張順生

摘 要：根據(jù)變異學(xué)習(xí)理論，在工程制圖教學(xué)中有意識培養(yǎng)學(xué)生的圖形辨析能力。通過觀察圖形的關(guān)鍵特征（形狀和位置），從而分辨出圖形的變與不變，并聚焦“變”的部分，使學(xué)生在“變”中認(rèn)識形體的本質(zhì)、增加圖形儲備、掌握組合體的組合過程、領(lǐng)悟制圖學(xué)科多變的奧秘。學(xué)生在好奇、專注中辨析、思考，從而提升了制圖空間思維能力。

關(guān)鍵詞：中職；工程制圖；變異學(xué)習(xí)理論；空間思維能力；關(guān)鍵特征

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7747（2017）27-0042-05

一、引言

案例1：學(xué)校里有一對孿生姐妹，班主任和任課教師很難分清誰是老大、誰是老二，經(jīng)常弄錯，可她們的媽媽一眼就能認(rèn)出是姐姐還是妹妹。媽媽有什么訣竅呢？

案例2：新學(xué)期開學(xué)上課一周了，教師對于機電班的42位新生已有近30多位能叫上他們名字了，但還有六七位學(xué)生總對不上號，還需要對著座位表找人。為什么同一批學(xué)生中總有幾位學(xué)生不能在短時間內(nèi)對上號呢？

案例3：單位科組同事打來電話，他一開口說話，馬上就能知道他是誰了。為什么僅憑聲音就可以確定是誰呢？

以上3個案例均指向一個事實：每個人都有他自身的特征（特點），即使是孿生姐妹。特征是指一個客體或一組客體特性的抽象結(jié)果，是用來描述概念的。[1] 魯迅在《且介亭雜文·臉譜臆測》中寫道：“這假面上，大約一定得表示出這角色的特征，一面也是這角色的臉相的規(guī)定?！币簿褪钦f，特征是人或事物可供識別的特殊的征象或標(biāo)志，特征明顯的容易被認(rèn)識，特征不太明顯的，需要長時間的接觸才能加以區(qū)分。其實認(rèn)識事物也是如此，要認(rèn)識事物，就必須對事物進(jìn)行反復(fù)的比較、辨別，從而找出他們獨有的區(qū)別于其他事物的本質(zhì)特征或規(guī)律。所以說，抓住了事物的特征，才是認(rèn)識事物的關(guān)鍵。

二、“變異學(xué)習(xí)理論”教學(xué)策略

（一）“變異學(xué)習(xí)理論”的概念

變異理論是瑞典哥德堡大學(xué)馬飛龍教授在上世紀(jì)90年代提出的一種關(guān)于學(xué)習(xí)和教學(xué)的理論。其基本觀點是：為了達(dá)到認(rèn)識事物本質(zhì)的目的，首先要找到該事物與其他事物之間的差異，通過對事物間差異的比較、分析，才能逐漸接近事物的本質(zhì)。變異理論強調(diào)通過“變”來揭示事物的本質(zhì)，認(rèn)為學(xué)習(xí)源于變異，即“沒有變異就沒有學(xué)習(xí)”[2] 。馬飛龍認(rèn)為，學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果關(guān)鍵取決于教師對教學(xué)中的相同點與不同點、變與不變的內(nèi)容的呈現(xiàn)和處理。由于變異，學(xué)生才會聚焦教學(xué)內(nèi)容中的不同點或變的部分，從而體驗與分辨學(xué)習(xí)對象的關(guān)鍵特征。

（二）“變異學(xué)習(xí)理論”的師生觀

俗話說，沒有比較就沒有鑒別。比較就是通過對比找出事物間的相同點和不同點的過程，其目的是達(dá)到鑒定真?zhèn)巍⒎智鍍?yōu)劣。變異學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)生學(xué)習(xí)復(fù)雜知識時，識別復(fù)雜知識關(guān)鍵特征的有效方式是通過將問題情景加工，逐一突出各個關(guān)鍵特征，再給出比較綜合的情景，使學(xué)生分析各個關(guān)鍵特征的共同變化和影響。[3] 其中，問題情景的加工是由教師來設(shè)計完成的，即教師要做的工作就是采用不同的變化的案例，把學(xué)習(xí)對象的關(guān)鍵特征呈現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生體驗學(xué)習(xí)內(nèi)容的各個方面。[4]學(xué)生按照教師設(shè)計的問題情景，通過比較、分析、綜合，感知學(xué)習(xí)內(nèi)容關(guān)鍵特征并深刻理解，從而達(dá)到內(nèi)化知識的目的。

（三）“變異學(xué)習(xí)理論”在培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力方面的呈現(xiàn)

工程制圖是研究工程圖樣的一門學(xué)科，圖形是由一系列幾何元素（點、線、面、體）構(gòu)成的，幾何元素的形狀和位置就構(gòu)成了圖形的空間屬性（特征）。從幾何學(xué)的觀點看，所有工程實體都可抽象成組合體，即由基本形體（如棱柱、棱錐、圓柱、圓錐和球等）堆疊、挖切組成的物體。[5]可以說，無論是簡單的還是復(fù)雜的組合體，都會有一些區(qū)別于其它形體的主要結(jié)構(gòu)和重要特征。[6]而如何教會學(xué)生快速識別空間屬性或重要特征，是工程制圖課程教學(xué)的重點，也是培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力的關(guān)鍵所在。

根據(jù)變異學(xué)習(xí)理論，在工程制圖教學(xué)中應(yīng)有意識設(shè)計一系列圖形相近的視圖，使學(xué)生通過不斷觀察圖形，找出其關(guān)鍵特征（形狀特征和位置特征），從而分辨出圖形的“變”與“不變”，并聚焦“變”的部分，掌握其本質(zhì)特征。在“變”與“不變”的探尋中，一方面，能激發(fā)學(xué)生的好奇心；另一方面，更重要的是教會了學(xué)生圖形分析的方法，培養(yǎng)了學(xué)生制圖的空間思維能力。

三、在“變”中培養(yǎng)學(xué)生的制圖思維能力

（一）變位置，認(rèn)識形體本質(zhì)

任何機器零件從形體角度分析，都是由一些基本體經(jīng)過疊加、切割或穿孔等方式組合而成的。[7]熟練掌握基本幾何體的視圖特征是分析復(fù)雜視圖的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

如在學(xué)習(xí)圓柱的投影時，保持圓柱形體特征不變，設(shè)計將圓柱軸線分別垂直于H面、W面、V面三種情況，如表1中圖a、b、c分別所示，得到三種不同的三視圖，從而引導(dǎo)學(xué)生通過三種“正例”的比較分析，找出其關(guān)鍵特征——投影為圓，圓在哪個視圖上。通過反復(fù)辨析實踐，建立起圓柱體與圓柱體三視圖的映射關(guān)系：即“一圓二矩形線框”的視圖就表示圓柱體的投影；圓在什么視圖上，就表示圓柱體軸線與該投影面垂直。

（二）變形狀，增加圖形儲備

在學(xué)習(xí)基本幾何體的視圖后，為了增加學(xué)生頭腦中的圖形儲備，設(shè)計一題多解題（根據(jù)主、俯視圖畫出不同的左視圖），如表2所示。引導(dǎo)學(xué)生從整體去思考、想像形體，而不是僅從個別視圖出發(fā)。通過設(shè)計，一方面，可以豐富圖形儲備；另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。

（三）變組成，掌握變化過程

組合體視圖的分析是工程制圖學(xué)科的難點，也是培養(yǎng)學(xué)生制圖空間思維能力的關(guān)鍵，而這部分內(nèi)容又正是一些學(xué)生覺得做制圖題無從下手的原因所在。因此，如何幫助學(xué)生跨越學(xué)習(xí)困難，真正掌握組合體視圖的分析方法，是學(xué)科教學(xué)的重點。

教師按照立體三維建模的方法，采用疊加、切割或挖孔將組合體的視圖逐漸表現(xiàn)出來，并逐步增加視圖關(guān)鍵特征的變化，讓學(xué)生通過對比，審辨出視圖的關(guān)鍵特征，分清各部分的形體及組合形式，從而讀懂組合體視圖的分析方法。補畫三視圖中的缺線，如表3所示。

（四）變結(jié)構(gòu)，領(lǐng)悟制圖的奧秘

學(xué)生在做制圖題時最大的困難是不能將組成零件的基本幾何體的投影從復(fù)雜的視圖中分離出來，也就不能確定復(fù)雜零件是由哪些基本體所組合而成，它們之間是何種組合形式及表面連接關(guān)系。為了培養(yǎng)學(xué)生的“分離”能力，設(shè)計一組形體大致相同的零件，分別對對應(yīng)結(jié)構(gòu)（形狀和位置）進(jìn)行變異，通過對比、審辨，學(xué)生找出變化的部分，對變化的部分進(jìn)行分析、理解，從而掌握復(fù)雜零件視圖的識讀方法。

如表4所示，圖a和圖b從外到里分三個層次設(shè)計了三處“變化”。

四、應(yīng)用效果分析

（一）“變”中確立“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念

變異理論認(rèn)為，教師應(yīng)圍繞教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計一系列不斷“變化”的學(xué)習(xí)材料，引導(dǎo)學(xué)生感知、分析學(xué)習(xí)材料的關(guān)鍵特征，從而使學(xué)生把握教學(xué)內(nèi)容的關(guān)鍵特征，達(dá)到掌握知識的目的。這些“變化”學(xué)習(xí)材料的設(shè)計，必須充分考慮到學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)和審辨能力，要為學(xué)生量身定做學(xué)習(xí)材料。

（二）“變”中改變學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，學(xué)生基本處于“灌輸式”學(xué)習(xí)狀態(tài)：被動聽講，被動學(xué)。工程制圖教學(xué)中就出現(xiàn)了“聽聽就懂，做做就錯”的現(xiàn)象。應(yīng)用變異學(xué)習(xí)理論開展工程制圖教學(xué)，可使學(xué)生從被動聽轉(zhuǎn)變成對“變化”學(xué)習(xí)材料主動去感知、審辨出圖形的關(guān)鍵特征，從而使學(xué)生在好奇中專注學(xué)習(xí)，真正成為學(xué)習(xí)的主人。

（三）“變”中聚焦了學(xué)習(xí)中的困難

工程制圖學(xué)習(xí)中最大的困難是學(xué)生不能從復(fù)雜的圖形中分離出各個基本體，所以，按照表4圖a、圖b逐步進(jìn)行“變”，學(xué)生聚焦“變”的部分，教師引導(dǎo)學(xué)生感知各個組成部分的關(guān)鍵特征。從而使學(xué)生掌握組合體視圖的分析方法，達(dá)到提升空間思維能力的目的。

五、結(jié)論

經(jīng)過多年的教學(xué)實踐嘗試和改進(jìn)，筆者通過設(shè)計不同變異的圖形，引導(dǎo)學(xué)生對幾何體關(guān)鍵特征進(jìn)行觀察、辨析和思考，使學(xué)生的制圖思維能力得到了培養(yǎng)和提升。在“變”中學(xué)生認(rèn)識了形體的本質(zhì)、增加了圖形儲備、掌握了組合體的組合過程、領(lǐng)悟了制圖學(xué)科多變的奧秘，從而在好奇、專注中學(xué)辨析、思考，使制圖學(xué)科的教學(xué)質(zhì)量有了明顯的提高。

參考文獻(xiàn)：

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