基于核心素養(yǎng)的中職生空間思維能力培養(yǎng)策略

謝文婷

【摘 要】本文以《機(jī)械制圖》為例，論述基于核心素養(yǎng)的中職生空間思維能力培養(yǎng)，提出搭建觀察支架、加強(qiáng)圖形比較、注重動(dòng)手實(shí)踐等策略，以幫助學(xué)生樹立空間概念、豐富表象儲(chǔ)備量、促進(jìn)物圖轉(zhuǎn)化，有效培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，提高學(xué)生的專業(yè)能力和就業(yè)競爭力。

【關(guān)鍵詞】中職生 《機(jī)械制圖》 空間思維能力 培養(yǎng)策略

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）22-0085-03

《機(jī)械制圖》是中職學(xué)校的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖和繪圖的能力，教會(huì)學(xué)生用圖樣確切表示機(jī)械的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理和技術(shù)要求。其學(xué)科核心素養(yǎng)主要涵蓋工程思維、理性思維、國家認(rèn)同與國際理解、科學(xué)探究與社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面。而空間思維能力包含在工程思維與理性思維里，是形成識(shí)圖和繪圖能力的關(guān)鍵要素。空間思維能力指大腦對空間幾何形體進(jìn)行觀察、分析和認(rèn)知的抽象思維能力。人們對空間幾何體的形狀、大小、位置及各部分的外在關(guān)系的判斷能力，體現(xiàn)其空間思維能力的強(qiáng)弱。本文以《機(jī)械制圖》為例，論述基于核心素養(yǎng)的中職生空間思維能力培養(yǎng)策略。

一、搭建觀察支架，樹立空間概念

學(xué)生普遍認(rèn)為《機(jī)械制圖》學(xué)習(xí)難在空間投影體系的建立，他們無法準(zhǔn)確勾畫出點(diǎn)、線、面、體等基本幾何元素在空間的形狀和位置，更無法正確判斷事物經(jīng)過變化后的投影圖形。康德認(rèn)為：“人類的一切都是從直觀開始，從那里進(jìn)到概念，而以理念結(jié)束。因?yàn)榻逃厝簧婕熬唧w學(xué)科，那么，就教育而言，可以將‘直觀理解為學(xué)科的想象。”也就是說，直觀能力就是基于學(xué)科的空間想象能力。直觀是人們認(rèn)識(shí)世界的基礎(chǔ)，也是重要途徑。而直觀的基礎(chǔ)是“觀察”，是對空間幾何形體點(diǎn)、線、面、體之間關(guān)系的觀察與聯(lián)想。在《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，先要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)觀察各種立體幾何圖形的形狀特征，獲得最為直觀的感覺，懂得分析物體之間的相互位置，從上、下、左、右等不同角度描述物體的形狀，并想象出物體被遮掩的部分，這樣才能透過表層看到內(nèi)里，進(jìn)而將物體的空間形象抽象為點(diǎn)、線、面，為繪圖奠定良好的基礎(chǔ)。基于中職學(xué)生基礎(chǔ)薄弱、已有經(jīng)驗(yàn)缺乏的實(shí)情，教師應(yīng)遵循“從易到難、由淺入深”的原則，引導(dǎo)學(xué)生在觀察的過程中善于抓住物體的基本特征，在思考的過程中逐步搭建“空間架子”，進(jìn)而形成空間概念。

以《視圖的選取》一課教學(xué)為例，該課要求學(xué)生利用“線面分析法”和“形體分析法”識(shí)讀基本體和組合體視圖（如圖1），掌握點(diǎn)、線、面的投影特性，并形成較強(qiáng)的空間想象能力，而這正是中職學(xué)生的薄弱之處。要學(xué)會(huì)識(shí)讀視圖，合理地選取視圖是關(guān)鍵。只有根據(jù)零件的復(fù)雜程度，合理地選取視圖方法和視圖數(shù)量，才能完整、清晰地表達(dá)零件的全部內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)特征。通過純粹的理論教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的視圖能力，學(xué)生不易接受。對此，觀察是基礎(chǔ)，也是學(xué)生積累表象的重要途徑。結(jié)合學(xué)生學(xué)情，筆者將AutoCAD應(yīng)用到課堂教學(xué)中，將立體模型、三維動(dòng)畫和AutoCAD相結(jié)合，制作出三維形體并在學(xué)生面前動(dòng)態(tài)演示，清晰地呈現(xiàn)形體各個(gè)點(diǎn)、線、面的實(shí)際形狀以及各個(gè)部分的投影關(guān)系，使學(xué)生可以從不同角度直觀地觀察到形體前后、左右、上下各個(gè)方向的連接情況，且可以對圖形進(jìn)行自由縮放操作來觀察形體的內(nèi)部情況、重點(diǎn)部分或一些局部細(xì)小結(jié)構(gòu)的形狀。同時(shí)，利用AutoCAD中“圖塊”的功能，將三維實(shí)體塊裝配在一起形成裝配體，讓學(xué)生通過裝配體的模擬過程，清晰地觀察到每一個(gè)裝配體的真實(shí)情況，準(zhǔn)確地了解各個(gè)零件之間的連接關(guān)系。

機(jī)械零件的種類比較繁多且各有特點(diǎn)，而教學(xué)模型的缺乏及教學(xué)模型的固定性質(zhì)，很難讓學(xué)生通過觀察模型來了解形體結(jié)構(gòu)。借助信息技術(shù)和AutoCAD，搭建觀察支架，將教學(xué)內(nèi)容變得豐富、生動(dòng)、形象和直觀，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)知和對空間物體的識(shí)別能力，幫助學(xué)生合理地選擇視圖，如此循環(huán)反復(fù)訓(xùn)練，使學(xué)生在潛移默化中建立空間概念。

二、加強(qiáng)圖形比較，促進(jìn)物圖轉(zhuǎn)化

觀察雖然有利于豐富學(xué)生的表象儲(chǔ)備，但培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力僅依靠觀察是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。空間物體屬于一種立體圖形，將立體圖形準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為平面圖形是《機(jī)械制圖》課程教學(xué)的最終目的。在數(shù)學(xué)學(xué)科中，學(xué)生之所以感覺立體幾何難學(xué)，是因?yàn)閷W(xué)生未能熟練地掌握立體幾何和平面幾何之間的轉(zhuǎn)換方法。同樣的，在《機(jī)械制圖》課程中學(xué)生也很難在頭腦中建立“物”與“圖”之間的對應(yīng)關(guān)系，以致很難建立空間概念。因此，教師在課堂教學(xué)中應(yīng)充分利用學(xué)生已有的感性認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生對物體進(jìn)行比較，在比較中弄清楚形體的基本特征，認(rèn)識(shí)“物”與“圖”之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，進(jìn)而提升空間想象能力。

以《幾何體的投影及尺寸標(biāo)準(zhǔn)》教學(xué)為例，圖2為一個(gè)正六棱柱的幾何體，要想畫出其平面圖形，掌握幾何形體的投影規(guī)則及方法是關(guān)鍵，而這也正是《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中的重難點(diǎn)，是培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力的決定性因素。在課堂中，教師可以采用對比方法進(jìn)行教學(xué)，幫助學(xué)生弄清楚“物”與“圖”之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。筆者首先從簡單的幾何形體入手，帶領(lǐng)學(xué)生對比分析“物”與“圖”之間的對應(yīng)關(guān)系：圖2中的正六棱柱是由兩個(gè)底面和棱面組合而成，而兩個(gè)底面分別為正六邊形、棱面均為長方形，將其放置成上、下底面與水平投影面平行且有兩個(gè)棱面平行于正投影面后，可以看到上、下兩個(gè)六邊形在水平面的投影均為正六邊形且它們的投影重合，并能反映出幾何體的真實(shí)形狀，但是在正面和側(cè)面的投影都變成了一條直線，且為兩條相互平行的直線。通過對六個(gè)棱面的分析、對實(shí)物圖和投影圖進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，在六個(gè)棱面中，只有前、后兩個(gè)棱面的正面投影能反映實(shí)形，而側(cè)面投影和水平的投影變成了一條直線。在此基礎(chǔ)上，再對比分析圖2和圖3，學(xué)生就能清晰地掌握“物”與“圖”之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立起空間立體與投影圖的對應(yīng)關(guān)系，了解“物”的要素與“圖”的要素的對應(yīng)規(guī)則，進(jìn)而在比較中理解投影概念，在比較中建立空間概念、掌握讀圖的方法。

三、注重動(dòng)手實(shí)踐，提升空間思維能力

學(xué)生經(jīng)過觀察、比較儲(chǔ)存了豐厚的理論知識(shí)，在頭腦中有了準(zhǔn)確的空間概念，但將“物”精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)化為“圖”或由“圖”轉(zhuǎn)化為“物”，還需要通過大量的實(shí)踐教學(xué)為學(xué)生提供將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)和平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生的知行合一，才能切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力和空間想象能力。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)采用“滿堂灌”的形式，在課堂上將機(jī)械制圖的知識(shí)一股腦地灌輸給學(xué)生，學(xué)生的理解能力和接收能力有限，在課堂上無法有效地理解和吸收知識(shí);動(dòng)手實(shí)踐則通常讓學(xué)生以課后作業(yè)的形式完成，在未能吸收內(nèi)化的情況下，大部分學(xué)生不得不通過抄襲的方式來完成作業(yè)，其學(xué)習(xí)效果可想而知，更不用談及空間想象能力的培養(yǎng)。想象源于實(shí)踐，在課堂上只有堅(jiān)持講練結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐，鞏固與檢驗(yàn)學(xué)生在課堂上所學(xué)的知識(shí)，才能讓學(xué)生所掌握的繪圖技巧得以遷移應(yīng)用，同時(shí)也能讓教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以便有針對性地進(jìn)行指導(dǎo)，幫助學(xué)生及時(shí)地查漏補(bǔ)缺，促進(jìn)學(xué)生對機(jī)械制圖理論知識(shí)與實(shí)踐技巧的掌握。學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的過程，也是訓(xùn)練學(xué)生空間想象能力的過程。

以“第一角畫法和第三角畫法”的教學(xué)為例，筆者在課堂中引入項(xiàng)目教學(xué)法，將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)相結(jié)合，讓學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中做，在動(dòng)手繪圖的過程中培養(yǎng)空間想象能力。以項(xiàng)目“第三視角”為主題開展教學(xué)，在實(shí)踐中將項(xiàng)目細(xì)化為兩個(gè)子任務(wù)：任務(wù)1，繪制定位塊的基本視圖;任務(wù)2，讀第三角畫法視圖，要求學(xué)生用第三角畫法畫出圖4定位的基本視圖。學(xué)生以小組合作的形式進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)相比于第一角繪法，第三角繪法也是采用正投影法，只是物體所放置的位置不同。接著，在學(xué)生掌握了投影規(guī)律的基礎(chǔ)上，再要求學(xué)生動(dòng)手繪制圖4的六個(gè)基本視圖（圖5）。

之后，再引出任務(wù)：圖6為形體第三角畫法時(shí)的前視圖與頂視圖，請想象形體的形狀結(jié)構(gòu)，并補(bǔ)繪其右視圖。

學(xué)生按照視圖形成的規(guī)律，反復(fù)識(shí)讀第三視角圖，通過觀察圖形，第三角投影后形體的前視圖和頂視圖的外框均為矩形，推斷出形體的外形為長方體，然后按照軸測的方向依次畫出主視圖、俯視圖、左視圖（右視圖）相對應(yīng)的軸測投影，再根據(jù)前視圖和頂視圖中的線條，構(gòu)造形體的前面和頂面線條投影，最后結(jié)合想象推理進(jìn)行拼湊后根據(jù)三視圖輕松地勾勒出對應(yīng)形體的形狀（如圖7）。

通過看圖形、用理論、想形體的反復(fù)實(shí)踐和訓(xùn)練，促使學(xué)生充分運(yùn)用投影理論和抽象思維對圖形進(jìn)行分析、想象和加工，從而使得形體的結(jié)構(gòu)變得逐漸清晰，最終促進(jìn)學(xué)生空間想象能力的提升。

總而言之，《機(jī)械制圖》課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生具備較強(qiáng)的空間想象能力，而空間想象能力除了天賦因素，還需要后天的訓(xùn)練來培養(yǎng)和提升。教師在教學(xué)中應(yīng)注重“講練結(jié)合”，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，使學(xué)生更好地掌握《機(jī)械制圖》課程，從而增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)能力和就業(yè)競爭力。

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（責(zé)編 羅汝君）