| 标题 | 培养学生的空间想象力提高机械制图课程教学的有效性 |
| 范文 | 熊勇 摘 要：本文结合制图课的教学特点，从理论角度阐述了空间想象力的形成过程，重点对培养学生空间想象力的途径做了分析，指出应从师生教与学两方面进行适当改变，方可达到较佳的效果。 关键词：空间想象力 直观性 反复性 形象化 思维方式 心理诱导 图样作为工程界的“语言”，主要将设计原理、结构形状、尺寸、技术要求、装配关系等呈现给读图者，这就决定了机械制图在机电类专业课中的不凡地位，作为必修课之一，必须努力培养学生识读机械图样与绘制机械图样能力，即能够将空间立体转化为平面图形，同时又能够将平面图形转化为空间立体，而这些能力的培养需要学生有较强的空间想象力。由于学生首次接触工程图样，且有相当数量的学生缺乏空间想象力，使读图与画图难以达到预期的效果，主要表现在视觉、形体、图像三者不能正确转化。从二维到三维，在观察方法上有很大的差异性，必须改变旧的看图习惯，逐步建立新的识图方法。在实践中，笔者从机械制图课教学的特点出发，联系学生实际，针对各种教、学误区寻找突破，引导学生建立正确的思维方式，培养提高空间想象力，收获了意外之喜。 一、制图课的特点 1.图样直观表达零件的形状 人类传递思想最基本的工具是语言和文字，可在工程领域表达技术思想时，语言和文字就存在诸多的局限性。例如减速器箱体，再完美的文字也难以表达清楚。而系统地学过制图课后，只要借助绘图工具准确、形象地描绘出箱体的轴测图，就能直观感受零件结构。教学中充分利用图样的直观性，让学生多看、多思考，大脑里逐渐形成零件的直观模型，这是空间想象力提高的基础。 2.观察思考有助于零件形象的建立 人们观察实物（或模型）的直观感受，通过在脑子里再生的形象（表象）思维，产生想象力的基础。所以必要的模型、挂图、实物都有助于学生观察思考，为将来的绘图奠定基础。 3.形象建立的反复性 直观感受与形象思维所建立的模型，往往是暂时的、不稳固的。根据心理学成就动机理论，为了得到稳定的形象，来自相同或相近事物的刺激须得到强化，故需要多次反复地进行训练，才能使形象巩固，长此以往，必将在大脑里形成包含大量形体的“资源库”，为提升想象力创造条件。 4.理论与实践结合 工程图样来源于工程实际并用之于生产一线，故工程图样带有很强的实践性，而制图作业与测绘训练就是实践的再现。在实践中，学生不断从头脑内“抽取”与图样匹配的模型，并改进，直到符合要求为止，同时，个人头脑里的“资源库”也在充实、更新，对空间想象力的增强有非常好的效果。所以，只有通过大量的实践，才能增强学生读图与画图的能力。 二、空间想象力的逐步建立 事物的发展变化都遵循一定的内在规律，空间想象力的建立也是如此，它是逐步向上的，具有明显的层次性。教师若能很好把握这一规律，有效地渗透到教学中去，有意识、有针对性地采取恰当的教学方法和措施，才能有效地提高学生的空间想象力。在教学中必须加强对空间想象力的理性分析，否则就可能造成这样的结果：少部分悟性较高的学生的空间想象力得到了提高，而大部分学生则收益甚少，乃至于放弃机械制图的学习。 根据机械制图课的特点，结合笔者的教学实践，认识到学生空间想象力的建立可分两步进行：一是由物向图的转换，拆分形体，分别考虑各部分的投影，如果有必要，甚至可以继续转换为面、线、点进行分析，这个过程就是绘图；二是通过点、线、面的投影分析，由局部到整体，构造形体结构，此过程为读图。两个相反的过程，其本质具有一致性，但对于多数学生而言，读图的过程显得更为“恐惧”，原因在于绘图更具直观性，而读图且显得抽象，需要一定的形象思维。教师的教学应遵循这个规律，先进行充分的绘图训练，再开展读图教学，循序渐进，逐步建立学生的空间想象力。 三、培养学生空间想象力的方法 制图课的学习对学生的形象思维能力有很高的要求，因此，采取合理的教学方法，逐步提升学生的空间想象力，是切实提高本课程教学效果的关键所在。 1.创设直观化的教学形式 教学中大量的模型、零件的呈现，通过视觉冲击，丰富学生的信息储备，这是非常重要的一个过程。各种实物模型的数量一定程度上受到学校现有条件的限制，但各种三维CAD软件的应用轻松化解了这个“困扰”。 授课前，可利用Solidworks、CAXA实体设计等三维造型软件制作完成课堂上使用的各种模型、零件等。课堂上，不再使用传统的粉笔绘图，直接配以相应的三维造型图，同时与其他多媒体设备的配合使用，从色彩、声音等多方面给学生全新的感受，充分调动学生的学习兴趣，提升教学的效果。这样的教学安排有四点长处：一是可以由尺寸直接驱动图形的改变；二是可以直接生成动画，直观演示物体的生成过程及零件各部分组成关系；三是课堂讲解的容量增大，能盈余较多的时间给以学生绘图练习；四是随着教学进程的逐步推进，各种三维模型、零件造型积少成多，最终形成机械制图的教学模型库，可以在后期的教学中使用，且方便保存。 此种方式应用在笔者的机械制图的教学中是经常性的。如，“相贯线”这一知识点对初学者来说非常抽象，有90%以上的学生无法准确理解。笔者利用Solidworks软件的尺寸驱动功能直观演示两圆柱相互贯穿的过程，并逐渐改变圆柱半径，展示相贯线的空间形状，使绝大多数学生都能很快理解。同时，借助三维造型进一步分析相贯线的空间极限点，对学生绘制相贯线的三视图有很好的帮助。经过检验，学生关于这个知识点的独立作业正确率达90%以上。 在课堂教学的基础上，借助AutoCAD软件进行绘图练习，计算机制图的美观、整洁及快捷特点给学生以良好的启示，有助于其养成良好的绘图习惯。但必须指出的是，计算机软件（多媒体）只是制图课的教学媒介之一，这并不表示黑板和粉笔可以全部甩开，对于重要的步骤、规律及规范性还是有必要在黑板上做出说明。此外，教师还应精选典型例题，在黑板上进行手工绘图演示，引导学生养成良好的绘图习惯，建立正确的标准化意识。 2.构建正确的思维方式 空间想象力的提高绝非短期学习能达成的，更无“偏门”可行，切忌通过大量绘图训练来提升想象力。应从培养学生的创新意识及开放性思维入手，精选试题，引导学生分析相似零件（图样），做到举一反三，效果是明显的。在教学中，笔者主要通过以下方法引导学生形成正确的思维方式。 （1）一题多解。在图样中，机件的形状一般都要通过几个视图来表达，每个视图只能体现机件一个方向的形状。因此，只根据一个或两个视图是无法完全说明机件的结构，必须把几个视图联系起来才能准确判断机件的形状。在教学中，教师可在日常练习中挑选难度不大，但是答案多种的试题，引导学生根据已知视图分析获得不同的机件，从而逐步开阔学生的想象空间，建立正确的解题思路。 （2）一题多变。两个机件具有基本一致的结构，仅有细微差别，必须综合考虑多个视图、机件表面连接关系才能准确判断。在教学中，教师可这样处理：给出一个机件的两个视图，分析补画第三视图，在此基础上，对已知图样稍作改变，再一次完成新的第三视图。亦或针对一个机件，改变其主视图的投影方向，让学生练习绘制其三视图。这类题型的经常性练习，对建立学生开放性思维方式以及读图能力非常有效。 （3）总结归纳。在教学中，教师除了教会学生画图、读图，还更应该带领学生对知识点进行总结归纳，形成学生自己的绘图、识图经验。无论是基本体，还是四大类零件，虽说零件结构千变万化，但同一类型的零件，基本的结构是一致的。如轴套类零件的整体结构为回转体；键槽的结构及表达方式基本固定；各种孔的布局、尺寸标注基本一致……。通过总结，完善知识体系，形成正确的思维方向，对识图效率的提高、空想想象力的培养都颇为有益。 3.探索开放的教学模式 根据研究，一个开放的教学环境对学习效率的提升是有帮助的，笔者在教学中主要从以下两个方面进行实践。 （1）空间的拓展。努力通过改变教学环境、场地，激发学生的求知欲。教师可以带学生到实习工场参观，通过查看机床部件、观察零件加工过程等，扩充学生的记忆表象库，也可安排适量的企业现场教学，直接让学生感知零件的功能，认识本课程的重要性。 （2）角色的转换。古希腊哲学家说过：“告诉我的我会忘记，给我看的我会记住，让我参与的我会理解。”这是大多数中职学生学习现状的一个真实反映。因此，教师应主动引导学生参与到教学中。笔者的课堂也正是通过各种形式的角色扮演、互换，达到让学生充分理解教学内容的目的。如，笔者以教室作为三投影面的区域，以学生作为研究对象，进行点、线、面的投影特性的教学；在识读零件图的习题课上，安排个别学生以教师的角色上台讲授，这样的安排使得学生能在一个完全放松的状态下完成学习，效果远比单纯的教师演示好。 4.激发学生的想象空间 想象力的拓展更应从心理学的角度着手，教师应善于采取心理诱导的方式去激发学生的想象空间。在实践中，教师可创设一个场景，该场景可以是有形的，亦可是无形的（如描述性的语言），让学生根据这个场景，从空间、时间上加以想象，同时，还可加入个人的感觉因素，如听觉、触觉等。并且，想象的方向可以是漫无目的的，也可以是有一定指向的。然后，教师请个别学生交流个人的想象内容，让学生切身体会“身未动，心已远”的思想境界。笔者在教学中，偶尔也会进行上述方法的尝试，如给出一个短视频，让学生想象视频终止之后将会发生的事；一堵墙后面的事物；想象不久的未来自己家的格局……。长此以往，学生的想象空间逐渐开阔，空间想象能力也得到明显提升。 总之，在机械制图教学中培养学生的空间想象能力和识图能力具有承上启下的关键作用。它既是前面所学点线面基本体投影知识的综合运用，又是从投影法原理过渡到零件图部分的桥梁，中职学生空间想象力的培养要充分根据其性格特点，因材施教，以求获得最佳教学效果。 （作者单位：浙江长兴技师学院） |
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