練的延續(xù)與有效方法之一

大學(xué)的教育，除了要求學(xué)生掌握一門專業(yè)的系統(tǒng)基礎(chǔ)理論知識與應(yīng)用外，關(guān)鍵是要掌握“根據(jù)任務(wù)與需要，學(xué)會從中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出解決問題的方法，建立解決問題的數(shù)學(xué)模型，直至用物理實(shí)驗(yàn)或軟件編程的方法解決發(fā)現(xiàn)的問題”這種工作能力以及繼續(xù)學(xué)習(xí)深造的能力。只有這樣，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生才具備自我獲取知識和探索解決問題的能力，并使自己在新的工作崗位上做到既是計(jì)算機(jī)方面的專家，也是行業(yè)領(lǐng)域的專家助手，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生才能更好的服務(wù)于社會，造福于自己。

什么樣的課程能做到使他們具備自我獲取知識和探索解決問題的思維能力？傳統(tǒng)上大學(xué)物理與數(shù)學(xué)課程的教育是培養(yǎng)這一方法的有效途徑。因?yàn)槲锢韺W(xué)是蘊(yùn)藏科學(xué)方法論的寶庫，物理不僅包含了物質(zhì)世界的運(yùn)動規(guī)律，同時蘊(yùn)涵了豐富的哲理和研究、思維方法，對于培養(yǎng)創(chuàng)新思維有著獨(dú)特的優(yōu)勢。這種獨(dú)特的優(yōu)勢地位決定了大學(xué)物理在培養(yǎng)全面發(fā)展型人才中的特殊作用。顯然，知識的內(nèi)容是有限的，而思維的創(chuàng)造力是無限的。物理學(xué)若干世紀(jì)以來的輝煌成就，使之創(chuàng)造了一整套行之有效的思想方法和研究方法，據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，在300種通用的科學(xué)方法中，物理學(xué)包含170種，占56．7%。在大學(xué)物理課程中，學(xué)生可以接觸到實(shí)驗(yàn)的方法、觀察的方法、科學(xué)抽象的方法、理想模型的方法、科學(xué)歸納的方法、類比的方法、演繹的方法、統(tǒng)計(jì)的方法、證明和反駁的方法、數(shù)學(xué)模型的方法；還可以學(xué)習(xí)到科學(xué)假設(shè)的方法、對稱性分析的方法以及定性和半定量的方法等等。同時，物理課程中還包含了無數(shù)著名科學(xué)大師許多深刻的物理思想和精妙的哲學(xué)思辯，尤其隨處可見前輩科學(xué)破除權(quán)威，敢于懷疑，大膽創(chuàng)新的許多生動鮮活的事例。這些閃耀人類智慧光芒的科學(xué)方法和科學(xué)精神，對提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)他們的探索精神和創(chuàng)新意識，都會產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響，起到其他課程無法替代的作用[3]。

但傳統(tǒng)上計(jì)算機(jī)課程內(nèi)容的安排中斷了高等數(shù)學(xué)與大學(xué)物理的學(xué)習(xí)與后續(xù)計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)的相互關(guān)系，一些搞計(jì)算機(jī)工作的人員會片面地認(rèn)為不學(xué)物理與高等數(shù)學(xué)也一樣能學(xué)好計(jì)算機(jī)課程、一樣能從事計(jì)算機(jī)工作。而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)是嫁接大學(xué)一年級的高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理與三年級計(jì)算機(jī)專業(yè)教育的有效橋梁，是物理、數(shù)學(xué)知識在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)編程思想的訓(xùn)練，特別是探索解決物理問題的數(shù)學(xué)模型的各種研制方法與思維能力，對各種行業(yè)面臨實(shí)際問題的解決與計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的編程具有典型的示范作用――即不同的應(yīng)用領(lǐng)域、待解決的物理問題與性質(zhì)不同，其建模解決問題的方法也不同。這種思維方式能告訴各專業(yè)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的學(xué)生：通過建立軟件系統(tǒng)、并用模型與仿真的方法指導(dǎo)工程實(shí)現(xiàn)(例如實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形顯示)是工程應(yīng)用中的典型方法之一(自動控制、通信、雷達(dá)系統(tǒng)工程中都是先用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與仿真方法確定系統(tǒng)工作參數(shù)后，再考慮其具體系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn))，這種思維方式是目前計(jì)算機(jī)公共核心課程與“軟件工程”課程所缺少的。具備這種知識與能力，無疑為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生拓展新的發(fā)展方向、為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生向其他應(yīng)用行業(yè)的轉(zhuǎn)行做好了思想準(zhǔn)備。

4.6 計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展是為了應(yīng)用，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)計(jì)算等應(yīng)用的典型代表

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)主要以計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的形式出現(xiàn)在人們的日常生活中，是人們生活、學(xué)習(xí)與工作的有效計(jì)算、存儲查詢、娛樂等輔助工具之一。計(jì)算機(jī)科學(xué)除了要探討計(jì)算理論自身的發(fā)展之外，還要探討產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，探討用戶的應(yīng)用與需求；再強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)、功能更全面的開發(fā)工具，也需要更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)應(yīng)用課題做支撐，這是計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展的兩條主線。計(jì)算機(jī)學(xué)科的核心教育僅局限于計(jì)算理論自身的發(fā)展是不完善的，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在計(jì)算機(jī)動畫、3D游戲、圖形標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算機(jī)仿真(如天氣預(yù)報(bào)、大規(guī)模地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)處理、模擬原子彈爆炸與理論設(shè)計(jì)、模擬汽車碰撞、電磁輻射設(shè)計(jì)、計(jì)算流體力學(xué)等應(yīng)用都需要用圖形方式表達(dá)其結(jié)果)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造等領(lǐng)域的大量應(yīng)用，代表了當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用的發(fā)展水平，是推動計(jì)算科學(xué)向前發(fā)展的源動力之一，不能再被計(jì)算機(jī)教育界所忽視。

基于以上理由，相信計(jì)算機(jī)圖形學(xué)成為計(jì)算機(jī)公共核心課程是可行的！

未經(jīng)授權(quán)，謝絕在公開的商業(yè)出版物中復(fù)制、引用本文之觀點(diǎn)與內(nèi)容。

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