培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力提高機(jī)械制圖課程教學(xué)的有效性

熊勇

摘 要：本文結(jié)合制圖課的教學(xué)特點(diǎn)，從理論角度闡述了空間想象力的形成過(guò)程，重點(diǎn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生空間想象力的途徑做了分析，指出應(yīng)從師生教與學(xué)兩方面進(jìn)行適當(dāng)改變，方可達(dá)到較佳的效果。

關(guān)鍵詞：空間想象力 直觀性 反復(fù)性 形象化 思維方式 心理誘導(dǎo)

圖樣作為工程界的“語(yǔ)言”，主要將設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、技術(shù)要求、裝配關(guān)系等呈現(xiàn)給讀圖者，這就決定了機(jī)械制圖在機(jī)電類專業(yè)課中的不凡地位，作為必修課之一，必須努力培養(yǎng)學(xué)生識(shí)讀機(jī)械圖樣與繪制機(jī)械圖樣能力，即能夠?qū)⒖臻g立體轉(zhuǎn)化為平面圖形，同時(shí)又能夠?qū)⑵矫鎴D形轉(zhuǎn)化為空間立體，而這些能力的培養(yǎng)需要學(xué)生有較強(qiáng)的空間想象力。由于學(xué)生首次接觸工程圖樣，且有相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生缺乏空間想象力，使讀圖與畫圖難以達(dá)到預(yù)期的效果，主要表現(xiàn)在視覺(jué)、形體、圖像三者不能正確轉(zhuǎn)化。從二維到三維，在觀察方法上有很大的差異性，必須改變舊的看圖習(xí)慣，逐步建立新的識(shí)圖方法。在實(shí)踐中，筆者從機(jī)械制圖課教學(xué)的特點(diǎn)出發(fā)，聯(lián)系學(xué)生實(shí)際，針對(duì)各種教、學(xué)誤區(qū)尋找突破，引導(dǎo)學(xué)生建立正確的思維方式，培養(yǎng)提高空間想象力，收獲了意外之喜。

一、制圖課的特點(diǎn)

1.圖樣直觀表達(dá)零件的形狀

人類傳遞思想最基本的工具是語(yǔ)言和文字，可在工程領(lǐng)域表達(dá)技術(shù)思想時(shí)，語(yǔ)言和文字就存在諸多的局限性。例如減速器箱體，再完美的文字也難以表達(dá)清楚。而系統(tǒng)地學(xué)過(guò)制圖課后，只要借助繪圖工具準(zhǔn)確、形象地描繪出箱體的軸測(cè)圖，就能直觀感受零件結(jié)構(gòu)。教學(xué)中充分利用圖樣的直觀性，讓學(xué)生多看、多思考，大腦里逐漸形成零件的直觀模型，這是空間想象力提高的基礎(chǔ)。

2.觀察思考有助于零件形象的建立

人們觀察實(shí)物（或模型）的直觀感受，通過(guò)在腦子里再生的形象（表象）思維，產(chǎn)生想象力的基礎(chǔ)。所以必要的模型、掛圖、實(shí)物都有助于學(xué)生觀察思考，為將來(lái)的繪圖奠定基礎(chǔ)。

3.形象建立的反復(fù)性

直觀感受與形象思維所建立的模型，往往是暫時(shí)的、不穩(wěn)固的。根據(jù)心理學(xué)成就動(dòng)機(jī)理論，為了得到穩(wěn)定的形象，來(lái)自相同或相近事物的刺激須得到強(qiáng)化，故需要多次反復(fù)地進(jìn)行訓(xùn)練，才能使形象鞏固，長(zhǎng)此以往，必將在大腦里形成包含大量形體的“資源庫(kù)”，為提升想象力創(chuàng)造條件。

4.理論與實(shí)踐結(jié)合

工程圖樣來(lái)源于工程實(shí)際并用之于生產(chǎn)一線，故工程圖樣帶有很強(qiáng)的實(shí)踐性，而制圖作業(yè)與測(cè)繪訓(xùn)練就是實(shí)踐的再現(xiàn)。在實(shí)踐中，學(xué)生不斷從頭腦內(nèi)“抽取”與圖樣匹配的模型，并改進(jìn)，直到符合要求為止，同時(shí)，個(gè)人頭腦里的“資源庫(kù)”也在充實(shí)、更新，對(duì)空間想象力的增強(qiáng)有非常好的效果。所以，只有通過(guò)大量的實(shí)踐，才能增強(qiáng)學(xué)生讀圖與畫圖的能力。

二、空間想象力的逐步建立

事物的發(fā)展變化都遵循一定的內(nèi)在規(guī)律，空間想象力的建立也是如此，它是逐步向上的，具有明顯的層次性。教師若能很好把握這一規(guī)律，有效地滲透到教學(xué)中去，有意識(shí)、有針對(duì)性地采取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和措施，才能有效地提高學(xué)生的空間想象力。在教學(xué)中必須加強(qiáng)對(duì)空間想象力的理性分析，否則就可能造成這樣的結(jié)果：少部分悟性較高的學(xué)生的空間想象力得到了提高，而大部分學(xué)生則收益甚少，乃至于放棄機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)。

根據(jù)機(jī)械制圖課的特點(diǎn)，結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐，認(rèn)識(shí)到學(xué)生空間想象力的建立可分兩步進(jìn)行：一是由物向圖的轉(zhuǎn)換，拆分形體，分別考慮各部分的投影，如果有必要，甚至可以繼續(xù)轉(zhuǎn)換為面、線、點(diǎn)進(jìn)行分析，這個(gè)過(guò)程就是繪圖；二是通過(guò)點(diǎn)、線、面的投影分析，由局部到整體，構(gòu)造形體結(jié)構(gòu)，此過(guò)程為讀圖。兩個(gè)相反的過(guò)程，其本質(zhì)具有一致性，但對(duì)于多數(shù)學(xué)生而言，讀圖的過(guò)程顯得更為“恐懼”，原因在于繪圖更具直觀性，而讀圖且顯得抽象，需要一定的形象思維。教師的教學(xué)應(yīng)遵循這個(gè)規(guī)律，先進(jìn)行充分的繪圖訓(xùn)練，再開(kāi)展讀圖教學(xué)，循序漸進(jìn)，逐步建立學(xué)生的空間想象力。

三、培養(yǎng)學(xué)生空間想象力的方法

制圖課的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的形象思維能力有很高的要求，因此，采取合理的教學(xué)方法，逐步提升學(xué)生的空間想象力，是切實(shí)提高本課程教學(xué)效果的關(guān)鍵所在。

1.創(chuàng)設(shè)直觀化的教學(xué)形式

教學(xué)中大量的模型、零件的呈現(xiàn)，通過(guò)視覺(jué)沖擊，豐富學(xué)生的信息儲(chǔ)備，這是非常重要的一個(gè)過(guò)程。各種實(shí)物模型的數(shù)量一定程度上受到學(xué)?，F(xiàn)有條件的限制，但各種三維CAD軟件的應(yīng)用輕松化解了這個(gè)“困擾”。

授課前，可利用Solidworks、CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)等三維造型軟件制作完成課堂上使用的各種模型、零件等。課堂上，不再使用傳統(tǒng)的粉筆繪圖，直接配以相應(yīng)的三維造型圖，同時(shí)與其他多媒體設(shè)備的配合使用，從色彩、聲音等多方面給學(xué)生全新的感受，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)的效果。這樣的教學(xué)安排有四點(diǎn)長(zhǎng)處：一是可以由尺寸直接驅(qū)動(dòng)圖形的改變；二是可以直接生成動(dòng)畫，直觀演示物體的生成過(guò)程及零件各部分組成關(guān)系；三是課堂講解的容量增大，能盈余較多的時(shí)間給以學(xué)生繪圖練習(xí)；四是隨著教學(xué)進(jìn)程的逐步推進(jìn)，各種三維模型、零件造型積少成多，最終形成機(jī)械制圖的教學(xué)模型庫(kù)，可以在后期的教學(xué)中使用，且方便保存。

此種方式應(yīng)用在筆者的機(jī)械制圖的教學(xué)中是經(jīng)常性的。如，“相貫線”這一知識(shí)點(diǎn)對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)非常抽象，有90%以上的學(xué)生無(wú)法準(zhǔn)確理解。筆者利用Solidworks軟件的尺寸驅(qū)動(dòng)功能直觀演示兩圓柱相互貫穿的過(guò)程，并逐漸改變圓柱半徑，展示相貫線的空間形狀，使絕大多數(shù)學(xué)生都能很快理解。同時(shí)，借助三維造型進(jìn)一步分析相貫線的空間極限點(diǎn)，對(duì)學(xué)生繪制相貫線的三視圖有很好的幫助。經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，學(xué)生關(guān)于這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的獨(dú)立作業(yè)正確率達(dá)90%以上。

在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，借助AutoCAD軟件進(jìn)行繪圖練習(xí)，計(jì)算機(jī)制圖的美觀、整潔及快捷特點(diǎn)給學(xué)生以良好的啟示，有助于其養(yǎng)成良好的繪圖習(xí)慣。但必須指出的是，計(jì)算機(jī)軟件（多媒體）只是制圖課的教學(xué)媒介之一，這并不表示黑板和粉筆可以全部甩開(kāi)，對(duì)于重要的步驟、規(guī)律及規(guī)范性還是有必要在黑板上做出說(shuō)明。此外，教師還應(yīng)精選典型例題，在黑板上進(jìn)行手工繪圖演示，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的繪圖習(xí)慣，建立正確的標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)。

2.構(gòu)建正確的思維方式

空間想象力的提高絕非短期學(xué)習(xí)能達(dá)成的，更無(wú)“偏門”可行，切忌通過(guò)大量繪圖訓(xùn)練來(lái)提升想象力。應(yīng)從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及開(kāi)放性思維入手，精選試題，引導(dǎo)學(xué)生分析相似零件（圖樣），做到舉一反三，效果是明顯的。在教學(xué)中，筆者主要通過(guò)以下方法引導(dǎo)學(xué)生形成正確的思維方式。

（1）一題多解。在圖樣中，機(jī)件的形狀一般都要通過(guò)幾個(gè)視圖來(lái)表達(dá)，每個(gè)視圖只能體現(xiàn)機(jī)件一個(gè)方向的形狀。因此，只根據(jù)一個(gè)或兩個(gè)視圖是無(wú)法完全說(shuō)明機(jī)件的結(jié)構(gòu)，必須把幾個(gè)視圖聯(lián)系起來(lái)才能準(zhǔn)確判斷機(jī)件的形狀。在教學(xué)中，教師可在日常練習(xí)中挑選難度不大，但是答案多種的試題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已知視圖分析獲得不同的機(jī)件，從而逐步開(kāi)闊學(xué)生的想象空間，建立正確的解題思路。

（2）一題多變。兩個(gè)機(jī)件具有基本一致的結(jié)構(gòu)，僅有細(xì)微差別，必須綜合考慮多個(gè)視圖、機(jī)件表面連接關(guān)系才能準(zhǔn)確判斷。在教學(xué)中，教師可這樣處理：給出一個(gè)機(jī)件的兩個(gè)視圖，分析補(bǔ)畫第三視圖，在此基礎(chǔ)上，對(duì)已知圖樣稍作改變，再一次完成新的第三視圖。亦或針對(duì)一個(gè)機(jī)件，改變其主視圖的投影方向，讓學(xué)生練習(xí)繪制其三視圖。這類題型的經(jīng)常性練習(xí)，對(duì)建立學(xué)生開(kāi)放性思維方式以及讀圖能力非常有效。

（3）總結(jié)歸納。在教學(xué)中，教師除了教會(huì)學(xué)生畫圖、讀圖，還更應(yīng)該帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)歸納，形成學(xué)生自己的繪圖、識(shí)圖經(jīng)驗(yàn)。無(wú)論是基本體，還是四大類零件，雖說(shuō)零件結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，但同一類型的零件，基本的結(jié)構(gòu)是一致的。如軸套類零件的整體結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)體；鍵槽的結(jié)構(gòu)及表達(dá)方式基本固定；各種孔的布局、尺寸標(biāo)注基本一致……。通過(guò)總結(jié)，完善知識(shí)體系，形成正確的思維方向，對(duì)識(shí)圖效率的提高、空想想象力的培養(yǎng)都頗為有益。

3.探索開(kāi)放的教學(xué)模式

根據(jù)研究，一個(gè)開(kāi)放的教學(xué)環(huán)境對(duì)學(xué)習(xí)效率的提升是有幫助的，筆者在教學(xué)中主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行實(shí)踐。

（1）空間的拓展。努力通過(guò)改變教學(xué)環(huán)境、場(chǎng)地，激發(fā)學(xué)生的求知欲。教師可以帶學(xué)生到實(shí)習(xí)工場(chǎng)參觀，通過(guò)查看機(jī)床部件、觀察零件加工過(guò)程等，擴(kuò)充學(xué)生的記憶表象庫(kù)，也可安排適量的企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，直接讓學(xué)生感知零件的功能，認(rèn)識(shí)本課程的重要性。

（2）角色的轉(zhuǎn)換。古希臘哲學(xué)家說(shuō)過(guò)：“告訴我的我會(huì)忘記，給我看的我會(huì)記住，讓我參與的我會(huì)理解?！边@是大多數(shù)中職學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀的一個(gè)真實(shí)反映。因此，教師應(yīng)主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生參與到教學(xué)中。筆者的課堂也正是通過(guò)各種形式的角色扮演、互換，達(dá)到讓學(xué)生充分理解教學(xué)內(nèi)容的目的。如，筆者以教室作為三投影面的區(qū)域，以學(xué)生作為研究對(duì)象，進(jìn)行點(diǎn)、線、面的投影特性的教學(xué)；在識(shí)讀零件圖的習(xí)題課上，安排個(gè)別學(xué)生以教師的角色上臺(tái)講授，這樣的安排使得學(xué)生能在一個(gè)完全放松的狀態(tài)下完成學(xué)習(xí)，效果遠(yuǎn)比單純的教師演示好。

4.激發(fā)學(xué)生的想象空間

想象力的拓展更應(yīng)從心理學(xué)的角度著手，教師應(yīng)善于采取心理誘導(dǎo)的方式去激發(fā)學(xué)生的想象空間。在實(shí)踐中，教師可創(chuàng)設(shè)一個(gè)場(chǎng)景，該場(chǎng)景可以是有形的，亦可是無(wú)形的（如描述性的語(yǔ)言），讓學(xué)生根據(jù)這個(gè)場(chǎng)景，從空間、時(shí)間上加以想象，同時(shí)，還可加入個(gè)人的感覺(jué)因素，如聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等。并且，想象的方向可以是漫無(wú)目的的，也可以是有一定指向的。然后，教師請(qǐng)個(gè)別學(xué)生交流個(gè)人的想象內(nèi)容，讓學(xué)生切身體會(huì)“身未動(dòng)，心已遠(yuǎn)”的思想境界。筆者在教學(xué)中，偶爾也會(huì)進(jìn)行上述方法的嘗試，如給出一個(gè)短視頻，讓學(xué)生想象視頻終止之后將會(huì)發(fā)生的事；一堵墻后面的事物；想象不久的未來(lái)自己家的格局……。長(zhǎng)此以往，學(xué)生的想象空間逐漸開(kāi)闊，空間想象能力也得到明顯提升。

總之，在機(jī)械制圖教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和識(shí)圖能力具有承上啟下的關(guān)鍵作用。它既是前面所學(xué)點(diǎn)線面基本體投影知識(shí)的綜合運(yùn)用，又是從投影法原理過(guò)渡到零件圖部分的橋梁，中職學(xué)生空間想象力的培養(yǎng)要充分根據(jù)其性格特點(diǎn)，因材施教，以求獲得最佳教學(xué)效果。

（作者單位：浙江長(zhǎng)興技師學(xué)院）