工程制圖課程中學(xué)生綜合思維能力的培養(yǎng)

唐靜靜+吳偉中

【摘 要】分析學(xué)生在學(xué)習(xí)工程制圖時(shí)表現(xiàn)的常態(tài)性問(wèn)題，并提出在工程制圖課堂教學(xué)中有機(jī)融合綜合思維能力培養(yǎng)的教學(xué)改革思路。

【關(guān)鍵詞】工程制圖 空間思維能力 發(fā)散思維能力 邏輯思維能力 教學(xué)改革

【中圖分類(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）07C-0146-02

一、學(xué)生在工程制圖課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題

學(xué)生在工程制圖課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中遇到的常態(tài)性問(wèn)題主要表現(xiàn)為以下三個(gè)方面：一是對(duì)照二維視圖難以在腦海里將其物化為空間立體形態(tài)，在進(jìn)行作業(yè)練習(xí)時(shí)無(wú)法根據(jù)已知的部分視圖繪制第三視圖或其他視圖。二是對(duì)指定的立體進(jìn)行視圖表達(dá)時(shí)，認(rèn)知局限于“答案唯一”，沒(méi)有“既可如此表達(dá)，也可那般表達(dá)”的發(fā)散式思維意識(shí)，大部分同學(xué)的作業(yè)中表達(dá)均完全雷同，形式單一，不夠靈活。三是視圖表達(dá)不完整，雖然在腦海中可以物化立體形態(tài)，但在視圖表達(dá)中總存在多線(xiàn)或漏線(xiàn)現(xiàn)象。

深究這些常態(tài)性問(wèn)題的本源，第一，學(xué)生難以在腦海里物化立體形態(tài)，源于缺乏空間思維能力，無(wú)法將二維視圖的點(diǎn)、線(xiàn)、面構(gòu)成與立體形態(tài)建立聯(lián)系。第二，學(xué)生對(duì)于立體的視圖表達(dá)方式不夠靈活，源于學(xué)生長(zhǎng)期以來(lái)接受應(yīng)試教育而形成了“標(biāo)準(zhǔn)答案唯一”的意識(shí)，這種習(xí)慣抑制了發(fā)散思維能力的發(fā)揮，在做作業(yè)時(shí)相互參照，求同避異，導(dǎo)致作業(yè)結(jié)果雷同，無(wú)法體現(xiàn)活學(xué)活用的學(xué)習(xí)效果。第三，在進(jìn)行視圖表達(dá)時(shí)，學(xué)生在很多情況下只是單純對(duì)照腦海里的立體形態(tài)進(jìn)行視圖表達(dá)，較少運(yùn)用邏輯思維來(lái)分析視圖表達(dá)的正確性和完整性，加上缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，導(dǎo)致雖然表達(dá)時(shí)大部分結(jié)構(gòu)都是正確的，但是在局部和細(xì)節(jié)表達(dá)上往往出現(xiàn)錯(cuò)漏線(xiàn)條或線(xiàn)型表達(dá)錯(cuò)誤等現(xiàn)象。

空間思維能力、發(fā)散思維能力以及邏輯思維能力構(gòu)成了識(shí)讀和繪制工程圖樣的綜合思維能力。根據(jù)以上常態(tài)性問(wèn)題分析可知，在進(jìn)行工程制圖課程教學(xué)改革時(shí)，應(yīng)圍繞培養(yǎng)學(xué)生的這三大思維能力來(lái)開(kāi)展教學(xué)方法與手段的改革。

二、綜合思維能力的培養(yǎng)

（一）空間思維能力的培養(yǎng)

空間思維能力是人們對(duì)客觀事物的空間形式進(jìn)行觀察、分析、認(rèn)知的一種抽象思維能力。無(wú)論是識(shí)讀還是繪制圖樣，空間思維能力都是不可或缺的基本能力。在工程制圖中，它主要體現(xiàn)為：能根據(jù)直觀的二維視圖或者語(yǔ)言表述，在腦海中呈現(xiàn)相應(yīng)的空間立體形態(tài)；能根據(jù)空間立體形態(tài)，在腦海中形成其各個(gè)視角的直觀二維圖。能對(duì)復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)在腦海中進(jìn)行拆分、疊加或刪減，理解拆分后各結(jié)構(gòu)的形態(tài)，完成對(duì)復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)的整體認(rèn)知。

空間思維能力并非憑空捏造，即便是天馬行空的想象也是建立在細(xì)致入微的觀察及知識(shí)累計(jì)的基礎(chǔ)上。因此，空間思維能力的培養(yǎng)需按照層次逐級(jí)培養(yǎng)提高。階段一的培養(yǎng)重點(diǎn)為強(qiáng)化學(xué)生對(duì)三維空間投影體系的認(rèn)知，以觀察為主，讓學(xué)生建立起清晰的三維投影空間體系。教學(xué)過(guò)程中，可借助教室角落等直觀的三個(gè)墻面構(gòu)成現(xiàn)實(shí)的三面投影體系，讓學(xué)生觀察這三個(gè)面的相對(duì)方位，并要求學(xué)生用語(yǔ)言表達(dá)其觀察結(jié)果。

階段二是強(qiáng)化投影特點(diǎn)的認(rèn)知。通過(guò)不同方位觀察投影體系中的實(shí)物，了解各個(gè)投影方向上實(shí)物所呈現(xiàn)出來(lái)的結(jié)構(gòu)形態(tài)。選取的實(shí)物案例應(yīng)為學(xué)生最熟悉的實(shí)物，可讓學(xué)生作為實(shí)物案例站立于該三面投影體系中，同學(xué)們通過(guò)前方、左方以及想象從上方看到的人物投影，用簡(jiǎn)單的輪廓線(xiàn)將所看到的人物影像表達(dá)出來(lái)，并區(qū)分各個(gè)投影中觀察看到的人物身體部位特征，如正面投影可看到左右手，左右腿，了解頭部、手臂和腿等各部分的上下左右方位關(guān)系。正面投影和左面投影均能通過(guò)觀察得到人物影像的概念，由此再引申到俯視方位，讓同學(xué)們想象從上方看到人物的影像。以學(xué)生最熟悉的人物案例作為階段二的代表性案例，既讓學(xué)生覺(jué)得有趣，也讓他們從最熟悉的事物開(kāi)始積累觀察經(jīng)驗(yàn)，從不同視角的想象來(lái)激發(fā)學(xué)生的空間想象力。

階段三，讓學(xué)生利用卡紙建立一個(gè)三面投影體系，提供基本立體模型，將立體模型放置于三面投影體系中，學(xué)生從三個(gè)基本投影方向分別觀察及測(cè)量立體模型，并將觀察到的影像繪制出來(lái)。接著收回模型及學(xué)生繪制的圖形，讓學(xué)生憑借印象再次進(jìn)行三個(gè)投影的繪制。學(xué)生在此過(guò)程中逐漸將觀察轉(zhuǎn)化為想象，并在腦海里形成具體的三維空間投影概念。

階段四，通過(guò)語(yǔ)言表達(dá)，對(duì)基本立體進(jìn)行簡(jiǎn)單的疊加或切割，讓學(xué)生在繪制好的視圖中進(jìn)行修改，強(qiáng)化其空間思維能力。

階段五，提供對(duì)該立體進(jìn)行另一種疊加或切割的二維視圖，讓學(xué)生觀察視圖并口頭描述視圖中的形體在原型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了何種修改，培養(yǎng)學(xué)生從二維直觀圖轉(zhuǎn)換到腦海中的空間形體的想象能力。

任何事物的發(fā)展規(guī)律均需要一個(gè)逐級(jí)發(fā)展的過(guò)程，空間思維能力的培養(yǎng)也是如此，不能采用拔苗助長(zhǎng)的教學(xué)方式。不重視空間思維能力的培養(yǎng)，最終將導(dǎo)致學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜的立體投影圖時(shí)無(wú)所適從。想象力具有明顯的遞增性，只有按照其發(fā)展規(guī)律，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，組織好教學(xué)內(nèi)容，逐級(jí)提高學(xué)生的空間思維能力，將其培養(yǎng)滲透到每個(gè)知識(shí)點(diǎn)中，才能產(chǎn)生潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的教學(xué)效果。

（二）發(fā)散思維能力的培養(yǎng)

發(fā)散思維又稱(chēng)求異思維，以其獨(dú)特型、變通性及流暢性，可使人克服腦海中固定的思維框架，思路呈現(xiàn)豐富的多樣性和多面性。在工程制圖知識(shí)體系中，培養(yǎng)發(fā)散性思維有助于幫助學(xué)生突破局限，擴(kuò)展思路，在面對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件和裝配體視圖表達(dá)時(shí)，積極尋求不同的表達(dá)方案組合，掌握最優(yōu)方案的評(píng)估方法，以達(dá)到面對(duì)任何工程圖學(xué)問(wèn)題都能不拘泥一格，靈活表達(dá)，具備解決復(fù)雜實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

發(fā)散思維能力是創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，隨著高等教育對(duì)創(chuàng)新型技術(shù)人才培養(yǎng)的側(cè)重，發(fā)散思維能力的培養(yǎng)日趨重要。在工程制圖課程教學(xué)中，發(fā)散思維的培養(yǎng)需要借助橫向類(lèi)比、觸類(lèi)旁通等教學(xué)手法，使思維沿著不同方向擴(kuò)散。圖1“發(fā)散思維案例示范（一）”是一個(gè)培養(yǎng)發(fā)散思維能力的實(shí)例。對(duì)于圖1中的a視圖，讓學(xué)生在1分鐘內(nèi)想象并繪制出可能的左視圖。只有一個(gè)投影視圖的立體給學(xué)生提供了很大的想象空間，1分鐘內(nèi)學(xué)生想到的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1中的b～d視圖。經(jīng)實(shí)踐證明，在學(xué)生的想象力得到認(rèn)可的基礎(chǔ)上，再給學(xué)生5分鐘的時(shí)間，學(xué)生通過(guò)比較分析，其運(yùn)用發(fā)散性思維的能力將得到快速提高。在該實(shí)例教學(xué)中，學(xué)生在后5分鐘內(nèi)共想出了44種可能的左視圖方案，見(jiàn)圖2“發(fā)散思維案例示范（二）”。

雖然根據(jù)排列組合計(jì)算該題的方案遠(yuǎn)不止44種，但學(xué)生通過(guò)訓(xùn)練可以深刻體會(huì)發(fā)散思維的開(kāi)發(fā)過(guò)程。擴(kuò)展性的立體視圖分析有助于學(xué)生對(duì)立體投影發(fā)散式思考能力的培養(yǎng)，同樣將這種訓(xùn)練延伸至組合體視圖的表達(dá)方法上，養(yǎng)成多角度思考表達(dá)方式的思維習(xí)慣，從而熟知各種視圖表達(dá)方法的特點(diǎn)，掌握能靈活應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工程圖樣問(wèn)題的能力。除教師結(jié)合課堂內(nèi)容教學(xué)提供發(fā)散思維訓(xùn)練題外，可由學(xué)生自行設(shè)計(jì)該類(lèi)型的作業(yè)，以此驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行發(fā)散性思考，打破自身思維禁錮，開(kāi)放性地接受課程內(nèi)容，并能舉一反三，可持續(xù)性地延伸課程內(nèi)容。

（三）邏輯思維能力的培養(yǎng)

工程制圖中，邏輯思維能力的培養(yǎng)應(yīng)建立在空間思維能力和發(fā)散思維能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上。當(dāng)學(xué)生能夠在二維投影圖和空間立體形態(tài)中產(chǎn)生聯(lián)系，并學(xué)會(huì)從多角度認(rèn)識(shí)立體結(jié)構(gòu)，結(jié)合邏輯思維分析，在進(jìn)行識(shí)讀和繪圖時(shí)進(jìn)行視圖的認(rèn)知和校正。邏輯思維能力的培養(yǎng)在工程制圖課程中最具代表性的是利用形體分析法和線(xiàn)面分析法進(jìn)行復(fù)雜組合體形態(tài)的分析及視圖的繪制。

以形體分析法在繪制組合體視圖的應(yīng)用為例，在進(jìn)行組合體的視圖繪制時(shí)，首先在腦海里將復(fù)雜形體拆分成若干基本立體，建立各個(gè)基本立體之間的位置邏輯關(guān)系，進(jìn)行繪圖時(shí)，再逐次將基本立體重組為組合體的形態(tài)。繪圖過(guò)程中，按照基本立體的投影視圖進(jìn)行繪制，并分析在特定的投影方向上基本立體之間的遮擋邏輯關(guān)系，進(jìn)行視圖細(xì)節(jié)部分的處理，如被遮擋的立體輪廓改用虛線(xiàn)表達(dá)等。在邏輯思維能力的培養(yǎng)中，學(xué)生往往存在片面性。例如在利用形體分析法進(jìn)行繪圖時(shí)，學(xué)生常常只是單純地將組合體進(jìn)行拆分，而忽略了對(duì)基本立體位置的邏輯分析，以及沒(méi)有意識(shí)到所謂拆分只是假想的過(guò)程，而非真實(shí)動(dòng)作等。以至于繪圖過(guò)程中常將假想拆分后的基本立體獨(dú)立繪制，不考慮各個(gè)基本立體之間的拆分邏輯，繼而出現(xiàn)了多線(xiàn)或少線(xiàn)、以及線(xiàn)型表達(dá)錯(cuò)誤的問(wèn)題。因此在進(jìn)行邏輯思維能力的培養(yǎng)中，應(yīng)從淺入深，先從由兩個(gè)基本立體組成的組合體視圖表達(dá)開(kāi)始，訓(xùn)練學(xué)生在組合體視圖表達(dá)中的邏輯思維能力，逐層提高組合體的復(fù)雜程度，使學(xué)生能夠深刻領(lǐng)會(huì)邏輯分析在工程圖樣表達(dá)時(shí)的重要性。

圖紙是工程交流的主要語(yǔ)言，工程圖樣的表達(dá)能力是工科學(xué)生必備的基本能力。要掌握工程圖樣的識(shí)讀及繪圖技能，就必須具備良好的空間思維能力、發(fā)散思維能力和邏輯思維能力。在工程制圖課程教學(xué)改革中，應(yīng)將這三方面的思維能力培養(yǎng)有機(jī)地融入課程內(nèi)容體系中，以使培養(yǎng)的學(xué)生真正做到“能表達(dá)，能靈活的表達(dá)，能科學(xué)的表達(dá)”。

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【基金項(xiàng)目】河南工業(yè)大學(xué)優(yōu)培課程“工程制圖”（002103）

【作者簡(jiǎn)介】唐靜靜（1978— ），女，廣西河池人，河南工業(yè)大學(xué)副教授，研究方向：工程制圖。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）