闫来洪　安慧

摘 要 论述了高校工程类教学的主要特点，提出了工程课程“立象以尽意”的重要性，指出高校教育提升工程生转变为工程师的关键节点所在，最终指出在高速网络时代工程生教育的大方向是采用大量的虚拟现实动画来提升教学效果，只有借助虚拟现实动画技术才能真正实现“立象”，达到“尽意”的出神境界，加快学校阶段工程生能力的快速成长。

关键词 工程教育 工程生 虚拟现实动画

中图分类号：G623.9 文献标识码：A

不论是哪一个层级的教学活动如小学、中学、大学等，其目的无非是要求教师最大程度地把知识传递给学生的过程，这是教学活动的最基础部分。古今中外，概莫能外，不论人类的文明进展到何种程度，这个过程的目标要求始终不会变的。作为中国古代最伟大的教育家孔子，在注解周易的”易大传”的系辞中有一段话，很好地描述了教学互动过程中信息传递过程的特点。子曰：“书不尽言，言不尽意，然则圣人之意其不可见乎？”子曰：“圣人立象以尽意，设卦以尽情伪，系辞焉以尽其言，变而通之以尽利，鼓之舞之以尽神。”在下文中会针对工程教学过程作详细解读。

中国古人对复杂事物描述是借助易经所创立的“数象”来说解的。之所以中国文字以象形文字独立于世，在表达事物时，汉语用词最简洁，也最精悍，与易象体系的描述是分不开的。易经的象思维和汉字的象形化，很好地培养了国人的形象思维模式，这是我们应当珍惜传承的。工程类教育中所涉及到的各种结构形式，其实是大量的象形化因素，国人先天的象思维优势，如何结合到现代工程教育中，提升教学效果，是本文启动的最主要出发点。

本人作为一个从事工程类课程教育30来年的一线教师，对所执教的工程课程内容讲解及传教自然有很多思考及想法，多年观察到学生接受工程类课程的能力及程度也有较深的认识。加之本人从年轻时代喜欢钻研“易经”等中国古代经典，觉得很有必要把经典中的精彩用于指导现代的工程教育过程，开启大家经典永恒精神对当代的启迪作用。保持传统，发扬光大。

1“易传”所述教学活动的过程永远不变的规律

教育过程的目的不论到了什么时代，其终极目标是不会变的，变化了的只是知识传播的形式。教学的终极目的就是把人类知识借助各种手段传承下去。这种传承过程能做到传递过程高度完整、不走样、不失真为最好。改用现代科学语境下的语言描述，就是教学过程中“信息保真度越高越好”。各个教学主体及具体教学过程的实施者-教师，为达成这样的目标，千百年来一直不断地努力着，花样百出，形式多变，无不是为了达到信息传递保真度的最大化。前文提到的“易传”中有一段精彩的文字描述，窃以为这段文字放在任何时代背景下，其指出的信息传递方式及过程核心提示都是不过时的。以下对这段文字简单解说，以便作为本文工程类课程网络时代教学发展方向的宗旨贯穿全文。

孔圣这段文字用现代语境解释，其实就是描述了教学过程信息传递形式对保真度影响的问题。“书不尽言”，单纯采用文字来传递信息的保真度不如采用言语，也就是说言语描述一件事物时，接收方理解意会的更全；“言不尽意”，言语描述传递信息时，就不如意念传递的保真度更高，当教和学之间能采用意念传输时，保真度最高！这样的说法对一般人听来有点玄，但是对于古代实践道学并获得成功的人士，这是很容易做到的事情，要不然古人也不会有“心有灵犀一点通”的精彩句子出现。“然则圣人之意其不可见乎？”，如果不能做到保真度最高的传递形式，圣人的本意就难以让后人明见洞悉了吗？圣人就是圣人，其境界绝对不是凡夫俗子的浅解所能体会。但是圣人的证量如何才能传承下去，让一般凡夫也能进入并体会圣人证量的境界呢？孔圣一定是预见并认识到了这个问题，才会有这样明确的诘问！那么怎么办呢？接下来，圣人以那个时代的信息传播形式，指出了具体的方式方法。

“圣人立象以尽意”，圣人采用象为手段，来传递其真实意想。易经通篇就是采用象数思维方式来解释说明易经的整个体系的，从而能把易经揭示“简易、变易、不易”的真意传递给后来的读者。中国文字象形化也是和这个一脉相承的。汉字不仅仅是一种语言符号，每个汉字本身的形象本身就表达了其所表现事物的概貌。例如“意”表示的是心的上边有个音字，表示的是心内的波动表达为意。如“辣”字是“辛的集束化”，所以辣一定比辛的程度重。这样能见字识意的作用只有汉字有这个功能。可惜汉字的简化，把这个功能大大弱化了。不能不为此一叹。

“设卦以尽情伪”，易经把世间万物分类成各种属性的卦象，用一简单的符号卦来展示，卦的意思就是挂出来，用形象化的描述，让受教者充分理解其中含义。也就是那时的卦象描述能把要表达事物的“情伪”详尽描述清楚。“情伪”按现代语境可以理解为真假，或者虚实。

“系辞焉以尽其言”，如果通过图示卦象还不能表清的部分，再附加上文辞以尽可能完善表达言语本意。

“变而通之以尽利，鼓之舞之以尽神。”，通过各种变通的方式以极其所能利，伴以击鼓鼓动，丰富的肢体语言进而达到传神的目的。最终的结果不但能尽意，还能传神。试想这样的的信息传递过程，多么完善细致。到了现在也不会超出这个框架，只是传播手段有了很大变化而已。

這样一番表述下来，圣人的真实之意也一定会在历代的传承者的传承下，不失真地保真下去。通观这篇文字是多么形象而有生命力的信息传递过程形式呀！我们现在的教学过程不论怎么变，总体也没有跑出上面文字所呈现的框架模式吧。

网络信息化时代的到来，方便高效的技术手段，可以使得以上描述过程高度集约化、明了化、形象化来传递教学过程的信息。并尽可能短时间内达到传神的效果。这是我们当今所庆幸，也是本文着力想要表明的方向。体现在工程类课程教学中尤其独特的高效性所在。

2工程教育的特殊性定位及教学形式

我国目前高考生源分文理科两大类录取。这样的分科决定了学生在高中阶段接受教育内容的性质。学生所受到的教育内容也决定了学生的思维模式，而进入大学所学课程要分文、理、工、管、农、医等多个学科，进入大学后学生接受不同科系的培养，其实也是建立相应科系思维模式的过程。本文这里只讨论理、工科的思维模式转变和建立期间的变化过程。endprint

进入大学的理科考生形成的思维模式只是纯理科的思维模式。原因有二：一是高中阶段所学课程讲的都是纯原理方面的知识，纯原理方面的知识都是纯理想化的状态的情况；二是，我国现行的高中教师的主流组成由师范院校培养，而这些教师在大学阶段所培养成就的思维模式也是纯理科的思维模式，他们没有接受过大量工程实践锻炼，所以他们教给学生的也只能停留在理科思维模式阶段。

纯理科思维模式有什么特点？严格给理科思维模式下个定义，不是很好概括，但在这里可以归纳几个特点：理想化，单纯化，精确化，僵固化。这里不展开说明，因为这不是本文的重点，只举一个例子说明。我和我爱人和一个理科出身的好朋友一起用胶带纸往墙上粘贴固定字画，胶带纸使用中需要不断裁断，我妻子有时嫌麻烦会用牙咬断胶带纸，而我理科出身的那朋友，会大喊不能咬，胶带纸的胶是什么化学成分，对人体有害！其实这个理科生忽视一个量的问题，胶的成分一定有害，但是微量情况下，能伤害多少呢？这就是思维模式影响生活观念的例子，到工程实际过程中理科生往往也会这样思考问题。纯理科思维的典型问题是模糊了原理和应用过程是两种境界，原理是抽象的理论，停留在想象中的，应用时现实，每个环节都是真实的感受存在。

工科生的主要培养目标是将各种原理应用实际现实生产生活中，解决各类问题。而工程生是本文从工科生中又细分出来的一类生群。工程生的思维方式与其接受的工程课程内容或将来从事的工作所塑造形成。那么什么是工程生？这里也不下定义，只需理解工程課程的性质特点也自然会理解工程生的思维特点。

工程类课程是一些什么样的课程？我们以具体例子说明。本文要讨论的工程：一个跨越上千公里的铁路，一个纵贯城市地下的地铁工程，一个城市的上下水管网系统，跨越上百千米大流域的水利工程，方圆上百平方公里油气田开发工程，占地一平方千米的石油化工厂区，如此等等。其特点是，范围广，涉及因素多，涉及专业配合多，工程蓝图描绘人员在现场不能在站在一点不动的情况下直观其全貌。所谓对工程的具体认识一定是了解蓝图的各个细部的基础上，在头脑中想象出来的一种框架。工程现实中很复杂，而观察者头脑中永远是虚拟出来的框架。而当工程人员脱离了工程现场环境时，头脑中的虚拟景象会随着时空变化失真或变形，对于每个观察者失真或变形的程度有所不同。简而言之，一个地铁建设者，对地铁的认识，永远是在头脑中想象出来的框架，不能现场直见全貌。所以工程生的空间想象力非常重要。

以上关于工程特点的描述以及工程人员对工程认知的表现方式，对我们工程课程教育是有直接影响的。工程生在校期间，要培养很好的空间思维模式，能准确理解把握各个工程细节的组成结构构型，各部分组合方式等。但是接受这样教育的生源是高中形成而大学一二年级还保持理科思维方式的学生，有些学生因固定化了的理科思维方式，对改变为工程思维有时是很大的障碍。有的学生直到毕业也难以转变，能否将来走向社会实践时做一个好的工程师，难以评判，但至少对其快速进入专业思维模式是有一段时间阻碍的。接受工程类课程培训，并尽快形成工程思维方式，是承担此类课程教师的任务。如何尽快完成转变，探索采用什么方式提升学生转变速度是工程教育形式的研究方向。

工程生应该形成的思维模式特点：空间想象力（良好的绘图识图能力），多因素组织的层序性，人员配合能力，与其它专业协调能力（获取辅助专业基本知识的理解能力）等。所有这些能力如何在学校教育阶段打好基础，加速提升呢？

3工程高等教育形式的终极模式

3.1现行纸版教材的不足

目前流行的各种工程课程教材，尽管改版很多次，但是有关工程构筑物形式的绘图表达远远不够。一是本身绘制的原理图减少了很多因素，即便是绘制详图，限于理科思维方式坚固的同学理解能力也有限。如下图1所示一个改版三次的通行教材上水解酸化池的构造图，老师仅凭这个图难以说明水解池真实构造，同学也不容易看懂各细部组成。类似的各种教材上的例子还有很多，一版一版地改进教材中，这些图示并没有多大变化。类似例子在现行各种工程类教材中还有很多。

3.2自发性教学开展的改进与不足

随着电化教学手段的改进，工程课程教师普遍使用POWERPOINT制作课程课件，极大地方便了教学。一些抽象的概念可以用图示展开，同学们会很容易理解，如有关反应器关系描述的概念：串联的连续流搅拌反应器数目越多，效果就越接近于总容积和停留时间与之相同的推流反应器。转化成如下图2示，同学看一眼就理解，因图像显示，还容易记住主题。这是转抽象为具象的过程，一定程度上达到“立象以尽言”的目标。

但是这样的改进对于概念描述有其方便性，但是对于大量的工程构筑物构造演示，还是远远不够的。POWERPOINT对于工程构造的表现能力有限，而且制作一个动画的工作量相当大。而能做到虚拟现实效果的软件，非一般专业人士能够熟练运用，并创造性表现工程构造内容。

3.3现行工程类视频公开课的形式存在问题

在教育主管部门推动下，各高校录制编辑了很多视频公开课资源，在网络上共享，这是很好的一个进步。但是很多课程的表现方式，只不过是现实中原有课堂教学过程的视频化，并没有根本改变工程类课程教学的形式。不能突出学生自主性学习，学生不能随意调出某个工程构造，随意查看各部分组成，更不用说各细部环节。

3.4集中优势资源，实现真正的“立象以尽意”

工程课程教学发展的方向应该是虚拟现实技术的普遍应用。应用效果是把课程内容普遍变抽象为具象的过程。抽象一词在易经中的原意是，很多事物及过程是由很多具体的象组成的，但是我们描述时，不可能全面，往往自觉不自觉地抽掉一些细节“象”，所以称之为抽象。我们的现行工程教育形式，很多课堂讲授过程都是在重复抽象的形式，而不利于学生工程思维形式的成长。而计算机虚拟现实的技术发展使得无论多么复杂的构造，都可以借助计算机技术逼真再现。各个细部组成可以具象化，不再抽象。达成易传中“圣人立象以尽意”的境界，这是计算机技术能做到的。endprint

但是难度在于工程课程执教者，对相关软件掌握有难度，创制这样的课件也不是轻易能做成的。要做到这方面应用的良好发展，需要人员资源，财力资源。需要教学管理部门出面整合各种资源，起码引导方向，不需要每个课程执教者普遍做这样的事情，只需集中优势资源，做好一个，全校乃至全国共享就好。我校一个工业设计老师做的电除尘过程虚拟现实动画，我看后，觉得我们工程专业教师费劲讲了半天的内容，这个动画10分钟就表达的清清楚楚了。只是这样的动画价格不菲，所以需要管理部门整合资源，多元参与，集中开发。如果这样的课程教育形式普遍应用后，会极大提高教学效果，解放老师的课堂“鼓噪”过程。

3.5工程类教学形式的终极模式

所有有关工程构造实现虚拟现实，这是未来不久完全可以达到的目标。现在大型设计院的工程设计成果逐渐趋于提交三维的设计图，而很多高校教学过程实际上是落后社会需求的。只有学校工程教育过程建立大量的虚拟现实的教学资源，才能引领工程教育过程，也是工程类教学的终极模式。这种模式能极大提升本文3标题中工程能力层次成长环节中第二个阶段的工程生质量，加快工程生到工程师的转变。

高速网络时代给这种资源广大范围地传播带来极大方便，便捷，高速，可互动，自主学习都可以轻易实现。我觉得我国高等教育，在我国经济形势良好的充足基础上，有机会有能力做的更好，引领潮头。工程课程的电算虚拟现实化教学是解决上面各节所提问题的根本出路。

4工程类教师自我定位及成长

一旦虚拟现實技术在课程教育中广泛应用，势必会对现有承担课程的教师的工作内容和方式带来较大冲击。以前需要啰啰嗦嗦讲很多次的内容，学生很快就掌握了。由此带来的问题可能因资源集中开发，按目前的教师考评机制，工作量的核定也会要相应改变。这需要各方面做出相应变化调整。那么工程类教师面对变化了的形式，该如何调整与应对？以下从三个方面简要说明：

4.1加强工程能力自我成长

工程类教师应积极参与大量的工程实践中，提升自身工程师的能力，才会很好辅导工程生的提升成长。现有有些高校把从学校到学校招来的年轻教师送到设计院，工业企业中锻炼一段时间，就是较好的方式。还有很多教师自己做工程公司，平时完成教学任务的同时，就接触大量的工程实际，使得课堂内容因自身工程实践而广阔丰富起来。

4.2积极转变“鼓之舞之”的角色

“系辞焉以尽其言，变而通之以尽利，鼓之舞之以尽神。”易传中描述的这些环节，在虚拟现实教学形势下，教师们可以有很好的发挥余地。系辞焉以尽其言—对虚拟现实动画的辅助说明还是不能缺少真实工程经历的教师的；变而通之以尽利—教学资料毕竟是死的，而工程实际是活的，变而通之的功夫还需老师来完成。鼓之舞之以尽神—老师教学的鼓动临场各种发挥，最终能达到传神的效果。

4.3真正突出以学生为主体的学习

虚拟现实技术完全可以做到以学生为主学习的方式，界面设计让同学随意调取想关注的某个工程构造的局部，从各个角度进行观察了解，让学生有身临其境的感觉，对感官刺激效果，快速理解并掌握工程构造，有着革命性的提升。提升学生学习兴趣，达到非常理想的教学效果，必然对工程教学带来革命性变化。这是一种趋势，就像习惯了看手机屏幕的人，不乐意看纸面，因为手机屏是自发光媒体，而纸面是被动发光。自发光媒体在任何光照条件下都可以看。而纸面媒体只能在有光照充足的情况下才可以看。尽管大家都说手机屏幕对眼睛不好，但是谁也不能拒绝这种方式阅读学习了！这是潮流，只能改进屏幕显示技术，难以限制大家使用手机阅读学习！这样时代下，教师的职能会是更好地服务教学，服务学生。

5结语

虚拟现实技术借助高速网络真正实现易传中所说“立象以尽言”，使得工程课程讲授告别“书不尽言，言不尽意”的无奈。广大教师迎来专心于“系辞焉以尽其言，变而通之以尽利，鼓之舞之以尽神。”的时代，在教学的道路上“变而通之以尽利，鼓之舞之以尽神。”是永远没有止境的。工程生成长最需要的重复训练，广大教师“鼓之舞之以尽神。”可以不停的“鼓舞”下去，传神的境界是工程生教学效果的最大期望，是教师教学目标永远的追求。

参考文献

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