空間思維與制圖教學(xué)

劉 佳

（西安科技大學(xué)理學(xué)院，陜西 西安 710054）

空間思維與制圖教學(xué)

劉 佳

（西安科技大學(xué)理學(xué)院，陜西 西安 710054）

論述了空間思維的基本概念，指出了空間思維與形象思維的聯(lián)系與區(qū)別。通過分析空間思維的兩個(gè)基本特性，指出在制圖教學(xué)中應(yīng)針對(duì)空間思維的特性，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的訓(xùn)練題目來培養(yǎng)和提高學(xué)生的空間思維能力。計(jì)算機(jī)三維繪圖軟件的引入也會(huì)促進(jìn)學(xué)生空間思維能力的提高?？傊?，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，既要加強(qiáng)制圖實(shí)踐訓(xùn)練，又要有正確思維方法的引導(dǎo)。

形象思維；空間思維；制圖教學(xué)

空間思維能力是工程設(shè)計(jì)制圖中的基本能力之一。畫法幾何與工程制圖作為工科大學(xué)生的重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，歷來把培養(yǎng)空間思維能力作為課程教學(xué)的主要任務(wù)之一。多年來，不少制圖教師對(duì)此問題進(jìn)行了深入的研究，有運(yùn)用專著的論述[1]，也有論文的論述[2-4]，更有教師在教學(xué)中挖掘出工程圖形的美[5]，這無疑給制圖教學(xué)增添了藝術(shù)的感染力。文章試圖從空間思維的哲學(xué)范疇探討制圖教學(xué)的規(guī)律，從不同角度闡述如何提高學(xué)生的空間思維能力。

1 關(guān)于空間思維

1.1 空間思維的概念

提出空間思維的概念問題，是因?yàn)椴簧傥恼聦⒖臻g思維與形象思維混為一談，提出“形象思維就是空間思維”，“制圖課要培養(yǎng)形象思維能力”等等。而在一些教材和“教學(xué)基本要求”中提法不一，有的講“培養(yǎng)空間思維能力是課程教學(xué)的主要任務(wù)之一”；有的則提出要“培養(yǎng)形象思維能力”、“培養(yǎng)空間形象思維能力”等等。雖然空間思維與形象思維的內(nèi)涵有一些相同之處，但在概念上是有一定區(qū)別的。

形象思維是人腦對(duì)客觀事物或現(xiàn)象的具體外觀或特點(diǎn)的反映，其思維形式主要有：表象、聯(lián)想和想象。

工程制圖中的空間思維是大腦對(duì)物體或幾何元素的空間屬性（形狀、位置）的直接或間接的反映。這種空間思維源于形象思維，又與抽象思維密切相關(guān)，有其自身的特性。

嚴(yán)格地說，空間思維屬于形象思維的范疇，是形象思維的一種表現(xiàn)。因此，表象、聯(lián)想和想象也是空間思維的主要思維形式。但是，形象思維包含的內(nèi)容更為廣泛，所處理的形象可以是二維形象，也可以是三維形象，并且?guī)в刑卣骱蜕食煞帧６臻g思維則主要在三維空間展開，重在幾何形狀的構(gòu)建，一般并不特別關(guān)注思維對(duì)象的色彩及表面特征。因此，在實(shí)際工作中，有人擅長做平面設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的形象思維能力，但是卻并不一定適合做三維設(shè)計(jì)。

1.2 對(duì)空間思維的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

根據(jù)空間思維的思維對(duì)象、材料來源及思維過程，總結(jié)出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1） 空間思維中的“表象”不是對(duì)物體形象的簡(jiǎn)單反映，而是對(duì)物體特征做出概括。在空間思維過程中，也主要是對(duì)空間輪廓及相關(guān)幾何要素進(jìn)行思維變換。在測(cè)繪實(shí)踐中，這種對(duì)輪廓特征的概括和整體把握能力就是觀察力，它是培養(yǎng)空間思維能力的基礎(chǔ)訓(xùn)練。

2） 空間思維的材料可以是來自外界的感性材料，也可以是由大腦產(chǎn)生的理性材料。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，更多的運(yùn)用理性材料。由觀察得到的感性材料經(jīng)思維加工，可以轉(zhuǎn)化為理性材料。感性材料的積累，有助于理性材料的產(chǎn)生。讀圖時(shí)的聯(lián)想和想象，主要是調(diào)用理性材料進(jìn)行。這些理性材料主要是由實(shí)物抽象出的幾何模型及與模型對(duì)應(yīng)的投影圖。

3） 空間思維常常需要抽象思維的引導(dǎo)，與抽象思維交替進(jìn)行，才能達(dá)到思維的最終目標(biāo)。空間思維進(jìn)行的同時(shí)，常常伴隨著一些分析、判斷與歸納、概括，這正是抽象思維在發(fā)揮作用。工程實(shí)踐中的空間思維主要是在三維空間進(jìn)行，但思維的結(jié)果通常要通過二維圖形表達(dá)在圖紙上，這樣就需要進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換遵循一定的邏輯關(guān)系，需要借助抽象思維及專門的知識(shí)和規(guī)則來進(jìn)行，因而需要通過學(xué)習(xí)和培養(yǎng)才能掌握。

1.3 空間思維的兩個(gè)重要特性

1.3.1 分散性

與抽象思維的邏輯性相比較，空間思維更多的表現(xiàn)為分散、孤立的特性，本身規(guī)律性不強(qiáng)。因此，為了使空間思維有效地進(jìn)行，抽象思維中的分析、判斷必不可缺，只有這樣，才能使發(fā)散的思維得到收斂。

1.3.2 創(chuàng)造性

“想象”是空間思維的最高形式，是擁有創(chuàng)造力的表現(xiàn)。愛因斯坦對(duì)人類的“想象力”給以高度的評(píng)價(jià)，認(rèn)為它是“知識(shí)進(jìn)化的源泉”，是“科學(xué)研究中的實(shí)在因素”。在工程設(shè)計(jì)中，人們通過想象，構(gòu)造出新的結(jié)構(gòu)、新的形狀，這就是一種創(chuàng)造。

設(shè)計(jì)的靈魂是創(chuàng)新。工程實(shí)踐中的創(chuàng)新表現(xiàn)在多個(gè)方面，有結(jié)構(gòu)、形狀方面的，有工藝方面的，有材料方面的，等等。各種不同的創(chuàng)新，都需要?jiǎng)?chuàng)新的意識(shí)和創(chuàng)新的能力，而這兩者都需要在實(shí)踐中培養(yǎng)。在制圖教學(xué)中，加強(qiáng)空間想象力的培養(yǎng)，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。教學(xué)中應(yīng)注意從單純的幾何解題中走出來，將這種空間思維能力與設(shè)計(jì)實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的興趣，這對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)造型人才具有重要意義。

2 培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力的方法

2.1 注意區(qū)別“形象”與“形狀”的不同

物體的形象既包含有它的表面特征信息，如：材質(zhì)、色彩、光澤特性等等，是一種綜合的視覺感官反映。

物體的形狀則是一種幾何概念，它僅包含物體的空間信息，它是物體剔除表面特征之后的空間概念，是物體形象的提煉。

在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生根據(jù)軸測(cè)圖畫三視圖與根據(jù)實(shí)物畫三視圖的感覺是不一樣的。前者突出了“形狀”，而后者則是完整的“形象”。注意到這種差別，在采用直觀教具進(jìn)行畫圖訓(xùn)練時(shí)，應(yīng)加以區(qū)別選擇，以取得最佳教學(xué)效果。在課程前段投影制圖部分，制圖課通過使用簡(jiǎn)化細(xì)節(jié)、舍棄表面特征的幾何模型，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“形狀”與“投影”的轉(zhuǎn)換，有利于學(xué)生在頭腦中順利搭起空間框架，加快空間思維能力和投影能力的培養(yǎng)；而在后面機(jī)械圖部分，則通過零部件測(cè)繪，引導(dǎo)學(xué)生由“真實(shí)形象”向理性形象——“視圖”轉(zhuǎn)換，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際制圖表達(dá)能力和工程意識(shí)。

2.2 強(qiáng)調(diào)發(fā)散思維的收斂

空間思維的分散性使一些制圖課程的初學(xué)者感到困惑。在一些教材和教師的指導(dǎo)中，常常提到“多看、多畫、多想”?！叭唷笔潜匾?，但盲目的“三多”卻是低效的。實(shí)際上，在進(jìn)行空間思維時(shí)，學(xué)會(huì)分析是非常重要的。正確的分析方法，可以使空間思維有序地進(jìn)行下去，并最終獲得正確的結(jié)果。應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生掌握空間分析中的邏輯關(guān)系，學(xué)會(huì)基本的分析方法。

圖1 創(chuàng)新思維訓(xùn)練

例如線面分析法在識(shí)讀組合體視圖中占有相當(dāng)重要的地位，是形體分析法的重要輔助方法，特別適用于切割式結(jié)合體。重在培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，提高學(xué)生的圖示能力，識(shí)讀能力以及圖解能力。在教學(xué)方法上，應(yīng)充分體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用，同時(shí)注重誘導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生積極思維，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，從而掌握正確分析的方法，在頭腦中從基本視圖勾畫出空間形狀。

2.3 創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

制圖教學(xué)在培養(yǎng)空間想象力方面可以發(fā)揮突出的作用。畫法幾何中解題時(shí)的空間分析、讀圖時(shí)物體形狀的構(gòu)思，都是很好的空間思維的訓(xùn)練。但是，傳統(tǒng)的制圖訓(xùn)練答案唯一，強(qiáng)調(diào)投影表達(dá)，遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)，限制了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，甚至?xí)B(yǎng)成一種“畫死圖”的習(xí)慣，在教學(xué)改革中應(yīng)加以重視和改進(jìn)。

在三視圖的訓(xùn)練中，根據(jù)兩個(gè)視圖構(gòu)思不同形體并完成第3個(gè)視圖的題目能很好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。例如，圖1所示，根據(jù)給定兩個(gè)視圖，構(gòu)思不同形體[6]。圖2只給定了一個(gè)視圖，學(xué)生構(gòu)思出的形體不僅多樣，而且融入了自己的設(shè)計(jì)理念[7]。

圖2 創(chuàng)新思維訓(xùn)練

2.4 利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。AutoCAD軟件，具有豐富的視圖生成能力，能自動(dòng)將三維的零件模型與部件裝配模型轉(zhuǎn)換成二維工程圖。這些功能對(duì)培養(yǎng)和提高學(xué)生空間思維能力大有幫助。傳統(tǒng)的制圖技巧與現(xiàn)代的CAD技術(shù)相結(jié)合，不但開闊了學(xué)生的視野、打開了學(xué)生的思維和想象空間、激發(fā)了學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣、提高了教學(xué)效果，而且還為學(xué)生將來走出校門實(shí)際接觸這方面的工作打下了一定的基礎(chǔ)。因此，制圖課的CAD教學(xué)，不僅僅是教學(xué)形式上的更新，更主要的還是通過此方式，能引導(dǎo)學(xué)生積極地思考，并開拓其思維想象空間，這對(duì)增強(qiáng)學(xué)生的空間想象力是非常有益的。

其它三維繪圖軟件(如SolidWorks，3DMAX)的引入無疑會(huì)對(duì)學(xué)生的空間思維能力的提高起到很好的促進(jìn)作用[8-10]。

3 結(jié) 論

空間思維源于形象思維，是形象思維的一種具體表現(xiàn)。

空間思維能力是制圖教學(xué)中重點(diǎn)培養(yǎng)的思維能力。

培養(yǎng)空間思維能力，需要加強(qiáng)制圖實(shí)踐訓(xùn)練和正確思維方法的引導(dǎo)。

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Spatial Thinking and Drawing Teaching

Liu Jia
( Xi’an University of Science and Technology, School of Science, Xi’an Shaanxi 710054, China )

The basic concept of spatial thinking is discussed, and the connection and differences between spatial thinking and imagery thinking are showed. The two basic features of spatial thinking are analyzed. It is pointed out that targeted training topics should be designed for developing and improving the students’ spatial thinking ability in drawing teaching according to the characteristics of spatial thinking. Meanwhile, the introduction of 3D graphics software can also promote the improvement of students' space thinking ability. In a word, to cultivate the students' space thinking ability must both strengthen the drawing practice training and guide them through the correct method of thinking.

spatial thinking; imagery thinking; drawing teaching

TB 23

A

2095-302X (2013)04-0146-04

2012-11-19；定稿日期：2013-01-16

劉 佳（1971-），女，河北阜城人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)楦叩冉逃?、圖像處理。E-mail：liujia.168@163.com