機械制圖教學內容的程序化創新設計研究

2010-01-01 01:45:46杜振華陳國民秦玉芳唐永勇

圖學學報 2010年2期

杜振華，陳國民，馮劍，秦玉芳，唐永勇

（后勤工程學院，重慶 400016）

“機械制圖”課程在其開篇緒論中就明確指出，本課程的主要任務是培養學生的形象思維能力和空間想象力。正是因為有這一明確要求，“機械制圖”課程在傳統教學的各個環節上歷來都非常重視形象思維的培養。表現在教材中，所有《機械制圖》教材，可以說是圖文并茂，即在教材中有大量的插圖，這些插圖中，有相當一部分是幫助學生提高形象思維用的立體插圖；在教學中，教師還會經常使用些實體模型、掛圖、幻燈片等教學用品，借助這些用品的展示，來培養學生的形象思維能力和空間想象力。在現代多媒體教學中，人們仍然沿著這一思維模式，繼續強化形象思維的培養。按道理說，運用多媒體教學手段，借助豐富的信息素材，如圖片、虛擬模型、動畫等，生動、形象地展示教學內容，學生學習這門課的效果與以往相比會有一個明顯的提高。然而，這幾年的教學發現，情況并非如此，這說明制約學生學好這門課的因素并非只是提高空間想象力和形象思維能力。

1 教學中的思維方式探討

在生活中，我們每時每刻都離不開思維，我們用它學習知識、解決問題，用它探索新知、創造未來。那么，什么是思維呢？思維是人腦對客觀現實概括的和間接的反映，它反映的是事物的本質和事物間規律性的聯系。思維同感知覺一樣是人腦對客觀現實的反映。感知覺所反映的是事物的個別屬性、個別事物及其外部的特征和聯系，屬于感性認識；而思維所反映的是一類事物共同的、本質的屬性和事物間內在的、必然的聯系，屬于理性認識。

思維可以從不同的角度進行分類，但邏輯思維（抽象思維）和形象思維是人類理性認識中的兩種最基本的思維方式，分別由人體大腦的左、右半腦控制。邏輯思維是人們在認識過程中借助于概念、判斷、推理反映現實的過程。它是用科學的抽象概念、范疇揭示事物的本質，表達認識現實的結果。邏輯思維是一種確定的，而不是模棱兩可的；前后一貫的，而不是自相矛盾的；有條理、有根據的思維。在邏輯思維中，要用到概念、判斷、推理等思維形式和比較、分析、綜合、抽象、概括等方法，而掌握和運用這些思維形式和方法的程度，就是邏輯思維的能力。與邏輯思維不同，形象思維則以表象為形象材料，通過對表象的分解、組合、類比、聯想、想象等加工，形成新的概念和判斷。表象是在事物的形象（如形狀、結構、位置等）。表象是可以被加工操作的，形象思維過程就是表象運動、加工的過程，這個過程具有形象性、整體性、概括性、跳躍性、情緒性和方向的不確定性等特點[1]。

從以上概念來看，邏輯思維通過抽象的概念揭示事物的本質，而形象思維則通過生動的形象反映事物的本質。但兩者并不是對立的，這是因為，邏輯思維的過程離不開形象材料，而形象思維也離不開邏輯思維的分析、綜合、判斷、推理。可見，在整個思維過程中，兩者相互交織，你中有我，我中有你，優勢互補，相得益彰。同時，邏輯思維和形象思維在思維過程起著不同的作用，邏輯思維有條理，有根據，環環相扣，對整個思維活動起引導和牽引作用，主要解決思維過程中的方向性問題。形象思維則是整個思維鏈條上的每個環節、每個節點，是思維的重點。

那么，學生學習制圖課的正確思維方式應該是以邏輯思維為牽引、為主線，以形象思維為主體、為重點，通過兩者的有機結合來完成。然而，絕大部分學生的思維方式并非如此。據研究，每個人從一出生開始，對事物的認知是偏重于形象，比如嬰兒喜歡各種形象性的玩具和圖畫，就是因為嬰兒頭腦中沒有多少抽象的概念，而且他們確實對各種形象事物比較容易認識和接受。但在以后的學習和生活當中，外界開始向他們大量灌輸各種抽象思維的概念，而形象思維的內容越來越少，這才使控制抽象思維的左腦逐漸被激活，而控制形象思維的右腦卻逐漸進入“休眠”狀態，個體的思維形態也由以形象思維為主向抽象思維為主轉化[2]。

也就是說，學習“機械制圖”課學生的思維情況是：邏輯思維強而形象思維差，而我們在“機械制圖”課的教學中又一味強調形象思維，過分弱化邏輯思維，這種單一的思維方式使學生在學習中，邏輯思維強的優勢發揮不出來，形象思維差的一面又一時無法提高，同時，過分弱化邏輯思維，也極大地牽制著形象思維能力的提高。因此，許多學生的想象過程非常無序，就像無頭的蒼蠅，想象的結果也是由大概、可能、好像等這樣的感知覺得出的，我想這就是長期以來造成學生學習“機械制圖”課程難的根本原因所在。

從以上看出，無論在學生學上，還是在教師教上，其思維方式都是有問題的。按照正確的思維方式，應該在“機械制圖”課的教學中，一方面要加大提高學生形象思維的力度，另一方面又要強調邏輯思維的引導和牽引作用，兩手都要硬。具體來講，在課堂教學中，通過多媒體課堂教學和網絡課程等現代教學手段來豐富學生大腦中的形象思維素材，提高他們的形象思維能力；在教學內容上，強調邏輯思維的完整性，如作圖的方法步驟、圖形分析的過程等，并對其進行程序化設計，使人一看就一目了然。

2 制圖課內容的程序化創新設計

由于該課程長期以來都不太重視邏輯思維，因此，下面就以讀組合體視圖的方法為例，來研究如何通過對教學內容進行程序化改造而強調邏輯思維。

讀組合體視圖的方法有形體分析法和線面分析法。同濟大學《機械制圖》第五版中，形體分析法的定義是：在反映形體特征比較明顯的主視圖上先按線框將組合體劃分成幾個部分，即幾個基本體，然后通過投影關系找到個線框所表示的部分在其它視圖中的投影，從而分析各部分的形狀以及它們之間的相對位置，最后綜合起來想象組合體的整體形狀；線面分析法的定義是：在形體分析的基礎上，對不易讀懂的部分，常用線和面的投影特性來幫助分析物體各部分的形狀和相對位置，從而想象出物體的整體形狀[3]。其它教材中的定義也基本雷同。從定義來看，這兩個讀圖方法有以下幾個邏輯方面的問題。① 組合體的組合形式有疊加型、切割型和綜合型（既有疊加，又有切割）3 種，按邏輯關系來說，讀圖方法與組合體的組合形式一一對應，但形體分析法和線面分析法卻沒有這樣的對應關系；② 從以上定義中看出，對組合體進行形體分析時，無論組合體是疊加型還是切割型，都以形體分析法為主，線面分析法為輔。那么，切割型組合體如何分解成幾個部分？③ 由于定義過于簡略，對組合體的形體如何分析，從定義無法得知。如線面分析法應分析哪些內容，分幾步進行分析，如何分析等。

為了將讀組合體視圖方法中的邏輯關系反映出來，我們對該項內容進行了程序化創新設計，具體如圖1 所示。

讀組合體視圖方法的程序化創新設計有以下創新點：

（1）通過程序化創新設計，將讀圖的方法有形體分析法和線面分析法改為疊加型組合體分析法和切割型組合體分析法，這樣改的好處是能與組合體的組合形式一一對應，只要知道組合體的組合形式就知道用哪一個方法進行分析。

（2）通過程序化創新設計，疊加型組合體分析法和切割型組合體分析法的分析過程都為四步，每一步分析哪些內容，怎么分析，如何想象等都有具體的規定，從而使分析方法的可操作性大大提高。如疊加型組合體分析法的第一步是將疊加型組合體分解成若干個基本體，怎么分解？按一框一體的原則分解。

（3）通過程序化創新設計，讀組合體視圖方法中的整個邏輯過程非常清晰，一目了然，學生看后，就知道該怎么做。

（4）通過程序化創新設計，組合體的作圖過程也一目了然，分四步，即：第一步是判別組合體的組合形式；第二步是對組合體進行形體分析；第三步是想象組合體的立體形狀；第四步是完成組合體的三視圖。

圖1 讀組合體視圖方法的程序化創新設計

讀組合體視圖方法的程序化創新設計有以下創新點：

（3）通過程序化創新設計，讀組合體視圖方法中的整個邏輯過程非常清晰，一目了然，學生看后，就知道該怎么做。

3 應用舉例

3.1 疊加型組合體形體分析法

以下面組合體的兩視圖（見圖2）為例，讀懂后想象出該組合體形狀，并完成其左視圖。

圖2 組合體兩視圖

作圖過程：

（1）根據所給組合體的兩視圖可以看出，該組合體為疊加型組合體。

（2）按疊加型組合體分析法對該組合體進行分析：

1）按一框一體的原則分解組合體。

從下面圖3 的左圖中可以看出，主視圖中有4 個線框，但左圖中左下角的線框長對正下去，卻沒有線框與之對應，而是一條線，這說明這個線框并不代表一體，應用包含該線框的更大線框代替。根據以上分析，該組合體可分解為3 個基本體，如圖3 所示。

乳腺肉瘤的發病原因不是很清楚，有學者認為可能與性激素的紊亂及妊娠有一定關系[4]。也有研究認為與乳腺纖維腺瘤相關[5]。Huang等報道放療增加乳腺肉瘤的發生率[6]。本病沒有明顯的家族遺傳性。乳腺肉瘤多發生于女性，男性較為罕見。其發病年齡較乳腺癌早，多在25～50歲。雙側乳腺均可出現乳腺肉瘤，以單側乳腺外上象限多見，腫塊主要特點為無痛、可活動、迅速生長，這與乳腺癌不同，并且不伴有乳頭溢液，很少侵及局部皮膚。其轉移途徑主要為血行轉移，淋巴轉移少見。