在工程圖學教育中加強構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力之我見

季 青

(鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇 鎮(zhèn)江 212016)

工程圖學教育的基本目標是培養(yǎng)學生圖示、圖解和讀圖、繪圖，以及空間想象的能力，其最高目標應(yīng)該是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設(shè)計能力。培養(yǎng)創(chuàng)新人才的主要任務(wù)就是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力，而工程圖學以獨特的思維方式和實踐過程，決定了它是訓(xùn)練、提高學生創(chuàng)新思維能力的有效途徑之一。當前，能力和素質(zhì)已成為評價人才的最重要指標.加強綜合素質(zhì)教育、拓寬專業(yè)口徑，注重創(chuàng)新發(fā)散思維為一體的、具有時代特征的人才培養(yǎng)模式早已成為高等教育界思索、探尋實驗的課題。本文就如何在工程圖學教育中加強學生構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)進行探討和實踐。

1 加強工程圖學教育中學生的構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力

1.1 創(chuàng)新設(shè)計能力與工程圖學

創(chuàng)新設(shè)計能力是創(chuàng)造性地解決實際應(yīng)用問題的一種實踐能力，是自然科學基礎(chǔ)與人文科學知識的厚積薄發(fā)和集中體現(xiàn)。創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)，需要將課堂教學、實驗教學、參觀實習、設(shè)計訓(xùn)練、學生科技活動等相關(guān)環(huán)節(jié)整合配置，構(gòu)成完整的培養(yǎng)體系。創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)過程，是以學生為主體、通過上述環(huán)節(jié)培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力和設(shè)計能力的過程，因此，必須轉(zhuǎn)變教育觀念，深化教學改革，不斷改進和完善教學管理。創(chuàng)造性思維是創(chuàng)造力的核心，是求異思維、空間思維能力和空間想象能力發(fā)展的更高階段，是創(chuàng)造力的智力因素。工程圖學對創(chuàng)造性思維培養(yǎng)具有實際條件和優(yōu)勢。因此，合理有效地對工程圖學的教學過程進行改革，從各個環(huán)節(jié)加強學生的創(chuàng)新意識和構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力是非常必要，且是可行的。

1.2 在工程圖學教育中培養(yǎng)學生的構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力

在工程圖學教育中，加強對學生構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)，就必須使課程的教學過程有利于創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。近年來，隨著教學環(huán)境的改善和硬件設(shè)施的提高，現(xiàn)代化的教學手段已經(jīng)越來越多，除傳統(tǒng)的實物模型外，多媒體、三維軟件等教學輔助工具已在高校工程圖學教育中得到普遍應(yīng)用，這為加強學生觀察力訓(xùn)練提供了條件，為學生創(chuàng)新能力的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。然而，要有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設(shè)計能力，還需要在課程的教學中，突出學生的構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)。為此，在機械類工程圖學課程的教學中進行了改革和探索，其主要體現(xiàn)在以下4個方面:(1)優(yōu)選教學內(nèi)容。知識的無限性與學時的有限性的矛盾是目前教學中的一個主要矛盾。在工程圖學課程教學學時不斷減少的今天，優(yōu)化課程內(nèi)容顯得尤為重要。在工程圖學課程中，為突出構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)，需壓縮學生后續(xù)學習中用得較少的內(nèi)容，側(cè)重形體的圖示表達，使其成為工程圖學課程教學的重點和核心。(2)培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。創(chuàng)造力是每個正常人都具有的一種潛在能力。教師要激勵學生克服對創(chuàng)新的神秘感，激發(fā)求知欲和好奇心，樹立創(chuàng)新的信心，培養(yǎng)勇于探索、勇于標新立異的創(chuàng)新精神。創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力不是一朝一夕就能具備的，要經(jīng)過長期有意識的訓(xùn)練和平時各種知識結(jié)構(gòu)的積累沉淀，以及實踐活動的培養(yǎng)提高。工程圖學教師的重要任務(wù)就是在課程中要善于啟發(fā)、引導(dǎo)學生，營造有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新設(shè)計精神的環(huán)境。在課程的教學中，要采用討論式、啟發(fā)式教學等，激發(fā)學生獨立思考，鼓勵學生勇于發(fā)表自己的見解。(3)加強構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計實踐環(huán)節(jié)。實踐是創(chuàng)造性的源頭。實踐不僅可以獲得知識，同時可以創(chuàng)新知識，通過實踐總結(jié)、提高并轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新能力。沒有實踐，創(chuàng)新能力就不能得到發(fā)展。創(chuàng)新設(shè)計能力只有在實踐中才能不斷提高。在實踐中接受新知識，啟發(fā)新思路，強化動手、動腦能力。為此，需將構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練貫穿于課程教學的始終，根據(jù)相關(guān)教學內(nèi)容，要求學生根據(jù)給定的條件設(shè)計新構(gòu)型。教學中選用的題目，都是發(fā)散性的，給學生留下充分的思維發(fā)展空間和創(chuàng)新空間，能夠有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力。此外，考慮到學生的差異性，在設(shè)計課堂練習和課后作業(yè)時，需選用在難度上有階梯`的題目，讓學有余力的學生得到進一步的鍛煉和提高。對于課程中形體構(gòu)型設(shè)計這個環(huán)節(jié)，讓學生隨著課程的深入開展實踐，具體的實踐情況見后續(xù)分析。(4)提高教師自身素質(zhì)。在教學過程中訓(xùn)練學生的創(chuàng)新思維，提高學生的構(gòu)型創(chuàng)新能力，實際上對教師提出了更高的要求。因此，教師要不斷提高自身水平，不但要精通本學科以及相關(guān)學科發(fā)展的最新動態(tài)，還要注重把傳授知識與培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力結(jié)合起來，能掌握和運用教育理論，特別是創(chuàng)造教育規(guī)律指導(dǎo)教學過程。基于以上4點，本文著重研討培養(yǎng)學生構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力的實踐環(huán)節(jié)。

2 構(gòu)型設(shè)計的實踐激發(fā)學生的創(chuàng)新能力

2.1 平面圖形構(gòu)型設(shè)計實踐

在講授完工程制圖的基本知識后，教學目標要求學生熟悉機械制圖國家標準的有關(guān)規(guī)定;掌握繪圖工具的使用方法以及儀器繪圖的方法和步驟;掌握常用的幾何作圖方法和平面圖形畫法等。在此基礎(chǔ)上，教學中需補充介紹什么是構(gòu)型設(shè)計、平面圖形的構(gòu)型設(shè)計必須遵循的基本原則、設(shè)計方法及如何作圖等內(nèi)容。隨后，進行平面幾何圖形的構(gòu)型設(shè)計(主要為輪廓特征設(shè)計)，應(yīng)要求每個學生設(shè)計一個平面圖形并標注尺寸，同時給出一定的創(chuàng)作約束條件。

筆者翻閱了大量的資料，以以下平面圖形的構(gòu)型設(shè)計為例。

案例1:請設(shè)計一個平面圖形，要求該圖形包含已知線段、中間線段、連接線段，并標注相關(guān)尺寸。對機械類班級56名學生參與該教學實踐的情況進行統(tǒng)計，結(jié)果如表1所示(部分學生給出了不止1個方案)，可以看出，完整地給出構(gòu)型設(shè)計的方案有41個，占給出方案總數(shù)的72%。

表1 平面圖形構(gòu)型設(shè)計方案的完成情況

圖1 學生構(gòu)型設(shè)計方案示例──平面圖形

圖1是學生構(gòu)型設(shè)計的兩個方案示例。在圖上，設(shè)計者用引出線明確指引了已知線段、中間線段和連接線段，圖形結(jié)構(gòu)和尺寸簡單清晰，屬于較好的設(shè)計方案。通過案例1的練習，可以讓學生更加清晰地認識平面圖形的作圖過程、了解平面圖形的構(gòu)成方式。讓學生通過積極思維，在構(gòu)造新的平面幾何形狀，理解和掌握工程化、工藝性及相關(guān)美學效果設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)平面圖形想象和創(chuàng)新思維能力。在案例給出的練習中，學生出現(xiàn)的主要問題是有些圖形的尺寸標注不夠完整，特別是中間線段，要求有且只有一個尺寸約束。少數(shù)學生的圖雖然是正確的，但是沒有標注必要的尺寸，也不能算是完全正確的設(shè)計方案。

2.2 幾何元素構(gòu)型設(shè)計實踐

在講授完點、直線和平面的投影基本知識后，教學目標要求學生掌握點、直線、平面在第一角中各種位置的投影特性和作圖方法。為此，選用典型的平面立體介紹其各位置直線和位置平面，使學生有更直觀的認識。隨后，進行包含各種類型直線及平面的立體構(gòu)型設(shè)計。練習設(shè)計案例如下。

案例2:請設(shè)計一個立體，使得該立體同時包含投影面的垂直線、投影面的平行線和一般位置直線(該立體最好能完全包含7種類型直線，即正平線、水平線、側(cè)平線、正垂線、鉛垂線、側(cè)垂線和一般位置直線)。

對機械類兩屆175名學生參與該教學實踐的情況進行統(tǒng)計，結(jié)果如表2所示(部分學生給出了不止1個方案)，學生完整地給出包含7種類型直線的構(gòu)型方案有168個，占總給出設(shè)計方案數(shù)的近75%，包含3～6種類型直線的構(gòu)型方案有57個，占總給出設(shè)計方案數(shù)的25%。

圖2是學生的兩個構(gòu)型設(shè)計方案示例。所設(shè)計的兩個圖形均屬于切割式平面體，完全包含了正平線、水平線、側(cè)平線、正垂線、鉛垂線、側(cè)垂線和一般位置直線這7種類型線，具體說明亦在圖中注出。該圖形形體結(jié)構(gòu)簡單明了，是較好的設(shè)計方案。

表2 含各種類型直線構(gòu)型設(shè)計方案的完成情況

圖2 學生構(gòu)型設(shè)計方案示例——含各種位置直線的形體

案例3:請設(shè)計一個立體，使得該立體同時包含投影面的垂直面、投影面的平行面和一般位置平面(該立體最好能完全包含7種類型平面，即正平面、水平面、側(cè)平面、正垂面、鉛垂面、側(cè)垂面和一般位置平面)。

對機械類兩屆172名學生參與該教學實踐的情況進行統(tǒng)計，結(jié)果如表3所示(部分學生給出了不止1個方案)。可以看出，學生完整地給出含7種類型平面的構(gòu)型方案有138個，占總給出設(shè)計方案數(shù)的近70%，給出含3～6種類型平面構(gòu)型方案的有60個，占學生給出的設(shè)計方案數(shù)的30%。

表3 含各種類型平面構(gòu)型設(shè)計方案的完成情況

圖3 學生構(gòu)型設(shè)計方案示例——包含各種

圖3是學生的兩個構(gòu)型設(shè)計方案示例。這兩個方案的形體均為切割式平面體，完全包含正平面、水平面、側(cè)平面、正垂面、鉛垂面、側(cè)垂面和一般位置平面這7種類型平面，并在圖上具體標注出，該設(shè)計完全符合題意要求。

通過案例2和3可以看出，學生對于這種構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的練習感興趣，不少學生提出了兩種或以上的設(shè)計方案，說明此類練習能夠很好地調(diào)動學生的積極性，使學生勇于打破固定思路、勇于創(chuàng)新、勇于設(shè)計新構(gòu)型。在本次課程教學中，對案例2和3的題目要求分兩個層次，有助于實現(xiàn)不同層次學生的個性化發(fā)展。此外，由學生自己把握設(shè)計難度，自我突破，對保護學生的自尊心和增強學生的自信心都是很有好處的。

另外，教學過程中發(fā)現(xiàn)，很多學生經(jīng)常會混淆投影面垂直線/面與投影面平行線/面。通過上述案例，學生可以進一步對各種位置線面的特征進行深入思考，并進行構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計，構(gòu)造出包含各種位置線/面的新形體。這樣不但可以鞏固基礎(chǔ)知識，而且可以為課程后續(xù)學習中復(fù)雜形體的分析做較好的準備。

2.3 立體及三視圖設(shè)計實踐

在講授完基本立體、三視圖、組合體等基本知識后，教學目標要求學生掌握平面立體和曲面立體的投影特性和作圖方法，能運用形體分析法和線面分析法進行組合體的畫圖、讀圖和尺寸標注，教學的重點:形體的分析，包括形體和線面分析等;畫圖和讀圖;物體的表達。可選用典型切割式和疊加式組合體進行介紹和分析。為開拓學生的設(shè)計思路，可以通過設(shè)計較特別的題目，讓學生設(shè)計一個構(gòu)型，該形體的形狀是三視圖難以表達清楚或不能唯一確定的。

3 結(jié)語

通過對工程圖學教育中學生構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)的探討和實踐，可以得知，在工程圖學教育中，除了需優(yōu)選教學內(nèi)容、培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神、提高教師素質(zhì)外，設(shè)計合適的構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，能充分調(diào)動學生的學習積極性，有效激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力、擴展學生的思維能力，并及時發(fā)現(xiàn)教學中學生的薄弱環(huán)節(jié)，對提高課程的教學效果有很大幫助。

［1］童秉樞，高樹峰.談工程圖學教學中學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［J］.工程圖學學報，2008(6):1 －6.

［2］姜桂榮，趙炳利.工程圖學中的創(chuàng)新思維方法研究［J］.教學研究，2005，28(5):436－438.