吳啟鳳

（成都紡織高等?？茖W校建筑工程系，四川 成都 611731）

工程制圖教學，已不再是單一的教師在黑板上講授理論，也不只是學生完成基本投影與圖形練習的教學模式，而是更注重培養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)新能力。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，圖形的學習與應用是從多角度，進行分析和深化，應用計算機技術(shù)不管是獲得平面圖形，還是創(chuàng)建三維形體均可從不同的思維角度實現(xiàn)，由此改變了人們對圖形和形體的固有的認識。如在AutoCAD平面圖形學習中，作圓也不再是圓心半徑的概念了，完全可能根據(jù)已知條件的不同以6種基本方式做出滿足要求的圓；三維實體建模不再是基本形體的組合與切割，可以根據(jù)線面的拉伸與旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建；三維實體的編輯完全可以在二維模式下拓展三維空間，不再是在球面坐標和柱面坐標系下固定空間坐標操作模式。思維能力與多渠道空間建模形式，最根本的更多需要操作者對形體具備充分的空間認識和理解。

1 從理論上引導、拓展思維

可以將工程制圖教學中的創(chuàng)新能力培養(yǎng)歸納為5種能力的培養(yǎng)，即思維能力、工程意識與簡單設(shè)計能力、構(gòu)型設(shè)計能力、實踐能力和工程圖形表達能力。創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效方法之一稱為“學科途徑”，是指結(jié)合某一門具體的學科在其教學過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與能力，工程制圖教學也不例外。目前已經(jīng)見到的訓練方式有：給定視圖與網(wǎng)格線的構(gòu)形；給定形體外輪廓線的構(gòu)形；已知幾何體求補形的構(gòu)形；給出語言描述的構(gòu)形；簡單日用品的構(gòu)形等[1]。無論哪種方式都離不開圖形表達，怎樣合理正確選擇表達方式才能做到圖形簡潔、內(nèi)容準確，需要對形體具有充分的認識和分析能力。

工程制圖教學中，通過各種方法和手段增強學生的識圖和創(chuàng)新能力。對于初學者而言未建立基本思維和概念，需要在學習過程中增強理論基礎(chǔ)和正確的引導，加深對知識的理解和消化，以致達到融會貫通的目的。華南理工大學機械與汽車工程學院孫煒等對“工程圖學教育中加強構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力的探索與實踐”一文[2]，以給出語言描述的構(gòu)形訓練方式，從平面圖形構(gòu)型設(shè)計、幾何元素構(gòu)型設(shè)計到立體及三維視圖構(gòu)形設(shè)計實踐進行了大膽的嘗試，促進學生的思維，靈活推進并拓展了課程教學。由教師給出形體基本描述，學生通過圖示的方式做出相應的圖形和形體答案。在創(chuàng)新思維與構(gòu)建空間形體的過程中基本知識應該得到進一步的深化。如三維視圖構(gòu)型設(shè)計實踐針對學生的構(gòu)型出現(xiàn)不確定性，意味著學生在分析問題過程中，一定階段出現(xiàn)了解決問題的盲區(qū)，教師應該從理論上給予指導與深化，以圖示的方式準確表達形體的空間形狀。怎樣才能做到正確、唯一，是圖學工作者追求的目標。實踐過程中當學生發(fā)現(xiàn)一個形體不能通過三視圖準確表達，一定能夠采用形體表達的其他方式得到解決。原文中“案例4：請設(shè)計一個三視圖不能表達清楚的形體，并畫出其三視圖。圖4(a)是根據(jù)粗實線和虛線重合時產(chǎn)生的不確定性（由圖4(a)左側(cè)的三視圖，不能確定3個孔相交部分，即立體的中心位置是空心的還是實心的）進行設(shè)計，因此滿足題目要求?！比鐖D1所示。

圖1 形體與三視圖

學生做出了符合題目要求的設(shè)計，是否有解決問題的方法，由此引入剖面圖的表達及畫法，如果將以上視圖中的主視或側(cè)視圖改作成剖視圖，其表達就非常準確，不會產(chǎn)生不確定性因素。將圖1中某視圖改作成剖面圖，如圖2中1-1剖面圖(a)表達中心部分是實心，圖2中1-1剖面圖(b)所表達的是中心部分是通孔。根據(jù)形體內(nèi)部構(gòu)形的不同分別采用剖面圖表達形體內(nèi)部形狀，由此讓學生理解剖視圖在投影圖中的應用及意義。

若將上述形體再次變換為如圖3所示的空間形體，同樣存在圖3(e)、(f)兩種情況，用三視圖不能確定形體的唯一性，理論上可用剖視圖表達，除采取全剖視圖外還可以采用其他剖切形式，其全剖視圖分別如圖3(a)、圖3(b)所示。在工程圖中完全對稱的形體，對用于內(nèi)、外形狀需在同一圖上兼顧表達的也可以采用半剖視圖，如圖3(c)、圖3(d)分別為形體的半剖視圖。在實際應用中到底采用哪種剖視圖更簡潔、準確表達形體的形狀，要據(jù)形體復雜程度而異。圖3所表達的形體采用全剖視圖較半剖視圖更簡潔、清楚，如果用半剖視圖，形體(f )對應半剖視圖(d)使形體的理解不太直觀，難以將左側(cè)孔與內(nèi)部實體聯(lián)系上，半剖視圖更多便于表達內(nèi)部為空心體的形體，可見形體(e)對應半剖視圖(c)有利于形體的分析理解，因此，合理選擇圖形視圖要根據(jù)具體情況靈活處理，規(guī)范的使用要在適合的條件下可以采用不是一定要用，其目的是準確表達形體內(nèi)部形狀。在學習中應該多作形體特征比較分析，有效地鍛煉思維能力，應用恰當方法表達形體空間組合關(guān)系。

圖2 剖面圖的表達

圖3 對稱形體

結(jié)合實際應用中圖3表現(xiàn)的形體可以深化到機械制造中常見的閥體，建筑制圖中的構(gòu)配件之間的關(guān)系等。在工程制圖教學中，可以滲入工業(yè)設(shè)計教學，同時也拓寬了工程制圖的研究領(lǐng)域，使工程制圖教學在培養(yǎng)復合性設(shè)計人才中發(fā)揮更大的作用[3]。不管是機械制圖還建筑工程制圖，剖面圖和斷面圖都是工程圖的重要部分。剖面圖與斷面圖在工程制圖中的應用，往往是學生在學習過程中的重點和難點，初學者往往不能掌握剖面圖類型的應用，以及如何選擇剖切位置才能夠準確表達形體構(gòu)形，需要對各種復雜形體進行正確分析輔之應用。

2 處理好形體空間位置關(guān)系

同樣在此教學案例中，原文另一形體構(gòu)型的設(shè)計：“ 利用虛線不能表達形體的前后關(guān)系這一特性（主視圖中的兩條虛線不能反映圓弧與斜面的前后關(guān)系，因此，該三視圖對應多個立體構(gòu)型）進行設(shè)計的?！比鐖D4所示。

從投影圖看出是學生對形體放置位置不恰當造成的不能表達形體的前后關(guān)系，圖4三視圖無法表達出三棱柱與曲面體的前后關(guān)系，在空間上出現(xiàn)的不確定因素源于表達方式不正確。圖4(a)、圖4(b)兩種空間形體完全可以將三視圖表達為如圖5所示側(cè)視圖(a)、(b)相對應，就不會造成投影關(guān)系的不確定性，注意圖中虛實線變化，區(qū)分不同形體。

圖4 形體與視圖不確定

圖5 三視圖

不能正確處理形體放置的位置，會影響對空間形體的理解。如果將圖4形體再次變換，則三視圖位置確定將會因形體的改變而進行形體放置位置的調(diào)整，如圖6所示形體，此時形體如果還按圖6(a)的位置放置，就會出現(xiàn)形體空間位置不確定的因素，原因是側(cè)視圖有兩個形體均使最右邊的曲面體不可見，不能確定四棱柱與三棱柱哪個處于曲面體之前，還是均處于曲面體之前。

圖6 形體位置與視圖

圖6 與圖4所表達的實體不同在于四棱柱的空間位置已經(jīng)發(fā)生了變化。因此，在形體位置處理上，采用圖6(b)放置形體位置，形體投影關(guān)系表達側(cè)視圖具有確定性，這也是學生在形體與視圖處理中經(jīng)常處理不好的問題，在教學中多做形體處于各種位置關(guān)系進行投影圖比較分析，建立形體位置與投影關(guān)系的基本思維。投影與空間位置關(guān)系的處理，主視圖表達中盡量避免和減少虛線，遵循構(gòu)形應體現(xiàn)平、穩(wěn)、動、靜等造型藝術(shù)法則。同時，保證形體空間位置關(guān)系投影不能產(chǎn)生歧義。

需要教師從不同位置關(guān)系示范投影效果，比較各個方位繪投影圖表達內(nèi)容的差異，通過反復訓練培養(yǎng)學生基本思維能力，以增強對形體的認識和理解。一般學生能看懂實體模型，將模型轉(zhuǎn)換成投影圖不知從何下手，教師理論上指導學生的學習方法，歸結(jié)到理論基礎(chǔ)在于應該充分理解基礎(chǔ)理論直線和平面處于特殊位置和一般位置的深入研究。

3 教學分析

在教學中教師僅僅從學生的作業(yè)完成程度是不能完全把握學生實際掌握知識的程度，因為相當一部分學生為了獲取較好的成績，完全可以通過仔細模仿他人作業(yè)來實現(xiàn)。了解工程制圖學習中學生的真實感受，以便在教學中把握難點、重點講解并正確引導，教學中選擇08級和09級2屆工程造價專業(yè)和工程造價示范高職試點班近150位學生（簡稱：試點班）以問卷方式進行制圖課程教學情況調(diào)查，調(diào)查要求學生結(jié)合專業(yè)課程學習反思制圖學習的難點與重點，對制圖與建筑工程圖的識讀學習的理解、認識進行綜合反映。

3.1 工程圖的學習難點調(diào)查

制圖與工程圖的學習難點調(diào)查結(jié)果如圖7所示，反映出在工程圖應用中平面圖和立面圖、詳圖索引與詳圖、尺寸關(guān)系等主要為工程圖中表達方式學生普遍沒問題，在投影理論、剖面圖、詳圖和圖形空間關(guān)系認識上存在學習難點，工程圖的學習要求掌握的知識點，同樣表現(xiàn)出基本知識是工程圖的學習的難點。通過圖7發(fā)現(xiàn)試點班與普通班在教學中反映存在差距，試點班教學體制是以工作過程為導向，專業(yè)教學課程貫穿于教學過程始終，學生在學習工程制圖基礎(chǔ)知識同時很快進入專業(yè)施工圖應用，學生對工程圖的熟悉與了解程度要先于普通班，從專業(yè)角度認識講解詳圖，起到耳聞目染的作用，也表現(xiàn)出實踐的指導意義，試點班對建筑工程圖中詳圖的理解能力也強于普通班。

圖7 工程圖學習難點分析

3.2 工程圖識讀能力調(diào)查

工程圖識讀能力的培養(yǎng)，在多種教學模式下，學生對學習效果的反映各異如圖8所示，調(diào)查表明所有班級近40%學生認為“多看工程圖”是提高學習最有效的方式，實踐教學方式分別采取抄繪建筑施工圖與測繪房屋建筑的方式，學生認為測繪房屋建筑較抄繪建筑施工圖學習效果更好。由此可見，學習中對現(xiàn)有建筑的觀察、認識有利于增強學生直觀感，缺少實體模型的教學，學生感到難以建立空間概念。實踐教學以采用房屋測繪為主，而施工圖抄繪作為圖線練習與工程圖基本表達方式學習放在制圖課程教學中完成。

3.3 教學方法與學習方法調(diào)查

針對難點再進行細化調(diào)查項目，從教學和學習方法兩方面進行調(diào)查，結(jié)果如圖9所示，在教學方法上09級與08級學生反映不太一致，分析主要學習的主動性上存在差異，在掌握知識的靈活性上09級學生強于08級學生，但總的來說學生對用黑板作圖與用課件教學認可度相差不大，課件所表現(xiàn)出的圖形是以一種呈現(xiàn)的方式展示出，雖然配以動畫，學生感覺就是一種放影過程；教師在黑板上作圖思路和過程清楚，有助于結(jié)合投影關(guān)系理解。由此可見，實際教學中應該兩種方式結(jié)合。

圖8 施工圖識讀能力訓練方法

圖9 工程制圖教學與學習方法調(diào)查

學習方法問卷調(diào)查普遍反映學習制圖課程較苦，仍有30%學生（也是學得較好的學生）意識到應多做練習，學生在問卷中回答到：“平常應該多培養(yǎng)學生自我看圖的習慣，也可以自己經(jīng)常去畫圖，自己親身去體驗，這樣不僅能夠自我發(fā)現(xiàn)問題，而且問題糾正以后記憶也會更深刻?！倍?0%～50%的學生更傾向用模型教學，利用教學模型教學直觀性強，教學中要求學生自行建模輔助學習，問卷調(diào)查學生普遍反映制作模型的準確性不高。這實際是一個對形體再認識的過程，從另一個側(cè)面反映在教學中模型制作指導，也是教學中不可忽視的問題。因此，引導學生分組學習討論、集思廣益動手建立形體模型，在教學中起到了積極的作用。

3.4 圖形表達能力調(diào)查

在應用模型教學中，怎樣體現(xiàn)模型教學的特點？教學中通過改變實體模型及模型空間位置讓學生完成三視圖，初試結(jié)果如圖10所示，能正確定三視圖位置關(guān)系，表達正確的學生只占10%左右；知道改變形體位置，但仍然存在視圖關(guān)系表達不正確的學生占30%左右；完全不知道怎樣選擇形體空間位置的學生占60%～70%。由此可見，應用模型教學應該著重指導形體投影位置關(guān)系是學習中的關(guān)鍵，如何準確把握需要在教學和學習過程中，通過一定的多方案比較練習，使70%的學生能夠正確理解形體位置與三視圖表達的關(guān)系；還有30%的學生仍然存在表達上不準確的問題，對空間形體的認識和平面圖形投影關(guān)系理解存在個體差異性。讓學生建立形體空間概念，具有較強的圖形表達能力，通過多方案比較訓練，并結(jié)合投影特殊位置關(guān)系從理論上深入分析、理解是有效的。

圖10 圖形表達能力調(diào)查

4 結(jié) 論

1）在制圖學教學中，不論以開拓學生創(chuàng)新思維作為教學方式，還是結(jié)合工程圖教學，基礎(chǔ)理論與思維能力的鍛煉不可忽視，拓展制圖課程理論教學與工程應用相關(guān)性，能夠結(jié)合工程圖學習，有利于制圖課程與專業(yè)課學習有機結(jié)合。

2）注意教學中理論基礎(chǔ)的應用與正確引導，針對不確定因素進行理論深入探討，給予解決問題的基本思維方式。

3）改變學習中對圖形視圖的畫法固有的思維，隨著形體的變換探討不同放置方案在三視圖繪制表達的差異性，進行多方案比較分析，從中得到正確、合理的解答，培養(yǎng)學生自主學習能力，并研究發(fā)現(xiàn)投影規(guī)律。

4）針對學習過程中的難點進行重點講解與結(jié)合工程圖進行學習講解，多做練習培養(yǎng)學生的慣性思維，在此基礎(chǔ)上拓展學習思路。

[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, 29(6): 1-6.

[2]孫 煒, 陳錦昌, 陳 亮. 工程圖學教育中加強構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計能力的探索與實踐[J]. 東華大學學報(自然科學版), 2010, 36(4): 457-461.

[3]施岳定, 陸國棟, 張樹有, 等. 工程圖學教學領(lǐng)域的拓展[J]. 浙江工業(yè)大學學報, 2000, 28(增刊):160-164.