培養學生的空間想象力提高機械制圖課程教學的有效性

摘 要：本文結合制圖課的教學特點，從理論角度闡述了空間想象力的形成過程，重點對培養學生空間想象力的途徑做了分析，指出應從師生教與學兩方面進行適當改變，方可達到較佳的效果。

關鍵詞：空間想象力 直觀性 反復性 形象化 思維方式 心理誘導

圖樣作為工程界的“語言”，主要將設計原理、結構形狀、尺寸、技術要求、裝配關系等呈現給讀圖者，這就決定了機械制圖在機電類專業課中的不凡地位，作為必修課之一，必須努力培養學生識讀機械圖樣與繪制機械圖樣能力，即能夠將空間立體轉化為平面圖形，同時又能夠將平面圖形轉化為空間立體，而這些能力的培養需要學生有較強的空間想象力。由于學生首次接觸工程圖樣，且有相當數量的學生缺乏空間想象力，使讀圖與畫圖難以達到預期的效果，主要表現在視覺、形體、圖像三者不能正確轉化。從二維到三維，在觀察方法上有很大的差異性，必須改變舊的看圖習慣，逐步建立新的識圖方法。在實踐中，筆者從機械制圖課教學的特點出發，聯系學生實際，針對各種教、學誤區尋找突破，引導學生建立正確的思維方式，培養提高空間想象力，收獲了意外之喜。

一、制圖課的特點

1.圖樣直觀表達零件的形狀

人類傳遞思想最基本的工具是語言和文字，可在工程領域表達技術思想時，語言和文字就存在諸多的局限性。例如減速器箱體，再完美的文字也難以表達清楚。而系統地學過制圖課后，只要借助繪圖工具準確、形象地描繪出箱體的軸測圖，就能直觀感受零件結構。教學中充分利用圖樣的直觀性，讓學生多看、多思考，大腦里逐漸形成零件的直觀模型，這是空間想象力提高的基礎。

2.觀察思考有助于零件形象的建立

人們觀察實物（或模型）的直觀感受，通過在腦子里再生的形象（表象）思維，產生想象力的基礎。所以必要的模型、掛圖、實物都有助于學生觀察思考，為將來的繪圖奠定基礎。

3.形象建立的反復性

直觀感受與形象思維所建立的模型，往往是暫時的、不穩固的。根據心理學成就動機理論，為了得到穩定的形象，來自相同或相近事物的刺激須得到強化，故需要多次反復地進行訓練，才能使形象鞏固，長此以往，必將在大腦里形成包含大量形體的“資源庫”，為提升想象力創造條件。

4.理論與實踐結合

工程圖樣來源于工程實際并用之于生產一線，故工程圖樣帶有很強的實踐性，而制圖作業與測繪訓練就是實踐的再現。在實踐中，學生不斷從頭腦內“抽取”與圖樣匹配的模型，并改進，直到符合要求為止，同時，個人頭腦里的“資源庫”也在充實、更新，對空間想象力的增強有非常好的效果。所以，只有通過大量的實踐，才能增強學生讀圖與畫圖的能力。

二、空間想象力的逐步建立

事物的發展變化都遵循一定的內在規律，空間想象力的建立也是如此，它是逐步向上的，具有明顯的層次性。教師若能很好把握這一規律，有效地滲透到教學中去，有意識、有針對性地采取恰當的教學方法和措施，才能有效地提高學生的空間想象力。在教學中必須加強對空間想象力的理性分析，否則就可能造成這樣的結果：少部分悟性較高的學生的空間想象力得到了提高，而大部分學生則收益甚少，乃至于放棄機械制圖的學習。

根據機械制圖課的特點，結合筆者的教學實踐，認識到學生空間想象力的建立可分兩步進行：一是由物向圖的轉換，拆分形體，分別考慮各部分的投影，如果有必要，甚至可以繼續轉換為面、線、點進行分析，這個過程就是繪圖；二是通過點、線、面的投影分析，由局部到整體，構造形體結構，此過程為讀圖。兩個相反的過程，其本質具有一致性，但對于多數學生而言，讀圖的過程顯得更為“恐懼”，原因在于繪圖更具直觀性，而讀圖且顯得抽象，需要一定的形象思維。教師的教學應遵循這個規律，先進行充分的繪圖訓練，再開展讀圖教學，循序漸進，逐步建立學生的空間想象力。

三、培養學生空間想象力的方法

制圖課的學習對學生的形象思維能力有很高的要求，因此，采取合理的教學方法，逐步提升學生的空間想象力，是切實提高本課程教學效果的關鍵所在。

1.創設直觀化的教學形式

教學中大量的模型、零件的呈現，通過視覺沖擊，豐富學生的信息儲備，這是非常重要的一個過程。各種實物模型的數量一定程度上受到學校現有條件的限制，但各種三維CAD軟件的應用輕松化解了這個“困擾”。

授課前，可利用Solidworks、CAXA實體設計等三維造型軟件制作完成課堂上使用的各種模型、零件等。課堂上，不再使用傳統的粉筆繪圖，直接配以相應的三維造型圖，同時與其他多媒體設備的配合使用，從色彩、聲音等多方面給學生全新的感受，充分調動學生的學習興趣，提升教學的效果。這樣的教學安排有四點長處：一是可以由尺寸直接驅動圖形的改變；二是可以直接生成動畫，直觀演示物體的生成過程及零件各部分組成關系；三是課堂講解的容量增大，能盈余較多的時間給以學生繪圖練習；四是隨著教學進程的逐步推進，各種三維模型、零件造型積少成多，最終形成機械制圖的教學模型庫，可以在后期的教學中使用，且方便保存。

此種方式應用在筆者的機械制圖的教學中是經常性的。如，“相貫線”這一知識點對初學者來說非常抽象，有90%以上的學生無法準確理解。筆者利用Solidworks軟件的尺寸驅動功能直觀演示兩圓柱相互貫穿的過程，并逐漸改變圓柱半徑，展示相貫線的空間形狀，使絕大多數學生都能很快理解。同時，借助三維造型進一步分析相貫線的空間極限點，對學生繪制相貫線的三視圖有很好的幫助。經過檢驗，學生關于這個知識點的獨立作業正確率達90%以上。

在課堂教學的基礎上，借助AutoCAD軟件進行繪圖練習，計算機制圖的美觀、整潔及快捷特點給學生以良好的啟示，有助于其養成良好的繪圖習慣。但必須指出的是，計算機軟件（多媒體）只是制圖課的教學媒介之一，這并不表示黑板和粉筆可以全部甩開，對于重要的步驟、規律及規范性還是有必要在黑板上做出說明。此外，教師還應精選典型例題，在黑板上進行手工繪圖演示，引導學生養成良好的繪圖習慣，建立正確的標準化意識。

2.構建正確的思維方式

空間想象力的提高絕非短期學習能達成的，更無“偏門”可行，切忌通過大量繪圖訓練來提升想象力。應從培養學生的創新意識及開放性思維入手，精選試題，引導學生分析相似零件（圖樣），做到舉一反三，效果是明顯的。在教學中，筆者主要通過以下方法引導學生形成正確的思維方式。

（1）一題多解。在圖樣中，機件的形狀一般都要通過幾個視圖來表達，每個視圖只能體現機件一個方向的形狀。因此，只根據一個或兩個視圖是無法完全說明機件的結構，必須把幾個視圖聯系起來才能準確判斷機件的形狀。在教學中，教師可在日常練習中挑選難度不大，但是答案多種的試題，引導學生根據已知視圖分析獲得不同的機件，從而逐步開闊學生的想象空間，建立正確的解題思路。

（2）一題多變。兩個機件具有基本一致的結構，僅有細微差別，必須綜合考慮多個視圖、機件表面連接關系才能準確判斷。在教學中，教師可這樣處理：給出一個機件的兩個視圖，分析補畫第三視圖，在此基礎上，對已知圖樣稍作改變，再一次完成新的第三視圖。亦或針對一個機件，改變其主視圖的投影方向，讓學生練習繪制其三視圖。這類題型的經常性練習，對建立學生開放性思維方式以及讀圖能力非常有效。

（3）總結歸納。在教學中，教師除了教會學生畫圖、讀圖，還更應該帶領學生對知識點進行總結歸納，形成學生自己的繪圖、識圖經驗。無論是基本體，還是四大類零件，雖說零件結構千變萬化，但同一類型的零件，基本的結構是一致的。如軸套類零件的整體結構為回轉體；鍵槽的結構及表達方式基本固定；各種孔的布局、尺寸標注基本一致……。通過總結，完善知識體系，形成正確的思維方向，對識圖效率的提高、空想想象力的培養都頗為有益。

3.探索開放的教學模式

根據研究，一個開放的教學環境對學習效率的提升是有幫助的，筆者在教學中主要從以下兩個方面進行實踐。

（1）空間的拓展。努力通過改變教學環境、場地，激發學生的求知欲。教師可以帶學生到實習工場參觀，通過查看機床部件、觀察零件加工過程等，擴充學生的記憶表象庫，也可安排適量的企業現場教學，直接讓學生感知零件的功能，認識本課程的重要性。

（2）角色的轉換。古希臘哲學家說過：“告訴我的我會忘記，給我看的我會記住，讓我參與的我會理解。”這是大多數中職學生學習現狀的一個真實反映。因此，教師應主動引導學生參與到教學中。筆者的課堂也正是通過各種形式的角色扮演、互換，達到讓學生充分理解教學內容的目的。如，筆者以教室作為三投影面的區域，以學生作為研究對象，進行點、線、面的投影特性的教學；在識讀零件圖的習題課上，安排個別學生以教師的角色上臺講授，這樣的安排使得學生能在一個完全放松的狀態下完成學習，效果遠比單純的教師演示好。

4.激發學生的想象空間

想象力的拓展更應從心理學的角度著手，教師應善于采取心理誘導的方式去激發學生的想象空間。在實踐中，教師可創設一個場景，該場景可以是有形的，亦可是無形的（如描述性的語言），讓學生根據這個場景，從空間、時間上加以想象，同時，還可加入個人的感覺因素，如聽覺、觸覺等。并且，想象的方向可以是漫無目的的，也可以是有一定指向的。然后，教師請個別學生交流個人的想象內容，讓學生切身體會“身未動，心已遠”的思想境界。筆者在教學中，偶爾也會進行上述方法的嘗試，如給出一個短視頻，讓學生想象視頻終止之后將會發生的事；一堵墻后面的事物；想象不久的未來自己家的格局……。長此以往，學生的想象空間逐漸開闊，空間想象能力也得到明顯提升。

總之，在機械制圖教學中培養學生的空間想象能力和識圖能力具有承上啟下的關鍵作用。它既是前面所學點線面基本體投影知識的綜合運用，又是從投影法原理過渡到零件圖部分的橋梁，中職學生空間想象力的培養要充分根據其性格特點，因材施教，以求獲得最佳教學效果。

（作者單位：浙江長興技師學院）