呂秋娟 李艷嬌 劉長江

摘要：圖學課程教學的主要任務是培養(yǎng)學員的空間思維能力和創(chuàng)新思維能力。本文根據(jù)圖學課程學習內(nèi)容抽象、圖形難于理解的特點，在教學過程中將直觀教具、三維幾何建模、徒手繪圖等多種教學手段進行有效融合，由淺入深地增強學員對工程圖形的認知能力，使課堂教學內(nèi)容生動形象、直觀易懂。實踐結果表明，這種教學模式激發(fā)了學員的學習興趣，培養(yǎng)了學員的空間分析能力和空間構思能力，達到了提高了課堂教學效果的目的。

關鍵詞：圖學;教學模式;課堂效果

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）18-0146-02

一、引言

“工程圖學”作為工程界的語言，是工科院校各專業(yè)的必修課程。該課程綜合運用正投影法、形體分析法和線面分析法等技術解決工程圖樣的繪制和閱讀。對提高學員形象思維與空間分析能力，增強工程圖的表達與認知技能，培養(yǎng)學員的工程意識和創(chuàng)新意識具有重要作用。因此，教育部工程制圖教學指導委員會將培養(yǎng)學生對空間形體的形象思維能力、創(chuàng)造性構型設計能力和徒手繪圖能力作為課程的主要任務。由于工程圖學以獨特的思維方式和實踐過程，決定了它是訓練、提高學員創(chuàng)新思維能力的有效途徑之一。針對這一背景，如何在有限的教學時間內(nèi)，引導學員由淺入深地通過一系列的繪圖和讀圖實踐，不斷地由物畫圖，由圖想物，以提高學員的空間想象能力和空間思維能力，成為工程圖學教學的關鍵問題。為了有效地提高學員的空間思維能力和形象思維能力，根據(jù)近幾年的教學實踐經(jīng)驗，通過在教學過程中引入三維幾何建模，加強構型設計實踐、強調(diào)徒手繪圖能力，將多種教學手段進行有效融合，強化實踐性環(huán)節(jié)和模擬設計訓練，以培養(yǎng)學員的空間想象能力，進一步提升學員的空間想象力，極大地促進課堂教學效果的提高。

二、多種教學手段融合，提高學員思維能力

提高學員的空間想象能力是機械制圖課教學的重要環(huán)節(jié)，在教學中采用了以下教學手段幫助學員樹立空間概念。

1.采用直觀教具，培養(yǎng)學員的感性認識能力。在教學中采用實物、模型、現(xiàn)場參觀等直觀教具來輔助課堂教學。引導學員仔細觀察、想象和分析，幫助學員不斷地建立空間思維框架，然后再通過講解，使學員容易理解、掌握所學的知識。通過這種教學手段不僅可以增強學員的感性認識，還可以吸引學員注意力，啟發(fā)學員思維，使抽象的概念形象化、具體化。例如，在講解點、直線、平面在三投影面體系中的投影特性時，可以利用教室里的三面墻壁作為教具，教會學員結合教室的三維空間，利用手中的鉛筆、教鞭、三角板等工具，擺出實物相對于投影面的各種不同位置，特別是對于容易出錯的側(cè)垂線、側(cè)垂面的投影特性，更應反復練習，熟練掌握。最后，讓學員根據(jù)觀察的結果總結出直線、平面在三投影面體系中的投影特性。在回轉(zhuǎn)體的投影部分，回轉(zhuǎn)體表面取點是截交線和相貫線的基礎。為了增強空間想象能力，在課堂教學中，教會學員自己動手，利用一張紙制作圓柱體和圓錐體，觀察回轉(zhuǎn)體的不同擺放位置及投影特性之間的區(qū)別，然后在立體上任意取點，判斷點在回轉(zhuǎn)體上的位置，結合回轉(zhuǎn)體的投影特點，在平面上做出點的三面投影。在讀組合體視圖中，按照組合體的組成，可以將組合體分為疊加式和切割式，疊加式組合體的讀圖方法比較簡單，學員基本上都能想象出立體的形狀;而切割式組合體的讀圖一般采用線面分析法，大多數(shù)學員對這種讀圖方法感覺到抽象、不好理解，進而影響教學效果。因此，在講解這部分內(nèi)容時，課前安排學員以橡皮為簡單的基本立體，采用切割分析法，按照立體的切割形成過程，依次切去簡單的小基本體，最后形成切割式組合體。這種通過平面圖形想象空間立體形狀的方法，與教學直觀性原則相符，與認識的規(guī)律也一致。

采用直觀教具雖然能活躍課堂氣氛，體現(xiàn)直觀性教學原則，提高學員的學習興趣，但是，由于課堂教學學時和教學內(nèi)容的限制，直觀教具的使用時機和使用數(shù)量都受到時間的影響，一定要提前根據(jù)學員對內(nèi)容的掌握情況適當進行調(diào)整，才能達到事半工倍教學效果。

2.引入三維幾何建模，提高學員的形象思維能力。由于現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，三維實體模型的輪廓信息可以通過模式轉(zhuǎn)換，直接用于新產(chǎn)品的加工。因此，產(chǎn)品信息建模和造型設計已成為現(xiàn)代設計和制造業(yè)的發(fā)展趨勢。為了培養(yǎng)學員的創(chuàng)新能力和現(xiàn)代工程設計意識，在立體相交和組合體內(nèi)容部分，融入性地引入三維幾何建模的設計理論和造型方法，在課堂教學中利用三維建模軟件，展示平面圖形和三維立體形狀之間的轉(zhuǎn)換關系。這種方法既能幫助學員樹立空間概念，又能使教學內(nèi)容生動形象。學員不僅可以學習輔助制圖和造型設計，更重要的在于可以培養(yǎng)輔助思維，提高形體構型，圖形分析，圖形的二、三維幾何建模轉(zhuǎn)換能力。在培養(yǎng)學員掌握三維造型設計的同時，也培養(yǎng)了學員對二維工程圖樣的讀圖及應用能力。在一定程度上彌補了傳統(tǒng)的圖學理論與三維幾何建模的融合關系，突出學員空間思維能力及形象思維能力的培養(yǎng)。例如，在講解切割式組合體的讀圖方法時，簡單引入三維幾何建模的成型理論和造型方法。如圖1所示，先對立體的三個視圖進行分析，找出形狀特征視圖。從圖1可以看出，分別以不同視圖進行建模時，截面輪廓草圖的形狀各不相同，沿截面拉伸的深度也不相同。如果以主視圖作為截面輪廓草圖特征時，只需畫出直角梯形輪廓，然后進行拉伸。最后以拉伸形成的基本立體右端面或左端面為基準面繪制草圖輪廓，截面輪廓如圖1中左視圖中間部分的長方體形狀，通過拉伸，去除材料的方法，最終形成如圖2所示的切割式組合體。從上述的建模過程還可以看出，采用三維幾何建模方法進行讀圖，過程簡單、方法固定、特征明顯，讀圖速度快。

3.強調(diào)徒手繪圖能力，提高學員空間分析能力。普通高等院校工程圖學課程教學基本要求中指出，工程圖學的任務之一為徒手繪制工程圖樣，而徒手繪圖包含徒手繪制三維和二維草圖，徒手繪圖的目的是為了樹立學員的空間概念，豐富學員的空間想象。由于徒手繪圖不需要精確的尺寸要求，只需反映設計意圖即可，因此徒手繪圖可以提高學員對空間視覺的感知能力，更為準確的三維模型和工程圖樣可以在后續(xù)的詳細設計中通過計算機三維造型和繪圖實現(xiàn)。雖然多面正投影圖能夠準確地反映物體的形狀，但由于沒有立體感，所以多面正投影圖的使用受到一定的局限。軸測圖即是人們常說的立體圖，它可以把抽象思維與形象思維密切聯(lián)系在一起，有效地反映立體和投影之間的關系。具有立體感的軸測圖起到了一般實物、模型所難以取代的特殊作用。因此軸測圖既是工程上的輔助圖樣，也是學習制圖的有效工具。其作圖過程相對于徒手繪制二維草圖、三維軸測草圖的難度更大一些。教員要根據(jù)軸測圖的平行性、等比性和沿軸測量三大特點，要求學員掌握徒手畫軸測圖的方法，通過軸測圖的學習及徒手繪制軸測草圖的訓練，幫助學員提高理解形體的空間想象能力。

在課堂教學中，通過由簡單到復雜、循序漸進的多次“由三視圖畫其軸測圖”訓練，來形成正確的畫圖技能。這種訓練既幫助學員樹立了空間概念，又在思維活動中儲存了相應的立體信息，這種立體信息儲存越多，使用時提取的立體形象就越多，空間思維能力就越強，從而達到了豐富學員空間想象之目的。

三、實踐效果

近幾年來，在教學研究和實踐中，對于空間到平面（圖示）和平面到空間（讀圖）的轉(zhuǎn)換問題，采用多種教學手段融合的圖學課程教學模式，不但能提高學員的繪圖和讀圖能力，培養(yǎng)學員的空間分析能力和空間構思能力，更提高了學員的三維造型和產(chǎn)品設計能力，取得了事半功倍的教學效果，也為后續(xù)的專業(yè)課學習奠定基礎。全國先進成圖與產(chǎn)品信息建模與創(chuàng)新大賽作為教學體系的主要環(huán)節(jié)，為學員提供了學習交流和展示繪圖水平的平臺，也是提高學員創(chuàng)新設計能力的一種十分有效的方式，學科競賽激發(fā)了參賽學員的學習興趣，培養(yǎng)了學員的創(chuàng)新意識和科研興趣，從2008年開始，我校連續(xù)六年組隊參加了六屆全國大學員先進成圖技術與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽。學員手工繪圖及三維建模水平都得到大幅度提升，為學員在大賽中取得優(yōu)異成績打下了堅實的基礎。

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